基于分布式光纤的电缆故障诊断系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于分布式光纤的电缆故障诊断系统，包括脉冲光源、波分复用器、光电探测器、传感光纤、数据采集卡和数据分析系统；脉冲光源与波分复用器连接，波分复用器同时与传感光纤、光电探测器连接；光电探测器与数据采集卡连接，数据采集卡与数据分析系统连接；脉冲光源还与数据采集卡直接连接；脉冲光源发出脉冲发出的光脉冲经波分复用器进传感光纤；拉曼散射光经波分复用器输入到光电探测器进行光电转换和电压放大；所述数据采集卡采集光电探测器中输出的信号，并将其传输给数据分析系统进行存储、分析和预警。该系统检测结果准确，避免磁场、电流和应变对传感器的影响，能提高电缆古筝监测效率，同时具有良好的性价比。
【专利说明】
基于分布式光纤的电缆故障诊断系统
技术领域
[0001]本发明涉及电缆故障诊断领域，特别是涉及一种基于分布式光纤的电缆故障诊断系统。【背景技术】
[0002]电力电缆广泛地应用于输变电的各种环境中，而且随着国民经济的发展，城市电网建设的不断改造，电缆的使用量在逐年增长，将逐渐取代架空线。为满足电力生产安全和国民经济生产的需要，要求埋于地下的电缆必须能够长期连续地运行。其绝缘性直接影响电力系统安全可靠性，如何对电缆绝缘性进行监控，一直是我们面临的难题。电力电缆在高电压、强电场、大电流和复杂环境条件下，由于铜损和介质损耗增加导致电缆温升，会加剧电缆绝缘老化和绝缘恶化，因此如何有效地对电缆温度进行实时监测，是实现电缆状态在线监测、预防事故和保障电网安全运行的重要手段。
[0003]输电电缆的温度变化在正常运行情况下是由于电流通过内部导体而引起的。电缆介质的热稳定性能与电缆温度变化有十分密切的关系，一旦运行电缆过负荷，导体过负荷温度将急剧上升。输电电缆绝缘是由于多种因素共同作用发生老化，泄漏电流增加，特别是较大泄漏电流时，更使局部温度升高；同时，如果高压电缆内部链接不紧密，导通电阻增加， 局部温度也会增加，所以通过温度监测可以及时发现电缆绝缘故障，在故障未导致电缆连接头爆炸、起火前采取相应措施阻止严重事故的发生。
[0004]传统的电缆故障监测方法主要是根据电缆中的电流变化或局部放电信息来判断电缆的故障信息。这些方法不易将外界干扰去除，且方法复杂，成本较高。而温度法方法易行，且不易受强电场和大电流等外界因素影响，目前一般采用分布式光纤测量温度来实现电缆故障监测，但是直接粘贴光纤于电缆上，光线数据易受应变影响，监测结果不准确。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于分布式光纤的电缆故障诊断系统， 检测结果准确，避免磁场、电流和应变对传感器的影响，能提高电缆古筝监测效率，同时具有良好的性价比。
[0006]为此，本发明的技术方案如下:
[0007]—种基于分布式光纤的电缆故障诊断系统，包括脉冲光源、波分复用器、光电探测器、传感光纤、数据采集卡和数据分析系统;所述脉冲光源与波分复用器连接，所述波分复用器同时与传感光纤、光电探测器连接;所述光电探测器与数据采集卡连接，所述数据采集卡与数据分析系统连接;所述脉冲光源还与数据采集卡直接连接；
[0008]所述传感光纤有多条，其捆扎或内敷于待测电缆上；
[0009]所述脉冲光源发出脉冲发出的光脉冲经波分复用器中的双向耦合器耦合进传感光纤;入射脉冲光在光纤中传输时与介质分子相互作用产生后向自发拉曼散射光，所述拉曼散射光经过波分复用器中的薄膜干涉滤光片滤出Stokes光和Ant1-Stokes光，输入到光电探测器的APD模块中进行光电转换和电压放大;所述数据采集卡基于分布式光纤拉曼测温系统的工作原理采集光电探测器中输出的信号，并将其传输给数据分析系统；
[0010]同时，所述数据采集卡直接从所述脉冲光源中采集同步光脉冲数据，并将其传输给数据分析系统，作为预设基准数值；
[0011]所述数据分析系统存储接收来的数据，并对接收到的温度数据进行存储、分析，考察温度变化幅度与预设基准数值的差值，差值在变化范围内则继续循环运行分析过程;若差值在变化范围外在发出故障预警的同时循环运行分析过程。
[0012]优选，所述基于分布式光纤的电缆故障诊断系统还包括光开关，所述光开关设置于传感光纤与光电探测器之间，用于光路切换，实现系统对多条电缆进行故障监测，进一步增强系统的监测能力。
[0013]该基于分布式光纤的电缆故障诊断系统，具有如下优点:
[0014]1)使用分布式光纤对电缆故障进行实时监测，并能及时预警。使用的分布式光纤使用铝合金管进行保护，并填充导热硅胶，并将整个光纤捆扎或内敷设于电缆上。这样可以避免电缆应变对光纤检测的温度数据的影响，相对于传统分布式光纤可以获取准确温度信息。
[0015]2)本发明可有效监测电缆故障，系统简单易行，可以有效降低人工巡检的劳动强度，并提高监测效率。【附图说明】
[0016]图1为本发明基于分布式光纤的电缆故障诊断系统的结构示意图；
