專利名稱：電力電纜分布式光纖在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電力電纜分布式光纖在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于高壓電力電纜鋪設(shè)于地下，長時間運(yùn)行后檢修常常不到位，再加上環(huán)境溫度等因素的影響，部分有缺陷的位置往往會發(fā)熱，并且電流越大，溫度升高越快，發(fā)熱點(diǎn)電阻增大，從而產(chǎn)生更多的熱量，使得電阻進(jìn)一步增大，溫度繼續(xù)升高，形成惡性循環(huán)。如果不及時發(fā)現(xiàn)和處理，最終將導(dǎo)致起火或爆炸，造成線路損壞，嚴(yán)重的可引發(fā)火災(zāi)和大面積的停電事故。這一現(xiàn)象在負(fù)荷增長較快的地區(qū)顯得尤為普遍。目前，對電力電纜的重要部位如接頭等的溫度監(jiān)測主要仍靠人工去測量，例如定期派人到現(xiàn)場用紅外線或激光測溫儀進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量，這種人工測量的方法主要存在以下問題①監(jiān)測周期長，許多地方發(fā)熱現(xiàn)象得不到及時發(fā)現(xiàn)和處理；②監(jiān)測范圍受限制，只能檢測電纜接頭，無法對封閉在管道里的電力電纜部分進(jìn)行監(jiān)測；③檢測和分析判斷由人工進(jìn)行，因此檢測和分析結(jié)果受人為因素影響較大；④紅外線或激光測溫儀價格往往比較昂貴，受資金影響，其普及和推廣難度較大。近年來，ABB、西門子及國內(nèi)一些生產(chǎn)廠家也陸續(xù)開發(fā)出了一些高壓電力電纜溫度監(jiān)測設(shè)備，但從應(yīng)用情況來看，效果不是很理想，主要表現(xiàn)在以下幾個方面①高電壓的隔離是高壓電力電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)也是技術(shù)關(guān)鍵?，F(xiàn)有的溫度監(jiān)測方法主要采用熱電耦、熱電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等溫度傳感元件實現(xiàn)，這些溫度傳感器一般都不是直接測量帶電物體的溫度，并且需要通過金屬導(dǎo)線傳輸信號，傳感器本身以及其信號傳輸通道受電磁干擾和環(huán)境的影響較大，無法保證絕緣性能，因而無法保證監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性 ’②傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測普遍存在傳感器體積偏大、安裝困難、易受環(huán)境和周圍電磁場的干擾、需人工操作、實現(xiàn)在線監(jiān)測的成本高昂等問題，尤其無法在整條電力電纜上安裝，只能實現(xiàn)一小部分電力電纜的部分接頭的溫度監(jiān)測，無法實現(xiàn)全部電力電纜的系統(tǒng)、全面、準(zhǔn)確監(jiān)測；③現(xiàn)有的電力電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)或設(shè)備，絕大部分是電力一次設(shè)備生產(chǎn)廠家開發(fā)出的針對自己產(chǎn)品的監(jiān)測設(shè)備，功能單一，通用性差，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)混亂，并且與變電綜合自動化等監(jiān)控系統(tǒng)接口困難，很難進(jìn)行普及和推廣。

實用新型內(nèi)容本實用新型目的在于提供一種電力電纜分布式光纖在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)，提高監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和通用性，實現(xiàn)電力電纜的系統(tǒng)、全面和準(zhǔn)確的監(jiān)測。本實用新型通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)，一種電力電纜分布式光纖在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)，包括光發(fā)射機(jī)、與所述光發(fā)射機(jī)連接的同步控制模塊、與所述光發(fā)射機(jī)連接的光路耦合器、與所述光路耦合器連接的恒溫槽、與所述光路耦合器連接的分光器、與所述分光器連接的兩個光接收機(jī)、與所述光接收機(jī)連接的數(shù)據(jù)采集與處理模塊、與所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊連接的計算機(jī)；所述同步控制模塊還與所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊和所述計算機(jī)連接；所述光發(fā)射機(jī)用于在所述同步控制模塊的觸發(fā)下輸出光脈沖；所述光路耦合器用于接收所述光發(fā)射機(jī)輸出的光脈沖，輸出給所述恒溫槽；所述恒溫槽用于將所述光脈沖輸出給傳感光纖；所述光路耦合器還用于將所述傳感光纖散射回來的喇曼散射光耦合至所述分光器；所述分光器用于從所述喇曼散射光中濾出斯托克斯光和反斯托克斯光；所述兩個光接收機(jī)分別用于接收所述斯托克斯光和反斯托克斯光，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大處理，輸出處理后的信號；所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊用于對所述光接收機(jī)輸出的信號進(jìn)行采樣和處理， 輸出處理后的數(shù)據(jù)信號；所述計算機(jī)用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊輸出的數(shù)據(jù)信號， 計算出溫度。進(jìn)一步的，所述分光器包括兩個光濾波器，其中一個光濾波器用于從所述喇曼散射光中濾出斯托克斯光，另一個光濾波器用于從所述喇曼散射光中濾出反斯托克斯光。進(jìn)一步的，所述光發(fā)射機(jī)還包括半導(dǎo)體激光器，所述光發(fā)射機(jī)通過激光器尾纖與所述光路耦合器連接。進(jìn)一步的，所述恒溫槽通過傳感光纖與溫場連接。 本實用新型提供的電力電纜分布式光纖在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)，采用先進(jìn)的光時域反射技術(shù)和喇曼散射光對溫度敏感的特性，探測出沿著光纖不同位置的溫度的變化，提高了監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和通用性，實現(xiàn)了電力電纜的系統(tǒng)、全面和準(zhǔn)確的監(jiān)測。

