一种用于对光纤复合低压电缆进行故障诊断的系统及方法与流程

本发明涉及电力系统配电技术和光通信技术领域，更具体地，涉及一种用于对光纤复合低压电缆进行故障诊断的系统及方法。

背景技术：

随着城网和农网改造的实施，光纤复合缆oplc(opticalfibercompositelow-voltagescable)线路作为光通信与网络供电传输主体，光纤网络系统中光纤复合缆线路的敷设量越来越多，特别是随着城市改造和建设的不断深入，城市光纤网络中光电复合缆所占的比重越来越大，光纤复合缆的运行管理、监测维护工作量也日益增加。

运行电流和温度是光纤复合缆运行涉及的两个重要参数。当光纤复合缆在额定负荷下运行时，线芯温度达到允许值。光纤复合缆一旦超过负荷，线芯温度将急剧上升，加速绝缘老化，甚至发生热击穿。所以，必须对光纤复合缆的运行电流和温度进行控制，这就要求光纤网络运行部门对光纤复合缆的实际负荷进行合理调度。

在光纤复合缆的选型和敷设阶段，由于缺少对实际运行环境进行全面的考虑，通常都是根据标准电缆外护套温度进行的，这样将导致光纤复合缆在电缆外护套温度高或散热条件不良时运行于过热状态，减少运行寿命。并且，由于网络结构的日趋复杂，由于缺少对光纤复合缆的负荷进行调整和调度，电力通信资源负荷能力不能得到充分发挥，也难以解决光纤网络系统调度中紧急情况下的电力供应分配问题。

目前光纤复合缆故障预警以及故障定位主要依靠人工用专业仪器进行排查，效率很低。为了提高光纤复合缆的维护效率，就需要提高光纤复合缆故障监测技术，使之向着集约化和自动化的方向发展。因此，迫切需要大力开发具有自主知识产权的oplc网络故障诊断装置，以在故障发生时应能尽快并且准确地确定故障的类型和地点，对故障光电复合缆进行维修，保证光纤网正常通信运行，其经济效益和社会影响都是十分巨大的。

现有技术：cn:201320345836.6，《一种基于asp的光纤网络故障诊断及维护系统》的实用新型公开了一种基于asp的光纤网络故障诊断及维护系统，包括与光纤网络连通的光纤配线柜，依次与所述光纤配线柜连接的光路切换单元、otdr测试模块、监控模块、数据库服务器和终端。现有技术基于asp的光纤网络故障诊断及维护系统，可以克服现有技术中适用范围小和定位准确性差等缺陷，以实现适用范围大和定位准确性好的优点。然而现有技术只解决了光通信传输的损耗检测问题，并不能解决光纤网络配电故障诊断的问题。

因此，需要一种技术，以实现对对光纤复合低压电缆进行故障进行实时诊断。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于对光纤复合低压电缆进行故障诊断的系统及方法，以解决对光纤复合低压电缆进行故障诊断的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于对光纤复合低压电缆进行故障诊断的系统，所述系统包括：

