专利名称：具有故障诊断和在线测温功能的智能平台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及输电网络，特别涉及到用于输电及信息网络上监控用的智能平台，该智能平台同时具有故障诊断与在线测温功能。
背景技术：
近年来，伴随我国经济的快速增长、电网的迅速发展以及电网智能化的推进，以光纤通信为主的高速信息传输通道已经形成，但这也导致了电力通信网规模的不断扩大，网络结构的日趋复杂，电力通信基础资源不能得到有效利用，严重制约了智能配用电的发展。光纤入户是发展智能电网的内在要求，国家电网公司正在大力推进电力光纤入户工程建设。传统的光纤入户FTTH (Fiber to the home)方案在用户端铺设的成本过高，使得电网在用户端的光纤化率几乎为零。光纤复合低压电缆OPLC (Optical fibercomposite low-voltages cable)将成为智能电网用户接入端的首选方案,是智能电网实现用户交互的重要途径、是智能电网互动化特征的集中体现。在实际的PFTTH(电力光纤到户)网络光缆故障处理中，传统的OTDR(光时域反射仪)无法满足接入网多支路、单向高损耗的实时在线监测的要求，常常出现因无法迅速准确地找到故障点地理位置而延误事故处理，导致损失增加的情况。同时，OPLC电缆具有分布网络广、跨越地理范围大、故障偶发性强、日常巡检难度大、灾难损失大及恢复成本高的特点。因此，如何实时在线监测光缆及电缆运行状态，快速、直观、准确地判断并找到PFTTH网络光缆及传输电缆故障点的地理位置便成为OPLC故障诊断与在线温度监测的关键所在，切实实现对传输网络资源的综合管理。
发明内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种新型的具有故障诊断和在线测温功能的智能平台。本实用新型智能平台要能够实现对光纤复合低压电缆OPLC的故障诊断和在线测温功能，并且可以集合在同一个监控平台来上实现该监控。为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案如下。所述的具有故障诊断和在线测温功能的智能平台包括:首先测试区域内设有一个共有供电场所，光纤复合低压电缆从所述共有供电场所分别通入至不同用户端；在所述共有供电场所内设有一个智能集合监控平台，所述智能集合监控平台分别连接第一上位计算机和第二上位计算机，所述的第一上位计算机连接故障诊断主机，第二上位计算机连接在线测温主机；所述故障诊断主机与光纤复合低压电缆内的光纤连接；所述在线测温主机连接有测温光纤，所述测温光纤敷设于光纤复合低压电缆的表面。所述故障诊断主机包括:激光器、波分复用器、环形器和数据处理单元，光线路终端连接于波分复用器，该波分复用器通过主干光纤连接至光分配网络，光分配网络内设有光分路组件，光分路组件分出的分光支路分别通过分路光纤连接至对应的光网络单元，在每个分光支路和光网络单元之间的分路光纤上设置有一个反射元件；所述的波分复用器还连接至环形器上三个端口中的一个端口，该环形器的另外两个端口分别连接激光器的输出端和分光器的输入端，所述分光器设有两路输出端口，第一路输出端口依次连接第一光电探测模块、第一信号放大模块和第一数据采集单元，第二路输出端口依次连接第二光电探测模块、第二信号放大模块和第二数据采集单元，所述第一数据采集单元和第二数据采集单元的输出端均连接至数据处理单元。所述的在线测温主机包括:脉冲激光器、拉曼滤波器件、多通道切换设备、高频低噪声光电转换器、高速数据采集系统和高速数据处理单元，所述的脉冲激光器发射的激光经过拉曼滤波器件和多通道切换设备进入至测温光纤中，测温光纤中反射的信号再经拉曼滤波器件传输至高频低噪声光电转换器中，高频低噪声光电转换器输出的经过光电转换的反馈信号连接至高速数据采集系统，高速数据采集系统的输出再连接到高速数据处理单
