一种用于高压铁塔上的光通讯系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于高压铁塔上的光通讯系统，所述系统包括设置在所述高压铁塔上的光缆和光纤柱，所述光缆一端依次通过低压光缆转接盒、光纤柱和高压光缆转接盒与光电转换单元连接；所述光缆的另一端依次通过光缆埋地转接管和埋地带金属PVC管与另一光电转换单元连接。该系统可将高电压环境下的测量数据安全地传输至地面。
【专利说明】-种用于高压铁塔上的光通讯系统
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种光通讯系统，更具体涉及一种用于高压铁塔上的光通讯系统。
【背景技术】：
[0002] 为贯彻国家能源政策，确保电力工业全面、协调、可持续的健康发展，国家电网公 司根据我国国情提出了加快发展交直流特高压电网的重大战略举措。特高压输电是在超高 压输电的基础上发展起来的，可以实现远距离、大容量传输电能，适合大区电网互联。与特 高压交流输电不同，特高压直流输电的线路造价更低，功率损耗更小，更适合超远距离的大 容量电能输送。
[0003] 近年来，我国为进一步提高电能输送容量和距离，已经建设完成向家坝一上海 ± 800kV特高压直流输电工程，同时国家电网公司目前已启动±1100kV特高压直流输电技 术的研究和建设工作。
[0004] 在高电压交、直流输电过程中，某些场合需要将弱电信号测量装置安装于高电压 环境下，通过测量装置获得的信号一般是电信号，而高电压侧的电信号是不可能不经过处 理就直接传输至地面的低电压侧。将高电压侧电信号传输至地面可使用两种方法，一种是 无线通信，适用于信号的传输速率不太高的情况下；另一种是光纤通信，可高速传输信号。
[0005] 在高压线路上的电晕电流测量，需要的采样频率非常高，至少需要达到10MHz以 上。以前电力系统测量电晕电流只注重研究电晕损耗，并且传统的测量系统采样频率低 (通常在2MHz以下），测量性能远不能满足特高压输电线路可听噪声、无线电干扰和直流合 成电场的研究需求。由电晕电流的研究需要推动，中国电力科学研究院已成功研制出频带 响应为30MHz的取样传感器，但这些还不能满足特高压直流电晕特性研究的需求，需要进 一步研制采样频率更高的测量系统。
[0006] 光纤一般是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射而达成的光传导工 具，由绝缘材料制造，不导电。因而，在某些场合需要电气隔离而又须实现信号传输时，光纤 就成为常用的信号传输载体。由于光纤作为信号传输线在使用中具有易粹、不耐挤压、不耐 冲击等特点，在某些特殊场合需要特制光纤转接盒，以实现光纤与光纤的转接。
[0007] 在高电压交、直流输电过程中，某些场合需要将弱电信号测量装置安装于高电压 环境下，通过测量装置获得的信号一般是电信号，而高电压侧的电信号是不可能不经过处 理就直接传输至地面的低电压侧。如何设计一种将高压铁塔上的电信号传输至地面的光通 讯系统成为整套传输系统的关键。
【发明内容】
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[0008] 本发明的目的是提供一种用于高压铁塔上的光通讯系统，该系统将高电压环境下 的测量数据安全地传输至地面。
[0009] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于高压铁塔上的光通讯系统， 所述系统包括设置在所述高压铁塔上的光缆和光纤柱，所述光缆一端依次通过低压光缆转 接盒、光纤柱和高压光缆转接盒与光电转换单元连接；所述光缆的另一端依次通过光缆埋 地转接管和埋地带金属PVC管与另一光电转换单元连接。
[0010] 本发明提供的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，所述光电转换单元包括依次连 接的设置在特高压环境下的取样传感器、特高压当地端测量单元、光纤、安全位置测量单元 和上位机；所述光纤上设有光纤柱。
[0011] 本发明提供的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，所述特高压当地端测量单元包 括与所述取样传感器连接的高速宽频域数据采集单元、通过USB接口与所述高速宽频域数 据采集单元连接的光电转换单元A和通过串行接口与所述光电转换单元A连接的能源综合 管理单元；所述能源综合管理单元分别与独立供电单元和所述高速宽频域数据采集单元连 接；所述独立供电单元与所述高速宽频域数据采集单元连接；
