光纤与电力电缆合理敷设的方法与系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种光纤与电力电缆合理敷设的方法与系统，检测电力电缆当前运行环境和光纤对振动波的灵敏度，计算光纤传播振动波的衰减特性，根据上述数据，计算光纤能检测到所述电力电缆振动的最大距离，识别电力电缆当前分布方式，根据阈值距离和电力电缆当前分布方式，确定光纤与电力电缆合理敷设方式。本发明光纤与电力电缆合理敷设的方法在一回路三根高压电力电缆线路上，根据电缆击穿振动波在电缆之间介质的传播衰减特性与分布式光纤振动波强度的敏感度，结合高压电力电缆的空间分布，选择分布式光纤敷设方式。整个光纤与电力电缆合理敷设的方法能够根据不同的情况，选择敷设光纤根数，避免材料的浪费，节约了材料。
【专利说明】光纤与电力电缆合理敷设的方法与系统【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电缆【技术领域】，特别是涉及光纤与电力电缆合理敷设的方法与系统。
【背景技术】
[0002]目前，国内已经有学者提出利用分布式光纤瑞利散设原理对高压电力电缆故障点进行定位的方法，并在实践中得到了一定的应用，其定位原理是，当传感光纤的某个位置受到振动或压力变化时，传感光纤内激光信号的相位会发生改变，通过相位差可以计算出故障点与施加信号点的距离。
[0003]利用上述方法进行故障点定位有个前提，就是必须要让光纤随着电缆路径敷设，然后将光纤检测到的故障高压电力电缆击穿产生的振动波传到计算机中。
[0004]目前，国内还没有针对一回路三根高压电力电缆的情况下，光纤随高压电力电缆的敷设方法的专门研究，如果直接采用对每根电力电缆均平行紧贴敷设光纤，就需要同时敷设3根电力电缆，这样必然会造成光纤的大量浪费，而且光纤的大量不合理使用必然会使整个定位方法的实施成本大大增加。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要针对利用分布式光纤瑞利散设原理，在一回路三根高压电力电缆情况下，对电力电缆故障点进行定位的方法中，光纤不合理敷设造成光纤材料的大量浪费的问题，提供一种光纤与电力电缆合理敷设的方法与系统，以实现光纤与电力电缆的合理敷设，节约材料。
[0006]一种光纤与电力电缆合理敷设的方法，包括步骤:
[0007]检测电力电缆当前运行环境和光纤对振动波的灵敏度，计算在当前运行环境下光纤传播振动波的衰减特性，其中，所述电力电缆当前运行环境包括土壤、隧道和管道环境；
[0008]根据所述光纤传播振动波的衰减特性和所述光纤对振动波的灵敏度，计算所述光纤能检测到所述电力电缆振动的最大距离，定义所述光纤能检测到所述电力电缆振动的最大距离为阈值距离；
[0009]识别电力电缆当前分布方式，其中，所述电力电缆当前分布方式包括空间分布和同一平面分布；
[0010]根据所述阈值距离和所述电力电缆当前分布方式，确定光纤与电力电缆合理敷设方式。
[0011]一种光纤与电力电缆合理敷设的系统，包括:
[0012]检测计算模块，用于检测电力电缆当前运行环境和光纤对振动波的灵敏度，计算在当前运行环境下光纤传播振动波的衰减特性，其中，所述电力电缆当前运行环境包括土壤、隧道和管道环境；
[0013]阈值距离计算模块，用于根据所述光纤传播振动波的衰减特性和所述光纤对振动波的灵敏度，计算所述光纤能检测到所述电力电缆振动的最大距离，定义所述光纤能检测到所述电力电缆振动的最大距离为阈值距离；
[0014]分布方式识别模块，用于识别电力电缆当前分布方式，其中，所述电力电缆当前分布方式包括空间分布和同一平面分布；
[0015]敷设方式确定模块，用于根据所述阈值距离和所述电力电缆当前分布方式，确定光纤与电力电缆合理敷设方式。
[0016]本发明光纤与电力电缆合理敷设的方法与系统，在一回路三根高压电力电缆线路上，根据电缆击穿振动波在电缆之间介质的传播衰减特性与分布式光纤振动波强度的敏感度，结合高压电力电缆的空间分布，选择分布式光纤敷设方式。整个光纤与电力电缆合理敷设的方法能够根据不同的情况，选择敷设光纤根数，避免材料的浪费，节约了材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明光纤与电力电缆合理敷设的方法第一个实施例中流程示意图；