J Li ο与所述故障诊断主机连接的监测光缆为单模光缆，使用扎带或者尼龙绳将监测光缆紧密固定于入户的光纤复合低压电缆表面。与所述在线测温主机连接的测温光纤为多模光缆，所述测温光纤用扎带或者尼龙绳紧密固定于待测电缆的回路表面。所述反射元件可以是一个波分复用器，或是一个滤光片，或光纤光栅。基于上述技术方案，本实用新型具有如下优点:本实用新型是一种智能集合故障诊断与在线测温功能的平台，其采用先进的分布式光纤测温技术及光时域反射技术对OPLC进行在线监测，使其对同一测试区域内的不同小区域分别监控测试，并且采用同一个相同的监控平台来完成监控，具有智能集成化程度高，操作方便，监控实时有效的优点。能够充分满足OPLC传输网络配用电及光纤通信传输性能分析和管理的要求，切实实现对传输网络资源的综合管理
图1是本实用新型具有故障诊断和在线测温功能的智能平台的结构连接示意图。图2是本实用新型中的故障诊断部分的结构示意图。图3是本实用新型中的在线测温部分的结构示意图。
具体实施方式
下面我们结合附图和具体的实施例来对本实用新型做进一步的详细阐述。如图1所示，对于本实用新型所述的智能平台来说，作为前提条件，要在测试区域内设立一个共有供电场所，光纤复合低压电缆从该共有供电场所分别通入至不同用户端。本实用新型是在所述的共有供电场所内设有一个智能集合监控平台21，该智能集合监控平台分别连接第一上位机22和第二上位机23，所述的第一上位机22连接故障诊断主机24，第二上位机23连接在线测温主机25，所述故障诊断主机24与所述光纤复合低压电缆内的光纤连接，所述在线测温主机25连接有测温光纤，该测温光纤敷设于所述光纤复合低压电缆的表面。所述的第一上位计算机22设有监测段光纤的健康状况的上位软件模块。第二上位计算机23设有实现异常点的扫描与判断、报警输出功能、DTS主机测温数据采集的上位软件模块。在本实用新型中，OTDR测试是通过发射光脉冲到光纤内，然后在OTDR端口接收返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散射、反射。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出距离。分布式光纤测温使用一个特定频率的光脉冲照射光纤内的玻璃芯。测温主机通过测量背向拉曼散射光的变化实现对外部温度变化的监测。在时域中，利用OTDR技术，根据光在光纤中的传输速率和入射光与后向拉曼散射光之间的时间差，可以对不同的温度点进行定位，这样就可以得到整根光纤沿线上的温度并精确定位。与所述故障诊断主机连接的监测光缆为单模光缆，使用扎带或者尼龙绳将监测光缆紧密固定于入户的OPLC电缆表面。与所述在线测温主机连接的测温光纤为多模光缆，所述测温光纤用扎带或者尼龙绳紧密固定于待测电缆的回路表面，测温光纤既作为感温光缆，同时也作为信号传输光缆。图2是本实用新型中的故障诊断部分的结构连接原理示意图。由图可知，所述故障诊断主机24所包括的光网络中有:光线路终端(0LT)4、波分复用器3、光分配网络(ODN)6和光网络单元(0NU)8。其中，光线路终端4连接于波分复用器3上，该波分复用器3通过主干光纤5连接至光分配网络6。在光分配网络6内设有光分路组件，光分路组件分出的分光支路分别通过分路光纤连接至对应的光网络单元8上。为了达到判断发生故障的分支支路，我们在每个分光支路和光网络单元8之间的分路光纤上设置一个反射元件7。反射元件7可以是一个波分复用器，也可以是一个滤光片，还可以选择使用光纤光栅。其作用是将分光支路上的监测光信号反射回去，经分光器、光电探测模块、信号放大模块、数据采集单元、数据处理单元进行信号的提取和分析，获得每支分支光路的反射信息，进而准确判断和确定故障分支光路。