[0012] 所述安全位置测量单元包括通过所述光纤与所述光电转换单元A连接的光电转 换单元B和与所述电转换单元B连接的电源单元；所述光电转换单元B分别通过USB接口 和串行接口与所述上位机连接。
[0013] 本发明提供的另一优选的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，所述低压光缆转接 盒包括均压环和垂直连接所述均压环的转接筒；所述转接筒轴线上设有伸出筒；所述伸出 筒中间设有与其垂直连接的安装板。
[0014] 本发明提供的再一优选的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，所述转接筒两端分 别为设置在所述均压环内径上的活动盖和固定盖，所述活动盖和固定盖通过带垫螺丝与所 述转接筒连接；在所述伸出筒与安装板连接处设有用于与安装板固定连接的带垫螺丝。
[0015] 本发明提供的又一优选的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，所述安装板上垂直 设有呈圆形均匀分布的光纤对接法兰；所述伸出筒顶端和底端分别设有连接杆，其中一端 的所述连接杆设有与所述光缆相连的连接孔；另一端所述连接杆与所述光纤柱固定连接并 且该连接杆设有与所述转接筒固定连接的卡子并通过带垫螺丝进行固定。
[0016] 本发明提供的又一优选的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，所述高压光缆转接 盒与所述低压光缆转接盒结构相同；所述高压光缆转接盒上和低压光缆转接盒上均设有光 纤转接接口分别用于连接电光转换单元和室外光纤。
[0017] 本发明提供的又一优选的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，所述光纤柱包括光 纤柱延长金具和通过光纤柱延长金具相连的两个绝缘子；每个所述绝缘子两端分别设有均 压环，其中一个所述绝缘子一端通过均压环与所述高压光缆转接盒一端连接；另一个所述 绝缘子一端通过均压环与与所述低压光缆转接盒一端连接。
[0018] 本发明提供的又一优选的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，所述光缆通过吸附 磁铁固定在铁塔上，所述吸附磁铁上设有大小可调的卡扣。
[0019] 本发明提供的又一优选的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，所述光缆通过设置 在所述铁塔塔脚处的所述光缆埋地转接管入地；所述转接管表面镀有防腐蚀镀膜，其角度 可根据塔脚处的水泥基础形状进行弯曲；所述铁管壁厚2 - 10mm，铁管的一端应入地至少 50cm，另一端应固定在铁塔的塔角上。
[0020] 本发明提供的又一优选的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，所述光缆在地下经 埋地带金属PVC管与所述电光转换单元连接。
[0021] 本发明提供的又一优选的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，所述低压光缆转接 盒的另一端与低压端连接金具连接；所述高压光缆转接盒的另一端与光纤柱固定伸缩弹簧 连接。
[0022] 和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
[0023] 1、本发明的系统将高电压环境下的测量数据安全地传输至地面；
[0024] 2、本发明既可实现特高压侧与低压侧的电气绝对隔离，又能保证高、低压侧在各 种天气条件下不发生电击穿现象；
[0025] 3、本发明中在铁塔上固定光缆用的吸附磁铁使得整个光缆线路的固定过程既简 单、方便，又牢固可靠，且在光缆改变铺设路径、检修等过程中极其方便；
[0026] 4、本发明中的埋地带金属PVC管的使用可极大地改善埋地光缆的老化和损坏过 程，起到一定的保护作用；
[0027] 5、本发明采用数字化光纤传输单元，频带宽、衰减少，抗干扰能力强，并且有效距 离大，可满足远程测量需求；
[0028] 6、本发明中的埋地带金属PVC管为高分子材料，质轻耐用，耐老化，使用寿命长， 物化性能优良，耐化学腐蚀，抗冲强度高的特点，光缆在塔下通过带金属的PVC管埋入地下 连接到地面装置；
[0029] 7、本发明的系统既很好的保护光缆，同时保证了测量的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1为本发明的系统结构示意图；