[0018]图2为本发明光纤与电力电缆合理敷设的方法第二个实施例中流程示意图；
[0019]图3为本发明光纤与电力电缆合理敷设的系统第一个实施例中结构示意图；
[0020]图4为本发明光纤与电力电缆合理敷设的系统第二个实施例中结构示意图；
[0021]图5为当电力电缆是空间分布时，单根光纤与电力电缆合理敷设的其中一个实施例的结构不意图；
[0022]图6为当电力电缆是空间分布时，两根光纤与电力电缆合理敷设的其中一个实施例的结构不意图；
[0023]图7为当电力电缆是空间分布时，三根光纤与电力电缆合理敷设的其中一个实施例的结构不意图；
[0024]图8为当电力电缆是同一平面分布时，单光纤与电力电缆合理敷设的其中一个实施例的结构示意图；
[0025]图9为当电力电缆是同一平面分布时，两光纤与电力电缆合理敷设的其中一个实施例的结构示意图；
[0026]图10为当电力电缆是同一平面分布时，三光纤与电力电缆合理敷设的其中一个实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
[0028]如图1所示，一种光纤与电力电缆合理敷设的方法，包括步骤:
[0029]S200:检测电力电缆当前运行环境和光纤对振动波的灵敏度，计算在当前运行环境下光纤传播振动波的衰减特性，其中，所述电力电缆当前运行环境包括土壤、隧道和管道环境；
[0030]S400:根据所述光纤传播振动波的衰减特性和所述光纤对振动波的灵敏度，计算所述光纤能检测到所述电力电缆振动的最大距离，定义所述光纤能检测到所述电力电缆振动的最大距离为阈值距离；
[0031]S600:识别电力电缆当前分布方式，其中，所述电力电缆当前分布方式包括空间分布和同一平面分布；
[0032]S800:根据所述阈值距离和所述电力电缆当前分布方式，确定光纤与电力电缆合理敷设方式。
[0033]本发明光纤与电力电缆合理敷设的方法，在一回路三根高压电力电缆线路上，根据电缆击穿振动波在电缆之间介质的传播衰减特性与分布式光纤振动波强度的敏感度，结合高压电力电缆的空间分布，选择分布式光纤敷设方式。整个光纤与电力电缆合理敷设的方法能够根据不同的情况，选择敷设光纤根数，避免材料的浪费，节约了材料，降低了利用分布式光纤瑞利散设原理定位电力电缆故障的方法的实施成本。
[0034]在其中一个实施例中,所述步骤S800具体包括:
[0035]获取所述阈值距离和所述电力电缆当前分布方式；
[0036]当所述电力电缆的分布方式为空间分布时，确定空间上到每根所述电力电缆距离相等的点，计算该点到所述电力电缆的距离，定义该点到所述电力电缆的距离为测量距离，若所述测量距离小于所述阈值距离，敷设单根光纤，若所述测量距离大于所述阈值距离且小于2倍所述阈值距离，敷设两根光纤，所述测量距离大于2倍所述阈值距离，敷设三根光纤。
[0037]如图5所示，敷设单根光纤时，单根光纤将穿过所述空间上到每根所述电力电缆距离相等的点。如图6所示，敷设两根光纤时，选取三根电力电缆的横切面，三根电力电缆在横切面上的点构成一个三角形，选取边长较短两条边的中点，两根光纤将分别穿过所述中点。如图7所示，敷设三根光纤时，每根电力电缆都相邻敷设光纤，且与相邻光纤的距离小于所述阈值距离。
[0038]当所述电力电缆的分布方式为同一平面分布时，计算三根所述电力电缆中相距最远两根所述电力电缆之间的距离，定义所述最远两根所述电力电缆之间的距离为第一计算距离，分别计算三根所述电力电缆中相邻两根电力电缆之间的距离，分别定义三根电力电缆中相邻两根所述电力电缆之间的距离为第二计算距离和第三计算距离，若所述第一计算距离小于2倍所述阈值距离，则敷设单根光纤，若所述第一计算距离大于2倍所述阈值距离且所述第二计算距离和所述第三计算距离均小于2倍所述阈值距离，若所述第一计算距离大于2倍所述阈值距离且所述第二计算距离和/或所述第三计算距离大于2倍所述阈值距离，则敷设三根光纤。