分布式光纤温度监测单元，用于对光纤复合低压电缆的光纤进行不同位置的实时温度监测，获取光纤不同位置的温度，并将所述光纤的位置及温度发送至信息处理单元；

环境监测单元，用于获取所述光纤复合低压电缆的电缆外护套温度，并将所述电缆外护套温度发送至所述信息处理单元；

电流采集单元，用于获取所述光纤复合低压电缆的导体的在实际运行时的载流量，并将所述实际运行的载流量发送至所述信息处理单元；

信息处理单元，用于根据接收到的所述光纤的位置及温度、电缆外护套温度以及实际运行的负荷电流进行分析，包括：

利用光纤的温度、所述电缆外护套温度，计算所述导体的温度；

利用所述导体的温度与所述导体的最大载流量的函数关系，计算所述导体的最大载流量；

判断所述实际运行的载流量是否大于所述最大载流量，若是，则所述光纤复合低压电缆运行故障。

优选地，所述信息处理单元通过tcp/ip通信方式与所述分布式光纤温度监测单元进行连接。

优选地，所述信息处理单元通过rs485总线与所述环境监测单元进行连接。

优选地，所述分布式光纤温度监测单元用于监测5公里内的光纤的位置及温度。

优选地，所述信息处理单元还用于，获取所述光纤最高温度对应的位置，建立所述位置导体的温度与实际运行的载流量的数据关系。

优选地，所述利用所述导体的温度与所述导体的最大载流量的函数关系，计算所述导体的最大载流量，包括：

通过热欧姆定律进行反演计算，计算所述导体的最大载流量。

优选地，所述电流采集单元包括电流采集器和电流互感器，其中：

所述电流采集器进行电流模拟量和数字量的转换；

所述电流互感器将负载大电流转变为测量用小电流。

优选地，所述分布式光纤温度监测单元通过内部总线与所述环境监测单元、电源单元进行连接。

基于本发明的另一方面，本发明提供一种用于对光纤复合低压电缆进行故障诊断的方法，所述方法包括：

对光纤复合低压电缆的光纤进行不同位置的实时温度监测，获取光纤不同位置的温度；

获取所述光纤复合低压电缆的电缆外护套温度；

获取所述光纤复合低压电缆的导体的在实际运行时的载流量；

利用所述导体的温度与所述导体的最大载流量的函数关系，计算所述导体的最大载流量；

判断所述实际运行的载流量是否大于所述最大载流量，若是，则所述光纤复合低压电缆运行故障。

优选地，通过tcp/ip通信方式传送所述光纤的温度。

优选地，通过rs485总线传送所述电缆外护套温度。

优选地，用于监测5公里内的光纤的位置及温度。

优选地，获取所述光纤最高温度对应的位置，建立所述位置导体的温度与实际运行的载流量的数据关系。

优选地，所述利用所述导体的温度与所述导体的最大载流量的函数关系，计算所述导体的最大载流量，包括：

通过热欧姆定律进行反演计算，计算所述导体的最大载流量。

本发明的技术方案提供了一种用于对光纤复合低压电缆进行故障诊断的系统，该系统根据采集光电复合缆光纤的温度、电缆运行电流和敷设电缆的电缆外护套温度进行分析、计算出电缆的导体温度，通过导体温度计算出通过导体的载流量，并根据光纤温度、运行电流和电缆电缆外护套温度之间的关系，分析oplc复合缆的运行安全状态，使配电光网络具有更佳的稳定性和可靠性。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明一实施方式的一种用于对光纤复合低压电缆进行故障诊断的系统结构图；

图2为根据本发明一实施方式的单芯电缆等值；

图3为根据本发明一实施方式的三芯电缆等值；以及

图4为根据本发明一实施方式的一种用于对光纤复合低压电缆进行故障诊断的方法流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明一实施方式的一种用于对光纤复合低压电缆进行故障诊断的系统结构图。本发明实施方式提供了一种电力系统的光纤复合低压电缆oplc运行状态进行评估、故障诊断以及无源网络pon网络的光纤到户ftth运维的网络故障诊断技术与装置。如图1所示，光纤复合低压电缆oplc网络故障诊断系统100由信息处理单元、dts分布式光纤温度监测单元101、环境监测单元102、电源模块、电流采集单元103组成。通过采集的光电复合低压电缆不同位置的纤芯温度、电缆导体运行时电流的载流量和电缆外护套温度数据进行分析，计算出导体的温度和变化规律。信息处理单元监测分布式光纤温度监测单元101、环境监测单元102和电流采集单元103的测量信息，并通过光纤的纤芯、导线的温度变化信息，评估光纤复合低压电缆oplc导线、光纤的运行安全状态和故障信息，并可以对故障发生部位进行定位。