圖1為本實用新型中喇曼散射頻移示意圖；圖2為本實用新型提供的電力電纜分布式光纖在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。首先，對本實用新型提供的電力電纜分布式光纖在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)溫度監(jiān)測功能所依據(jù)的基本原理進(jìn)行介紹。該系統(tǒng)所依據(jù)的基本原理是分布式光纖溫度傳感原理， 其主要利用光纖的光時域反射儀(Optical Time Domain Ref lectometer，簡稱0TDR)原理和光纖的后向喇曼散射(Raman scattering)溫度效應(yīng)。具體地說，當(dāng)一個光脈沖從光纖的一端射入光纖時，這個光脈沖會沿著光纖向前傳播。因光纖內(nèi)壁類似鏡面，故光脈沖在傳播中的每一點(diǎn)都會產(chǎn)生反射，反射之中有一小部分的反射光，其方向正好與入射光的方向相反。這種后向反射光的強(qiáng)度與光線中的反射點(diǎn)的溫度有一定的關(guān)系。反射點(diǎn)的溫度(光纖所處的環(huán)境溫度)越高，反射光的強(qiáng)度也越大。也就是說，后向反射光的強(qiáng)度可以反映出反射點(diǎn)的溫度。利用這個現(xiàn)象，若能測量出后向反射光的強(qiáng)度，就可以計算出反射點(diǎn)的溫度， 這就是利用光纖測量溫度的基本原理。圖1為本實用新型中喇曼散射頻移示意圖。當(dāng)頻率為vO的激光入射到光纖中，它在光纖中向前傳輸?shù)耐瑫r不斷產(chǎn)生后向散射光波，這些后向散射光波中除了有一條與入射光頻率v0相同的中心譜線之外，在其兩側(cè)還存在著(νΟ-Δν)及(νΟ+Δν)兩條譜線。其中中心譜線為瑞利散射譜線，低頻一側(cè)頻率為(νΟ-Δν)、波長為的譜線稱為斯托克斯 (Stokes)線，參見圖1中的D，高頻一側(cè)頻率為(νΟ+Δν)、波長為Xa的譜線，稱為反斯托克斯(Anti-stokes)線，參見圖1中的C。另外，圖1中的A為入射信號線，B為布里淵散射線。根據(jù)喇曼散射理論，在自然喇曼散射條件下，兩束反射光的光強(qiáng)與溫度有關(guān)。為了消除激光管輸出的不穩(wěn)定性、光纖彎曲、接頭的損耗等影響，提高測溫準(zhǔn)確度，在系統(tǒng)設(shè)計中，采用雙通道雙波長比較的方法，如圖1所示，即對斯托克斯光和反斯托克斯光分別進(jìn)行采集，利用兩者強(qiáng)度的比值解調(diào)溫度信號。由于反斯托克斯光對溫度更為靈敏，因此，將反斯托克斯光作為信號通道，斯托克斯光作為比較通道，則兩者之間的強(qiáng)度比為
權(quán)利要求1.一種電力電纜分布式光纖在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括光發(fā)射機(jī)、與所述光發(fā)射機(jī)連接的同步控制模塊、與所述光發(fā)射機(jī)連接的光路耦合器、與所述光路耦合器連接的恒溫槽、與所述光路耦合器連接的分光器、與所述分光器連接的兩個光接收機(jī)、與所述光接收機(jī)連接的數(shù)據(jù)采集與處理模塊、與所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊連接的計算機(jī)；所述同步控制模塊還與所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊和所述計算機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電纜分布式光纖在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述分光器包括兩個光濾波器，兩個光濾波器分別連接兩個光接收機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電纜分布式光纖在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述光發(fā)射機(jī)還包括半導(dǎo)體激光器，所述光發(fā)射機(jī)通過激光器尾纖與所述光路耦合器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電纜分布式光纖在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述恒溫槽通過傳感光纖與溫場連接。
專利摘要本實用新型公開了一種電力電纜分布式光纖在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)，包括光發(fā)射機(jī)、與所述光發(fā)射機(jī)連接的同步控制模塊、與所述光發(fā)射機(jī)連接的光路耦合器、與所述光路耦合器連接的恒溫槽、與所述光路耦合器連接的分光器、與所述分光器連接的兩個光接收機(jī)、與所述光接收機(jī)連接的數(shù)據(jù)采集與處理模塊、與所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊連接的計算機(jī)；所述同步控制模塊還與所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊和所述計算機(jī)連接；本實用新型采用先進(jìn)的光時域反射技術(shù)和喇曼散射光對溫度敏感的特性，探測出沿著光纖不同位置的溫度的變化，提高了監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和通用性，實現(xiàn)了電力電纜的系統(tǒng)、全面和準(zhǔn)確的監(jiān)測。
文檔編號G01K11/32GK201974251SQ20102064803
公開日2011年9月14日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者馮宇, 龐建嶺, 張京, 張建國, 徐一銘, 楊新暉, 白延清, 許靖, 趙維芳, 魏小龍 申請人:山東科華電力技術(shù)有限公司, 延安供電局