上述波分复用器3还连接至环形器2上，在环形器2上设有三个端口，而波分复用器3则连接其中的一个端口。该环形器2的另外两个端口分别连接激光器I的输出端和分光器9的输入端。上述分光器9设有两路输出端口，其第一路输出端口依次连接第一光电探测模块10、第一信号放大模块11和第一数据采集单元12。而第二路输出端口依次连接第二光电探测模块13、第二信号放大模块14和第二数据采集单元15。上述第一数据采集单元12和第二数据采集单元15的输出端均连接至数据处理单元16。激光器I依次向主干光纤5中注入两种不同脉宽和功率的监测光信号，其中一种输出脉宽稍宽的激光脉冲用于对背向散射信号的探测，另一种输出脉宽极窄的激光脉冲用于对反射信号的探测。本实用新型中利用分光器9将返回的背向散射信号和反射信号按分光比分成两路信号，其中第一路信号经第一光电探测器10、第一信号放大模块11和第一数据采集单元12输入到数据处理单元16中；第二路信号经第二光电探测器13、第二信号放大模块14和第二数据采集单元15输入到数据处理单元16中。数据处理单元16对第一路信号的处理采用软件滤波算法消除微弱的背向散射信号，通过计算、分析无源光网络由每支分光支路的反射元件反射回的光信号，从而得到每支分支光路光网络单元的位置和反射信号的具体信息，进而判断和确定故障分支光路。数据处理单元16对第一路信号和第二路信号依次进行处理，处理完成第一路信号后将处理结果存储在缓存中，接着处理第二路信号，然后再调用两路处理后信息输出处理结果。判定分光支路的方法如下:在监测装置中，消除背向散色信号的影响，每个分光支路上反射信号与传输距离之间的关系波形中，每个波峰对应一支分光支路。一旦每支分光支路出现波峰消失的状况，则表明该分光支路出现故障，根据对应关系，可以判定出现故障的分光支路。数据处理单元16对第二路信号采用累加平均、软件滤波等算法，提取从光线路终端到光网络单元整个无源光网络线路的背向散射信号，以获得线路的光损耗数据信息，去除由每支分支光路的反射元件反射回的光信号，进而判断和定位光网络线路的故障点。背向散射信号与传输距离对应关系图中，一端某处光损耗衰弱加剧，图形上呈现出突然下滑，则表明该处出现故障，而根据图形下滑对应的位置，判断出出现故障的具体位置。上述利用背向散射信号判定发生故障的位置点在DTS系统(分布式光纤测温系统)中应用比较常见，在先申请的专利ZL201020128219.7已经有提及。数据处理单元16还对处理后的第一路信号和第二路信号进行整合处理，得到从光线路终端4到光网络单元8整个无源光网络线路的光损耗数据信息和反射信号信息。数据处理单元16最后输出发生故障的具体的分光支路和故障在整个光网络上的具体位置。光纤测温部分的工作流程:将测温光纤敷设到OPLC电缆上，通过对电缆表面温度的测量，结合自主的载流量算法，可实时提供被测电缆内部导体温度。光纤测温主机用于发送激光信号，探测返回的光信号，并对此光信号进行解调、信号处理，得到温度信号。如图3所示，所述在线测温主机25包括多通道切换设备、拉曼Raman滤波器件、脉冲激光器、高频低噪声光电转换器、高速数据采集系统、高速数据处理单元，主要实现电力电缆温度数据的采集、处理、识别以及报警输出等功能。测温光纤既作为传感元件，用于探测物质状态参数信息，又作为通信媒介，用于传输参数信息。所述的脉冲激光器发射的激光经过拉曼滤波器件和多通道切换设备进入至测温光纤中，测温光纤中反射的信号再经拉曼滤波器件传输至高频低噪声光电转换器中，经过光电转换的反馈信号传输至高速数据采集系统，高速数据采集系统采集的信号传输至高速数据处理单元中。综上，本实用新型采用先进的分布式光纤测温技术及光时域反射技术对OPLC进行在线监测，具有智能集成化程度高，操作方便，监控实时有效的优点。