[0039]下面将用一个具体实施例，并结合图5、图6、图7、图8、与9、图10详细说明本发明光纤与电力电缆合理敷设的方法中，判断敷设光纤数量以及具体的敷设方式。为便于解释说明，定义图5、图6、图7、图8、与9、图10中电力电力电缆用A表示，光纤用B表示。
[0040]计算故障电缆击穿振动波传播衰减特性与光纤对振动波的灵敏度双重要求所确定的最大距离为R。
[0041 ] 当电力电缆为空间分布时，图5、图6和图7中电力电缆为空间分布的情况，首先研究高压电力电缆的空间分布的横切面上由电缆确定的点，将空间上线的问题转化为平面上点的问题，确定空间上到每根电力电缆距离相等的点，计算该点到所述电力电缆的距离，定义该点到所述电力电缆的距离为测量距离rl，空间上到每根电力电缆距离相等的点即为平面上三角形的外接圆的圆心。如图5所示，若rl〈R时，敷设单根光纤，圆心的位置即为光纤的敷设位置。如图6所示，若外接圆半径rl>R且rl〈2R时，则采用两根光纤敷设模式。取三角形三条边中两条较小的边的中点为光纤的敷设位置。如图7所示，若rl>2R，则采用三根光纤敷设模式。采用三根光纤敷设模式时，控制光纤与高压电力电缆的最大距离小于R。
[0042]当电力电缆为同一平面分布时，图8、图9和图10中电力电缆为同一平面分布，计算三根所述电力电缆中相距最远两根所述电力电缆之间的距离，定义所述最远两根所述电力电缆之间的距离为第一计算距离r2，分别计算三根所述电力电缆中相邻两根电力电缆之间的距离，分别定义三根电力电缆中相邻两根所述电力电缆之间的距离为第二计算距离r3和第三计算距离r4，如图8所示，若所述第一计算距离r2〈2R，则敷设单根光纤，所述单根光纤沿三根所述电力电缆轴向敷设路径S形上敷设，且S形中每个台阶的宽度和高度均小于所述阈值距离，如图9所示，若所述第一计算距离r2>2R且r3〈2R、r4〈2R，则敷设两根光纤，所述两根光纤分别敷设在相邻两根电力电缆之间，且所述光纤到相邻两根所述电力电缆的距离均小于R，如图10所示，若所述第一计算距离大于2倍所述阈值距离且所述第二计算距离和/或所述第三计算距离大于2倍所述阈值距离，则敷设三根光纤，每根所述电力电缆均相邻敷设有单根所述光纤，且所述电力电缆到相邻光纤的距离均小于R。
[0043]如图2所示,在其中一个实施例中,所述步骤S200具体包括:
[0044]S220:设置光纤振动传感系统,将所述光纤与所述光纤振动传感系统连接；
[0045]S240:确定所述电力电缆当前运行环境，并对所述光纤施加已知的振动波；
[0046]S260:通过所述光纤振动传感系统获取光纤在施加已知的振动波后产生的波动数据；
[0047]S280:根据所述已知的振动波和所述波动数据，计算所述光纤对振动波的灵敏度和在当前运行环境下光纤传播振动波的衰减特性。
[0048]利用光纤振动传感系统能够准确、快速捕捉到光纤的振动情况，通过多次试验分别加载已知的振动波数据，就可以准确计算出光纤对振动波的灵敏度和在当前运行环境下光纤传播振动波的衰减特性，为了进一步确保获得数据的准确性还可以多次试验加载相同和不同的振动波数据，之后求取平均值。
[0049]在其中一个实施例中，所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
[0050]如图3所示，一种光纤与电力电缆合理敷设的系统，包括:
[0051]检测计算模块100，用于检测电力电缆当前运行环境和光纤对振动波的灵敏度，计算在当前运行环境下光纤传播振动波的衰减特性，其中，所述电力电缆当前运行环境包括土壤、隧道和管道环境；
[0052]阈值距离计算模块200，用于根据所述光纤传播振动波的衰减特性和所述光纤对振动波的灵敏度，计算所述光纤能检测到所述电力电缆振动的最大距离，定义所述光纤能检测到所述电力电缆振动的最大距离为阈值距离；
[0053]分布方式识别模块300，用于识别电力电缆当前分布方式，其中，所述电力电缆当前分布方式包括空间分布和同一平面分布；
[0054]敷设方式确定模块400，用于根据所述阈值距离和所述电力电缆当前分布方式，确定光纤与电力电缆合理敷设方式。