本发明实施方式提供的一种用于对光纤复合低压电缆进行故障诊断的系统100，包括：

分布式光纤温度监测单元101，用于对光纤复合低压电缆的光纤进行不同位置的实时温度监测，获取光纤不同位置的温度，并将光纤的位置及温度发送至信息处理单元。

环境监测单元102，用于获取光纤复合低压电缆的电缆外护套温度，并将电缆外护套温度发送至信息处理单元。

电流采集单元103，用于获取光纤复合低压电缆的导体的在实际运行时的载流量，并将实际运行的载流量发送至信息处理单元。

信息处理单元104，用于根据接收到的光纤的位置及温度、电缆外护套温度以及实际运行的负荷电流进行分析，包括：

利用电缆外护套温度，计算导体的温度；利用导体的温度与导体的最大载流量的函数关系，计算导体的最大载流量；判断实际运行的载流量是否大于最大载流量，若是，则光纤复合低压电缆运行故障。优选地，信息处理单元通过tcp/ip通信方式与分布式光纤温度监测单元进行连接。

优选地，信息处理单元通过rs485总线与环境监测单元进行连接。

优选地，分布式光纤温度监测单元用于监测5公里内的光纤的位置及温度。

优选地，信息处理单元还用于，获取光纤最高温度对应的位置，建立位置导体的温度与实际运行的载流量的数据关系。

优选地，利用导体的温度与导体的最大载流量的函数关系，计算导体的最大载流量，包括：

通过热欧姆定律进行反演计算，计算导体的最大载流量。

优选地，电流采集单元包括电流采集器和电流互感器，其中：电流采集器进行电流模拟量和数字量的转换；电流互感器将负载大电流转变为测量用小电流。

优选地，分布式光纤温度监测单元通过内部总线与环境监测单元、电源单元进行连接。

以下对本发明的实施方式进行举例说明：

光纤复合低压电缆oplc进行故障诊断的系统由信息处理单元104，显示单元，dts分布式光纤温度监测单元101，环境监测单元102，电源单元，电流采集单元103，优选地，电流采集单元103包含电流采集器和电流互感器两个部分。电流采集器实现电流的模拟量和数字量的之间的转换；电流互感器实现将负载大电流变换成测量用的小电流。

信息处理单元104用于，利用采集的电缆电缆外护套温度计算出电缆的导体温度，按照导体温度与载流量函数关系，计算出通过导体的载流量，如下公式1至公式4。通过分布式光纤温度监测单元给出电缆光纤对应分区的最高温度，通过电流采集单元给出电缆运行电流。将实时采集的光电复合缆光纤不同位置的温度、通过分布式光纤测温模块、电流采集单元和电缆外护套温度采集单元给出电缆运行安全状态评估，并通过显示单元进行数据显示。

导体温度与导体的载流量关系通过热路法计算。热路法将电流作用于电缆的热平衡视为一维形式的热流场，利用与电路中欧姆定律相似的热欧姆定律求解导体温度，通过导体温度计算电缆载流量(国际标准iec60287)。该方法将场转化为路的问题，简化了运算。

图2为单芯电缆等值热路图，导体温度和载流量预测计算公式为：

tc＝t0+wc[t1+(1+λ1)t2+(1+λ1+λ2)t3]+wd(0.5t1+t2+t3)

公式1，

在已知导体最高工作温度tcmax的情况下，可由公式(1)推导出长期运行载流量ia

图3为三芯电缆等值热路图，导体温度和载流量预测计算公式为：

tc＝t0+wc[t1+(1+λ1)3t2+(1+λ1+λ2)3t3]+wd(0.5t1+3t2+3t3)