[0017]图2为数据分析系统的工作流程图。【具体实施方式】
[0018]以下结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
[0019]如图1所示，一种基于分布式光纤的电缆故障诊断系统，包括脉冲光源、波分复用器、光电探测器、传感光纤、数据采集卡和数据分析系统;所述脉冲光源与波分复用器连接， 所述波分复用器同时与传感光纤、光电探测器连接;所述光电探测器与数据采集卡连接，所述数据采集卡与数据分析系统连接;所述脉冲光源还与数据采集卡直接连接；
[0020]所述脉冲光源发出脉冲发出的光脉冲经波分复用器中的双向耦合器耦合进传感光纤;入射脉冲光在光纤中传输时与介质分子相互作用产生后向自发拉曼散射光，所述拉曼散射光经过波分复用器中的薄膜干涉滤光片滤出Stokes光和Ant1-Stokes光，输入到光电探测器的APD模块中进行光电转换和电压放大;所述数据采集卡基于分布式光纤拉曼测温系统的工作原理采集光电探测器中输出的信号，并将其传输给数据分析系统；[〇〇21]同时，所述数据采集卡直接从所述脉冲光源中采集同步光脉冲数据，并将其传输给数据分析系统，作为预设基准数值；
[0022]如图2所示，所述数据分析系统存储接收来的数据，并对接收到的温度数据进行存储、分析，考察温度变化幅度与预设基准数值的差值，差值在变化范围内则继续循环运行分析过程;若差值在变化范围外在发出故障预警的同时循环运行分析过程。[〇〇23]优选，所述基于分布式光纤的电缆故障诊断系统还包括光开关，所述光开关设置于传感光纤与光电探测器之间，用于光路切换，实现系统对多条电缆进行故障监测，进一步增强系统的监测能力。
[0024]在本发明的一个实施例中，脉冲光源中心波长为1550nm，脉冲宽度未10ns，重复频率为lOKHz，峰值功率未20W。波分复用器由IX 3双向耦合器和多光束干涉型高隔离度的光学滤光片组成。输入1550nm光，输出1450nm和1663nm光。光开光为切换光路。光电探测器使用雪崩二极管，将光强转换为电信号。传感光纤外套铝合金管，并填充导热硅胶，然后捆扎或内敷设于电缆上。数据采集卡采集实时的温度数据。数据分析系统对数据进行存储，并进行分析和预警。
[0025]本发明的工作原理是:光脉冲经波分复用器中的双向耦合器耦合进传感光纤，当入射脉冲光在光纤中传输时与介质分子相互作用产生后向自发拉曼散射光，电缆产生故障时，线缆温度必然产生变化，散射光的光强随光纤所处环境温度的变化而变化，散射光经过波分复用器中的薄膜干涉滤光片滤出Stokes光和Ant1-Stokes光，输入到双通道光电探测器APD模块中进行光电转换和电压放大，然后高数数据采集卡以一定的采样率对信号进行采集，不同的采样时间即对应着不同的光纤长度。数据采集卡将一次采集的数据依次存储于特定的存储器，当下一脉冲发出时，重复以上过程，并将数据存储到对应的存储单元进行多次累加平均等数据处理，然后与系统中设定的电缆设定的温度范围及变化范围进行判断，并确定电缆是否处于故障状态。
[0026]本发明提供了一种基于分布式光纤的电缆故障诊断系统，系统可以提高电缆监测的效率，同时可以避免磁场，电流和应变对传感器的影响。且该系统简单易行，并具有良好的性价比。
【主权项】
1.一种基于分布式光纤的电缆故障诊断系统，其特征在于:包括脉冲光源、波分复用 器、光电探测器、传感光纤、数据采集卡和数据分析系统;所述脉冲光源与波分复用器连接， 所述波分复用器同时与传感光纤、光电探测器连接;所述光电探测器与数据采集卡连接，所 述数据采集卡与数据分析系统连接;所述脉冲光源还与数据采集卡直接连接；所述传感光纤有多条，其捆扎或内敷于待测电缆上；所述脉冲光源发出脉冲发出的光脉冲经波分复用器中的双向耦合器耦合进传感光纤； 入射脉冲光在光纤中传输时与介质分子相互作用产生后向自发拉曼散射光，所述拉曼散射 光经过波分复用器中的薄膜干涉滤光片滤出Stokes光和Ant1-Stokes光，输入到光电探测 器的APD模块中进行光电转换和电压放大;所述数据采集卡基于分布式光纤拉曼测温系统 的工作原理采集光电探测器中输出的信号，并将其传输给数据分析系统；同时，所述数据采集卡直接从所述脉冲光源中采集同步光脉冲数据，并将其传输给数 据分析系统，作为预设基准数值；所述数据分析系统存储接收来的数据，并对接收到的温度数据进行存储、分析，考察温 度变化幅度与预设基准数值的差值，差值在变化范围内则继续循环运行分析过程;若差值 在变化范围外在发出故障预警的同时循环运行分析过程。2.如权利要求1所述分布式光纤的电缆故障诊断系统，其特征在于:还包括光开关，所 述光开关设置于传感光纤与光电探测器之间。
【文档编号】G01K1/08GK105953942SQ201610340208
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】孙宝平, 侯宏生, 董学坤, 杨福君, 杜彬, 田小禾, 李双宝
【申请人】国网天津市电力公司, 国家电网公司