[0055]本发明光纤与电力电缆合理敷设的系统，在一回路三根高压电力电缆线路上，根据电缆击穿振动波在电缆之间介质的传播衰减特性与分布式光纤振动波强度的敏感度，结合高压电力电缆的空间分布，选择分布式光纤敷设方式。整个光纤与电力电缆合理敷设的方法能够根据不同的情况，选择敷设光纤根数，避免材料的浪费，节约了材料。
[0056]在其中一个实施例中，所述敷设方式确定模块400具体包括:
[0057]获取单元，用于获取所述阈值距离和所述电力电缆当前分布方式；
[0058]空间分布式敷设单元，用于当所述电力电缆的分布方式为空间分布，确定空间上至IJ每根所述电力电缆距离相等的点，计算该点到所述电力电缆的距离，定义该点到所述电力电缆的距离为测量距离，若所述测量距离小于所述阈值距离，敷设单根光纤，若所述测量距离大于所述阈值距离且小于2倍所述阈值距离，敷设两根光纤，所述测量距离大于2倍所述阈值距离时，敷设三根光纤；
[0059]平面分布式敷设单元，用于当所述电力电缆的分布方式为同一平面分布时，计算三根所述电力电缆中相距最远两根所述电力电缆之间的距离，定义所述最远两根所述电力电缆之间的距离为第一计算距离，分别计算三根所述电力电缆中相邻两根电力电缆之间的距离，分别定义三根电力电缆中相邻两根所述电力电缆之间的距离为第二计算距离和第三计算距离，若所述第一计算距离小于2倍所述阈值距离，则敷设单根光纤，若所述第一计算距离大于2倍所述阈值距离且所述第二计算距离和所述第三计算距离均小于2倍所述阈值距离，则敷设两根光纤，若所述第一计算距离大于2倍所述阈值距离且所述第二计算距离和/或所述第三计算距离大于2倍所述阈值距离，则敷设三根光纤。
[0060]如图4所示，在其中一个实施例中，所述检测计算模块100具体包括:
[0061]设置单元120，用于设置光纤振动传感系统，将所述光纤与所述光纤振动传感系统连接；
[0062]加载单元140，用于确定所述电力电缆当前运行环境，并对所述光纤施加已知的振动波；
[0063]数据获取单元160，用于通过所述光纤振动传感系统获取光纤在施加已知的振动波后产生的波动数据；
[0064]计算单元180，用于根据所述已知的振动波和所述波动数据，计算所述光纤对振动波的灵敏度和在当前运行环境下光纤传播振动波的衰减特性。
[0065]在其中一个实施例中，所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
[0066]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种光纤与电力电缆合理敷设的方法，其特征在于，包括步骤: 检测电力电缆当前运行环境和光纤对振动波的灵敏度，计算在当前运行环境下光纤传播振动波的衰减特性，其中，所述电力电缆当前运行环境包括土壤、隧道和管道环境； 根据所述光纤传播振动波的衰减特性和所述光纤对振动波的灵敏度，计算所述光纤能检测到所述电力电缆振动的最大距离，定义所述光纤能检测到所述电力电缆振动的最大距离为阈值距离； 识别电力电缆当前分布方式，其中，所述电力电缆当前分布方式包括空间分布和同一平面分布； 根据所述阈值距离和所述电力电缆当前分布方式，确定光纤与电力电缆合理敷设方式。
2.根据权利要求1所述的光纤与电力电缆合理敷设的方法，其特征在于，所述步骤根据所述阈值距离和所述电力电缆当前分布方式，确定光纤与电力电缆合理敷设方式具体包括: 获取所述阈值距离和所述电力电缆当前分布方式； 当所述电力电缆的分布方式为空间分布时，确定空间上到每根所述电力电缆距离相等的点，计算该点到所述电力电缆的距离，定义该点到所述电力电缆的距离为测量距离，若所述测量距离小于所述阈值距离，敷设单根光纤，若所述测量距离大于所述阈值距离且小于2倍所述阈值距离，敷设 两根光纤，若所述测量距离大于2倍所述阈值距离，敷设三根光纤； 当所述电力电缆的分布方式为同一平面分布时，计算三根所述电力电缆中相距最远两根所述电力电缆之间的距离，定义所述最远两根所述电力电缆之间的距离为第一计算距离，分别计算三根所述电力电缆中相邻两根电力电缆之间的距离，分别定义三根电力电缆中相邻两根所述电力电缆之间的距离为第二计算距离和第三计算距离，若所述第一计算距离小于2倍所述阈值距离，则敷设单根光纤，若所述第一计算距离大于2倍所述阈值距离且所述第二计算距离和所述第三计算距离均小于2倍所述阈值距离，则敷设两根光纤，若所述第一计算距离大于2倍所述阈值距离且所述第二计算距离和/或所述第三计算距离大于2倍所述阈值距离，则敷设三根光纤。