[0031] 图2为本发明的光电转换单元结构示意图；
[0032] 图3为本发明的转接盒的示意图；
[0033] 图4为本发明的光纤柱示意图；
[0034] 图5为本发明的铁塔上吸附磁铁示意图；
[0035] 图6为本发明的下塔处铁管的结构示意图；
[0036] 图7为本发明的埋地带金属PVC管的结构示意图；
[0037] 其中，1-连接杆，2-活动盖，3-带垫螺丝，4-均压环，5-带垫螺丝孔，6-光纤插头 安装板，7-转接筒，8-固定盖，9-伸出筒，10-卡子，11-光纤对接法兰，12-连接孔，13-.低 压端连接金具，14-低压光缆转接盒，15-光纤柱延长金具，16-高压光缆转接盒，17-.光纤 柱固定伸缩弹簧，18-光纤柱与室外光纤连接接口，19-光纤柱与测量系统光纤连接接口， 20-均压环B，21-绝缘子，22-吸附磁铁，23-光纤柱，24-光缆，25-光缆埋地转接管，26-埋 地金属PVC管。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
[0039] 实施例1 :
[0040] 如图1-7所示，本例的发明用于高压铁塔上光通讯系统，所述系统包括设置在所 述高压铁塔上的光缆24和光纤柱23,所述光缆24 -端依次通过低压光缆转接盒14、光纤 柱23和高压光缆转接盒16与光电转换单元连接；所述光缆24的另一端依次通过光缆埋地 转接管25和埋地带金属PVC管26与另一光电转换单元连接。
[0041] 所述光电转换单元如图2所示，包括依次连接的设置在特高压环境下的取样传 感器、特高压当地端测量单元、光纤、安全位置测量单元和上位机；所述光纤上设有光纤柱 23〇
[0042] 所述特高压当地端测量单元包括与所述取样传感器连接的高速宽频域数据采集 单元、通过USB接口与所述高速宽频域数据采集单元连接的光电转换单元A和通过串行接 口与所述光电转换单元A连接的能源综合管理单元；所述能源综合管理单元分别与独立供 电单元和所述高速宽频域数据采集单元连接；所述独立供电单元与所述高速宽频域数据采 集单元连接；
[0043] 所述安全位置测量单元包括通过所述光纤与所述光电转换单元A连接的光电转 换单元B和与所述电转换单元B连接的电源单元；所述光电转换单元B分别通过USB接口、 串行接口与所述上位机连接。所述取样传感器和特高压当地端测量单元均设于一体化特高 压当地单元中，所述取样传感器对高压直流线路的电晕电流信号进行取样，将所述电晕电 流信号转换为电压信号，所述特高压当地端测量单元对所述电压信号进行采集，经光电转 换得到光信号，所述光信号经所述光纤传输单元传送至所述安全位置测量端单元，所述安 全位置测量端单元将所述光信号转换成电压信号，所述上位机对电压信号进行处理、存储 和显示。
[0044] 所述低压光缆转接盒14如图3所示，包括均压环4和垂直连接所述均压4环的转 接筒7 ;所述转接筒7轴线上设有伸出筒9 ;所述伸出筒9中间设有与其垂直连接的光纤插 头安装板6。所述转接筒7位于均压环4的内径，两端与均压环4焊接固定。
[0045] 所述转接筒7两端分别为设置在所述均压环4内径上的活动盖2和固定盖8,所 述活动盖2和固定盖8通过带垫螺丝3与所述转接筒7设有的螺纹孔连接；在所述伸出筒 9与光纤插头安装板6连接处设有用于与安装板固定连接的带垫螺丝3。
[0046] 所述安装板上垂直设有呈圆形均匀分布的光纤对接法兰11，此安装板上有八个光 纤对接法兰11，接入光纤时四个使用，四个备用；所述伸出筒9顶端和底端分别设有连接杆 1，其中一端的所述连接杆1设有与所述光缆相连形成吊挂型的连接孔12 ;另一端所述连接 杆1与所述光纤柱23固定连接并且该连接杆1设有与所述转接筒7固定连接的卡子10并 通过带垫螺丝3进行固定，从而使整个结构固定。所述活动盖2中间部位有圆孔，用以通过 连接杆1。
[0047] 所述高压光缆转接盒16与所述低压光缆转接盒14结构相同；所述高压光缆转接 盒16上和低压光缆转接盒14上均设有光纤转接接口分别用于连接电光转换单元和室外光 纤。
[0048] 所述光纤柱23包括光纤柱延长金具15和通过光纤柱延长金具14相连的两个绝 缘子21 ;每个所述绝缘子21两端分别设有均压环B20,其中一个所述绝缘子21 -端通过均 压环B20与所述高压光缆转接盒16 -端连接；另一个所述绝缘子21 -端通过均压环B20 与与所述低压光缆转接盒14 一端连接。