公式3,

其中，tc为电缆导体温度，单位为k；t0为电缆敷设环境外界温度，单位为k；wc为电缆导体损耗，单位为w/m；wd为电缆导体绝缘单位长度的介质损耗，单位为w/m；λ1为电缆金属套损耗相对于所有导体总损耗的比率；λ2为电缆铠装层损耗相对于所有导体总损耗的比率；t1为一根导体与金属套之间单位长度热阻，单位为k·m/w；t2为金属套和铠装之间内护层单位长度热阻，单位为k·m/w；t3为电缆外护层单位长度热阻，单位为k·m/w。

根据gb/t29839额定电压1kv及以下光纤复合低压电缆规定，在绝缘材料为聚录乙烯时，正常工作温度不超过70℃,；在绝缘材料是交联聚乙烯时，正常工作温度不超过90℃；光纤衰减系数，在1310nm时，不高于0.4db,在1550nm时，不高于0.3db；在上述范围以外的情况，均认为是有故障的。

通过试验建立电缆电缆外护套温度、运行电流和理想情况下分布式光纤采集的电缆温度tc三者之间如下结构的数据关系。

表1某种oplc运行电流、电缆外护套温度和光纤采集电缆温度关系

根据表1的状态量关系，利用采集的电缆外护套温度tn、运行电流im查找出理想情况下电缆温度tc，把电缆测温光纤采集的实际运行电缆温度tf与查找出来的理想情况下测温光纤电缆温度tc进行对比，计算出二者之间的差异，根据这个差异评估电缆的运行安全状态，符号x代表测量光纤tc。

信息处理单元104与显示单元相连接，信息处理单元104与dts分布式光纤温度监测单元101通过tcp/ip通信方式连接起来，信息处理单元104与环境监测单元102通过rs485总线连接起来。

dts分布式光纤温度监测单元101用于实时监测oplc线缆径向不少于5公里的线缆分布式的连续温度数据，定位精度高。

环境监测单元102用于监测光电复合缆的运行电缆外护套温度。

优选地，电源单元用于为光纤复合低压电缆进行故障诊断系统提供供电与保护。

dts分布式光纤温度监测单元101、环境监测单元102、电源单元通过dts内部总线连接起来实现一体化控制功能。

优选地，电流采集单元103包括电流采集器和电流互感器，其中电流采集器进行电流模拟量和数字量的转换；电流互感器将负载大电流转变为测量用小电流。

信息处理单元104用于将实时采集的光电复合缆光纤不同位置的温度、导体在实际运行时的载流量和电缆外护套温度数据进行分析，计算出电缆的导体的温度，通过导体的温度计算出通过导体的载流量，并给出电缆光纤对应位置分区的最高温度、导体的运行温度和导体的运行电流之间的关系。

图4为根据本发明一实施方式的一种用于对光纤复合低压电缆进行故障诊断的方法流程图。如图4所示，方法400从步骤401开始：

优选地，在步骤401：对光纤复合低压电缆的光纤进行不同位置的实时温度监测，获取光纤不同位置的温度。

优选地，在步骤402：获取光纤复合低压电缆的电缆外护套温度。

优选地，在步骤403：获取光纤复合低压电缆的导体的在实际运行时的载流量。

优选地，在步骤404：获取oplc电缆的结构参数和电缆外护套温度，计算导体的温度；

优选地，在步骤405：利用导体的温度与导体的最大载流量的函数关系，计算导体的最大载流量；

优选地，在步骤406：判断实际运行的载流量是否大于最大载流量，若是，则光纤复合低压电缆运行故障。

优选地，分布式光纤温度监测单元通过tcp/ip通信方式传送光纤的温度至信息处理单元。

优选地，环境监测单元通过rs485总线传送电缆外护套温度至信息处理单元。

优选地，分布式光纤温度监测单元用于监测5公里内的光纤的位置及温度。优选地，信息处理单元获取光纤最高温度对应的位置，建立位置导体的温度与实际运行的载流量的数据关系。

优选地，信息处理单元利用导体的温度与导体的最大载流量的函数关系，计算导体的最大载流量，包括：

通过热欧姆定律进行反演计算，计算导体的最大载流量。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。