权利要求1.具有故障诊断和在线测温功能的智能平台，其特征是:测试区域内设有一个共有供电场所，光纤复合低压电缆从所述共有供电场所分别通入至不同用户端；在所述共有供电场所内设有一个智能集合监控平台(21)，所述智能集合监控平台(21)分别连接第一上位计算机(22)和第二上位计算机(23)，所述的第一上位计算机(22)连接故障诊断主机(24)，第二上位计算机(23)连接在线测温主机(25);所述故障诊断主机(24)与光纤复合低压电缆内的光纤连接；所述在线测温主机(25)连接有测温光纤，所述测温光纤敷设于光纤复合低压电缆的表面。
2.根据权利要求1所述的具有故障诊断和在线测温功能的智能平台，其特征在于，所述故障诊断主机包括:激光器(I)、波分复用器(3)、环形器(2)和数据处理单元(16)，光线路终端(4)连接于波分复用器(3)，该波分复用器(3)通过主干光纤(5)连接至光分配网络(6)，光分配网络(6)内设有光分路组件，光分路组件分出的分光支路分别通过分路光纤连接至对应的光网络单元(8)，在每个分光支路和光网络单元(8)之间的分路光纤上设置有一个反射元件(7);所述的波分复用器(3)还连接至环形器(2)上三个端口中的一个端口，该环形器(2)的另外两个端口分别连接激光器(I)的输出端和分光器(9)的输入端，所述分光器(9)设有两路输出端口，第一路输出端口依次连接第一光电探测模块(10)、第一信号放大模块(11)和第一数据采集单元(12)，第二路输出端口依次连接第二光电探测模块(13)、第二信号放大模块(14)和第二数据采集单元(15)，所述第一数据采集单元(12)和第二数据采集单元(15)的输出端均连接至数据处理单元(16)。
3.根据权利要求1所述的具有故障诊断和在线测温功能的智能平台，其特征在于，所述的在线测温主机包括:脉冲激光器、拉曼滤波器件、多通道切换设备、高频低噪声光电转换器、高速数据采集系统和高速数据处理单元，所述的脉冲激光器发射的激光经过拉曼滤波器件和多通道切换设备进入至测温光纤中，测温光纤中反射的信号再经拉曼滤波器件传输至高频低噪声光电转换器中，高频低噪声光电转换器输出的经过光电转换的反馈信号连接至高速数据采集系统，高速数据采集系统的输出再连接到高速数据处理单元。
4.根据权利要求1所述的具有故障诊断和在线测温功能的智能平台，其特征在于，与所述故障诊断主机连接的监测光缆为单模光缆，使用扎带或者尼龙绳将监测光缆紧密固定于入户的光纤复合低压电缆表面。
5.根据权利要求1所述的具有故障诊断和在线测温功能的智能平台，其特征在于，与所述在线测温主机连接的测温光纤为多模光缆，所述测温光纤用扎带或者尼龙绳紧密固定于待测电缆的回路表面。
6.根据权利要求2所述的具有故障诊断和在线测温功能的智能平台，其特征在于，所述反射兀件(7)是一个波分复用器,或滤光片，或光纤光栅。
专利摘要本实用新型涉及一种具有故障诊断和在线测温功能的智能平台，测试区域内设有一个共有供电场所，光纤复合低压电缆从该共有供电场所分别通入至不同用户端，在所述的共有供电场所内设有一个智能集合监控平台，该智能集合监控平台分别连接第一上位机和第二上位机，所述的第一上位机连接故障诊断主机，第二上位机连接在线测温主机，所述故障诊断主机与光纤复合低压电缆内的光纤连接，所述在线测温主机连接有测温光纤，该测温光纤敷设于光纤复合低压电缆的表面。本智能平台将两种不同功能的装置集中在同一个监控平台中，在同一个平台内即可完成测试区域内光纤复合低压电缆中电缆温度在线监测和光缆故障实时判断，具有智能先进性和经济实用性的优点。
文档编号G01R31/08GK202939260SQ20122058209
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者梅沁, 乐坚浩, 刘佳诞, 黄敏, 李敏 申请人:江苏省电力公司无锡供电公司, 国网电力科学研究院, 国家电网公司, 江苏省电力公司