[0049] 所述光缆24通过吸附磁铁22固定在铁塔上，所述吸附磁铁22上设有大小可调 的卡扣。所述光缆24通过设置在所述铁塔塔脚处的所述光缆埋地转接管25入地；所述转 接管表面镀有防腐蚀镀膜，其角度可根据塔脚处的水泥基础形状进行弯曲；所述铁管壁厚 2 - 10mm，铁管的一端应入地至少50cm，另一端应固定在铁塔的塔角上。所述光缆24在地 下经埋地带金属PVC管26与所述电光转换单元连接。
[0050] 所述低压光缆转接盒14的另一端与低压端连接金具13连接；所述高压光缆转接 盒16的另一端与光纤柱固定伸缩弹簧17连接；其中，所述低压端连接金具13连接在低电 位侧的固定点上，低压光缆转接盒14、高压光缆转接盒16用于室外光纤和光纤柱23的转 接；所述转接接口分别对应为光纤柱23与室外光纤连接接口 18和光纤柱23与测量系统光 纤连接接口 19 ;光纤柱固定伸缩弹簧17用于提供光纤柱23 -定的安装裕度以及小范围活 动能力，所述均压环B20用于防止表面放电，所述绝缘子21用于线路高压侧与试验塔安装 挂点的绝缘。。
[0051] 本实施例的所述光通讯系统在特高压直流试验基地的试验线段上实现。在试验线 段的T3塔上的宽频域电晕电流测量系统中，取样传感器对高压直流线路的电晕电流信号 进行取样，将电晕电流信号转化为电压信号，特高压当地端测量单元对电压信号进行采集， 经光电转换得到光信号，光信号经光纤传输单元传送至安全位置测量端单元，安全位置测 量端单元将光信号转换成电压信号，上位机对电压信号进行处理、存储和显示。光纤和光纤 柱23主要用于特高压当地端和安全位置测量端之间的通讯和数据传输。由于特高压特殊 电磁环境的影响，可能破坏光纤传输介质，并且影响传输的稳定性。因此，在实际工程中首 先将特高压当地端发送的光信号经特殊通讯光纤柱进行高压有效隔离，然后再通过室外光 纤将信号传输到安全位置测量端。特殊通讯光纤柱设计采用在普通绝缘子内部熔接光纤传 输介质的方法，根据安装设计要求，将通讯绝缘子挂接到特高压输电线路杆塔上的特高压 当地端。PVC管表面膜的最上层是漆，中间的主要成分是聚氯乙烯，另外加入其他成分来增 强其耐热性，韧性，延展性等，最下层是背涂粘合剂。它是当今世界上深受喜爱、颇为流行并 且也被广泛应用的一种合成材料。具有密封、绝缘、防腐、防锈、保护等功能。吸附磁铁22 的卡口部分大小可调，用于固定不同口径的光缆24,可吸附在高压铁塔上，便于安装、拆卸， 并且加工方便，经济实惠。本发明所提出的宽频域电晕电流测量系统可在特高压直流环境 及各种恶劣自然环境条件下长期稳定运行。
[0052] 所述光缆转接盒，由于光纤作为信号传输线在使用中具有易粹、不耐挤压、不耐冲 击等特点，在某些特殊场合需要特制光纤转接盒，以实现光纤与光纤的转接，并防止在转接 过程中引起不必要的电晕放电；
[0053] 所述光纤柱23,利用光纤进行光通信和光送能，各组导管单元的光纤柱两端能够 耐受非常高的电压，采用串联式结构，光纤从头到尾可以不中断，免熔焊，提高了光纤的绝 缘性能和使用寿命，减小光损耗，且可以折叠，便于生产和运输；
[0054] 光纤，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射而达成的光传导工具， 由绝缘材料制造，不导电，具有可绕性好、孔径小、损耗低、能够远距离传输、能够改善光场 分布，得到高效率、小孔径的圆形对称光斑等优点，在某些场合需要电气隔离而又须实现信 号传输时，成为常用的信号传输载体，给实际应用带来很大的方便。在本系统中可更加光纤 传输距离的长短采用单模或多模光纤。
[0055] 下塔处入地转接管，表面镀有防腐蚀镀膜，用于保护光缆。其角度可根据塔脚处的 水泥基础形状进行弯曲；低压侧的光电转换单元，将由高压侧传输过来的光信号逆变换，得 到电信号。
[〇〇56] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所 属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理依然可以对本发明的【具体实施方式】进 行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请 待批的本发明的权利要求保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种用于高压铁塔上的光通讯系统，所述系统包括设置在所述高压铁塔上的光缆和 光纤柱，其特征在于：所述光缆一端依次通过低压光缆转接盒、光纤柱和高压光缆转接盒与 光电转换单元连接；所述光缆的另一端依次通过光缆埋地转接管和埋地带金属PVC管与另 一光电转换单元连接。