3.根据权利要求1或2所述的光纤与电力电缆合理敷设的方法，其特征在于，所述步骤检测电力电缆当前运行环境和光纤对振动波的灵敏度，计算在当前运行环境下光纤传播振动波的衰减特性具体包括: 设置光纤振动传感系统，将所述光纤与所述光纤振动传感系统连接； 确定所述电力电缆当前运行环境，并对所述光纤施加已知的振动波； 通过所述光纤振动传感系统获取光纤在施加所述已知的振动波后产生的波动数据； 根据所述已知的振动波和所述波动数据，计算所述光纤对振动波的灵敏度和在当前运行环境下光纤传播振动波的衰减特性。
4.根据权利要求3所述的光纤与电力电缆合理敷设的方法，其特征在于，所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
5.一种光纤与电力电缆合理敷设的系统，其特征在于，包括: 检测计算模块，用于检测电力电缆当前运行环境和光纤对振动波的灵敏度，计算在当前运行环境下光纤传播振动波的衰减特性，其中，所述电力电缆当前运行环境包括土壤、隧道和管道环境； 阈值距离计算模块，用于根据所述光纤传播振动波的衰减特性和所述光纤对振动波的灵敏度，计算所述光纤能检测到所述电力电缆振动的最大距离，定义所述光纤能检测到所述电力电缆振动的最大距离为阈值距离； 分布方式识别模块，用于识别电力电缆当前分布方式，其中，所述电力电缆当前分布方式包括空间分布和同一平面分布； 敷设方式确定模块，用于根据所述阈值距离和所述电力电缆当前分布方式，确定光纤与电力电缆合理敷设方式。
6.根据权利要求5所述的光纤与电力电缆合理敷设的系统，其特征在于，所述敷设方式确定模块具体包括: 获取单元，用于获取所述阈值距离和所述电力电缆当前分布方式； 空间分布式敷设单元，用于当所述电力电缆的分布方式为空间分布时，确定空间上到每根所述电力电缆距离相等的点，计算该点到所述电力电缆的距离，定义该点到所述电力电缆的距离为测量距离，若所述测量距离小于所述阈值距离，敷设单根光纤，若所述测量距离大于所述阈值距离且小于2倍所述阈值距离，敷设两根光纤，所述测量距离大于2倍所述阈值距离，敷设三根光纤； 平面分布式敷设单元，用于当所述电力电缆的分布方式为同一平面分布时，计算三根所述电力电缆中相距最远两根所述电力电缆之间的距离，定义所述最远两根所述电力电缆之间的距离为第一计算距离，分别计算三根所述电力电缆中相邻两根电力电缆之间的距离，分别定义三根电力电缆中相邻两根所述电力电缆之间的距离为第二计算距离和第三计算距离，若所述第一计算距离小于2倍所述阈值距离，则敷设单根光纤，若所述第一计算距离大于2倍所述阈值距离且所述第二计算距离和所述第三计算距离均小于2倍所述阈值距离，则敷设两根光纤，若所 述第一计算距离大于2倍所述阈值距离且所述第二计算距离和/或所述第三计算距离大于2倍所述阈值距离，则敷设三根光纤。
7.根据权利要求5或6所述的光纤与电力电缆合理敷设的系统，其特征在于，所述检测计算模块具体包括: 设置单元，用于设置光纤振动传感系统，将所述光纤与所述光纤振动传感系统连接； 加载单元，用于确定所述电力电缆当前运行环境，并对所述光纤施加已知的振动波； 数据获取单元，用于通过所述光纤振动传感系统获取光纤在施加所述已知的振动波后产生的波动数据； 计算单元，用于根据所述已知的振动波和所述波动数据，计算所述光纤对振动波的灵敏度和在当前运行环境下光纤传播振动波的衰减特性。
8.根据权利要求7所述的光纤与电力电缆合理敷设的系统，其特征在于，所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
【文档编号】H02G1/06GK103439780SQ201310342876
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月7日 优先权日:2013年8月7日
【发明者】黄嘉盛, 金尚儿, 刘刚, 陈继鑫, 慕容啟华, 陈文教 申请人:广州供电局有限公司