2. 如权利要求1所述的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，其特征在于：所述光电转 换单元包括依次连接的设置在特高压环境下的取样传感器、特高压当地端测量单元、光纤、 安全位置测量单元和上位机；所述光纤上设有光纤柱。
3. 如权利要求2所述的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，其特征在于：所述特高压 当地端测量单元包括与所述取样传感器连接的高速宽频域数据采集单元、通过USB接口与 所述高速宽频域数据采集单元连接的光电转换单元A和通过串行接口与所述光电转换单 元A连接的能源综合管理单元；所述能源综合管理单元分别与独立供电单元和所述高速宽 频域数据采集单元连接；所述独立供电单元与所述高速宽频域数据采集单元连接； 所述安全位置测量单元包括通过所述光纤与所述光电转换单元A连接的光电转换单 元B和与所述电转换单元B连接的电源单元；所述光电转换单元B分别通过USB接口和串 行接口与所述上位机连接。
4. 如权利要求1所述的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，其特征在于：所述低压光 缆转接盒包括均压环和垂直连接所述均压环的转接筒；所述转接筒轴线上设有伸出筒；所 述伸出筒中间设有与其垂直连接的安装板。
5. 如权利要求4所述的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，其特征在于：所述转接筒 两端分别为设置在所述均压环内径上的活动盖和固定盖，所述活动盖和固定盖通过带垫螺 丝与所述转接筒连接；在所述伸出筒与安装板连接处设有用于与安装板固定连接的带垫螺 丝。
6. 如权利要求5所述的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，其特征在于：所述安装板 上垂直设有呈圆形均匀分布的光纤对接法兰；所述伸出筒顶端和底端分别设有连接杆，其 中一端的所述连接杆设有与所述光缆相连的连接孔；另一端所述连接杆与所述光纤柱固定 连接并且该连接杆设有与所述转接筒固定连接的卡子并通过带垫螺丝进行固定。
7. 如权利要求1-6任意一项所述的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，其特征在于： 所述高压光缆转接盒与所述低压光缆转接盒结构相同；所述高压光缆转接盒上和低压光缆 转接盒上均设有光纤转接接口分别用于连接电光转换单元和室外光纤。
8. 如权利要求1所述的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，其特征在于：所述光纤柱 包括光纤柱延长金具和通过光纤柱延长金具相连的两个绝缘子；每个所述绝缘子两端分别 设有均压环，其中一个所述绝缘子一端通过均压环与所述高压光缆转接盒一端连接；另一 个所述绝缘子一端通过均压环与与所述低压光缆转接盒一端连接。
9. 如权利要求1所述的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，其特征在于：所述光缆通 过吸附磁铁固定在铁塔上，所述吸附磁铁上设有大小可调的卡扣。
10. 如权利要求1所述的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，其特征在于：所述光缆通 过设置在所述铁塔塔脚处的所述光缆埋地转接管入地；所述转接管表面镀有防腐蚀镀膜， 其角度可根据塔脚处的水泥基础形状进行弯曲；所述铁管壁厚2 - 10mm，铁管的一端应入 地至少50cm，另一端应固定在铁塔的塔角上。
11. 如权利要求10所述的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，其特征在于：所述光缆 在地下经埋地带金属PVC管与所述电光转换单元连接。
12. 如权利要求8所述的一种用于高压铁塔上的光通讯系统，其特征在于：所述低压光 缆转接盒的另一端与低压端连接金具连接；所述高压光缆转接盒的另一端与光纤柱固定伸 缩弹簧连接。
【文档编号】H04B10/25GK104092496SQ201410334070
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】刘元庆, 辛恩承, 陆家榆, 袁海文, 吕建勋 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 北京航空航天大学