一种基于分布式光纤传感的输电线路多参量综合监测系统的制作方法

本发明涉及电力监测技术领域，具体地说是一种基于分布式光纤传感的输电线路多参量综合监测系统。

背景技术：

在输电线路中，光纤复合架空地线(opgw)和光纤复合架空相线(oppc)具有较高的可靠性、优越的机械性能、成本也较低等显著特点，opgw/oppc中的光缆用作通信，抗电磁干扰、不易被人为破坏、使用寿命长、运行维护费用低等优势，近年来在我国电力系统通信干线传输网中得到了广泛应用。但是，opgw/oppc在恶劣环境下，容易受到山火、覆冰、融冰及外力破坏断股等影响，一旦地线功能或光纤通信功能丧失，将会危及电网的安全稳定运行。因此，对opgw/oppc运行状态进行综合性实时监测，及时发现、排除隐患显得尤为重要。

当前的输电线路监测手段，如监测山火的感温探测器、监测覆冰的称重/拉力传感器、监测融冰的电子温度传感器以及监测外力破坏断股的巡检机器人等，这些方法都存在着诸多不足，并且大多数是对单一参数进行测量，然而在许多实际应用中往往需要测量整个输电线路或线路走廊的山火、覆冰、融冰及外力破坏断股等多维问题的参数分布信息。

分布式光纤传感系统是一种利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质的传感系统。其工作原理是同时利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，采用先进的otdr技术，探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化，实现真正分布式的测量。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，采用分布式光纤传感技术，以opgw或oppc中的光纤作为传感媒介，实现对山火、覆冰、融冰及外力破坏断股等的在线监测，实现输电线路多参量监测全覆盖，对提高电网的运维水平有重要的实际意义。

为实现上述目的，设计一种基于分布式光纤传感的输电线路多参量综合监测系统，包括分布式光纤传感系统，其特征在于：

所述的分布式光纤传感系统包括激光器、偏振耦合器、第一、第二电光调制器、第一、第二光放大器、环形器、滤波器、探测器、山火信号处理器、覆冰信号处理器、融冰信号处理器、外力破坏断股信号处理器和设有显示器的主机；

所述的激光器的输出端连接偏振耦合器的输入端，偏振耦合器的输出端分两路分别连接第一电光调制器的输入端和第二电光调制器的输入端，第一电光调制器的输出端依次连接第一光放大器、环形器的第一端口，环形器的第二端口连接任意一根光纤的一端，同一根光纤的另一端连接第二电光调制器的输出端；环形器的第三端口依次连接第二光放大器、滤波器、探测器的输入端，探测器的输出端分四路分别连接山火信号处理器、覆冰信号处理器、融冰信号处理器、外力破坏断股信号处理器的输入端，山火信号处理器、覆冰信号处理器、融冰信号处理器、外力破坏断股信号处理器的输出端连接主机；所述的光纤为opgw光纤或oppc光纤；

所述的激光器向偏振耦合器发出连续的光，偏振耦合器将光分成两路信号分别输出至第一、第二电光调制器，其中第一电光调制器把光信号调制成泵浦光，第二电光调制器把光信号调制成连续光；泵浦光经过第一光放大器进入环形器，然后从任意一根光纤进入，该进入端为光纤初始端，泵浦光在光纤内不断产生背向散射光，而连续光从同一根光纤的末端进入形成探测光，泵浦光和探测光在光纤中相遇，当泵浦光和连续的探测光的频差与散射光频移相等时，在该区域就会产生光散射放大效应，两束光之间发生能量转移，实现背向散射信号的增强；该增强的信号从光纤的初始端输出，经过环形器的第三端口进入第二光放大器，然后经滤波器进入探测器，最后信号分别送入山火信号处理器、覆冰信号处理器、融冰信号处理器和外力破坏断股信号处理器进行信息处理分析，最终发送到主机上，并通过连接在主机上的显示器显示出来。

所述的激光器为窄线宽激光器，线宽＜5khz，功率50～200mw。

所述的泵浦光的脉冲宽度一般为20～60ns。

所述的滤波器带通滤波器，隔离度大于60db。

所述的探测器采用apd探测器。

所述的主机安装在变电站机房内。

本发明与现有技术相比，结构简单，监测用的主机与opgw/oppc线路其中一芯备用光纤相连，以该芯光纤作为传感器，不需要在线路上安装额外传感器，即可实现opgw/oppc线路的山火、覆冰、融冰及外力破坏断股等综合性实时监测；相比现有的点式电子传感器的监测方式，本装置更不容易受到外界环境因素的影响，具有更好的检测准确性。

附图说明

图1为本发明的连接示意图。

具体实施方式

现结合附图及实施例对本发明作进一步地说明。

实施例1

参见图1，本发明中一种基于分布式光纤传感的输电线路多参量综合监测系统，包括分布式光纤传感系统，其特征在于：

所述的分布式光纤传感系统包括激光器、偏振耦合器、第一、第二电光调制器、第一、第二光放大器、环形器1、滤波器、探测器、山火信号处理器、覆冰信号处理器、融冰信号处理器、外力破坏断股信号处理器和设有显示器的主机；

所述的激光器的输出端连接偏振耦合器的输入端，偏振耦合器的输出端分两路分别连接第一电光调制器的输入端和第二电光调制器的输入端，第一电光调制器的输出端依次连接第一光放大器、环形器的第一端口，环形器的第二端口连接任意一根光纤的一端，同一根光纤的另一端连接第二电光调制器的输出端；环形器的第三端口依次连接第二光放大器、滤波器、探测器的输入端，探测器的输出端分四路分别连接山火信号处理器、覆冰信号处理器、融冰信号处理器、外力破坏断股信号处理器的输入端，山火信号处理器、覆冰信号处理器、融冰信号处理器、外力破坏断股信号处理器的输出端连接主机；所述的光纤为opgw光纤或oppc光纤；

所述的激光器向偏振耦合器发出连续的光，偏振耦合器将光分成两路信号分别输出至第一、第二电光调制器，其中第一电光调制器把光信号调制成泵浦光，第二电光调制器把光信号调制成连续光；泵浦光经过第一光放大器进入环形器1，然后从任意一根光纤进入，该进入端为光纤初始端，泵浦光在光纤内不断产生背向散射光，而连续光从同一根光纤的末端进入形成探测光，泵浦光和探测光在光纤中相遇，当泵浦光和连续的探测光的频差与散射光频移相等时，在该区域就会产生光散射放大效应，两束光之间发生能量转移，实现背向散射信号的增强；该增强的信号从光纤的初始端输出，经过环形器的第三端口进入第二光放大器，然后经滤波器进入探测器，最后信号分别送入山火信号处理器、覆冰信号处理器、融冰信号处理器和外力破坏断股信号处理器进行信息处理分析，最终发送到主机上，并通过连接在主机上的显示器显示出来。

进一步的，所述的激光器为窄线宽激光器，线宽＜5khz，功率50～200mw。

进一步的，所述的泵浦光的脉冲宽度一般为20～60ns。

进一步的，所述的滤波器带通滤波器，隔离度大于60db。

进一步的，所述的探测器采用apd探测器。

进一步的，所述的主机安装在变电站机房内。

山火信号处理器、覆冰信号处理器、融冰信号处理器和外力破坏断股信号处理器主要的功能是显示输入信号的频谱特性，其能测量信号失真度、调制度、谱纯度，通过主机接收到的数据，并将这些数据与事先设定的表示处于山火、覆冰、融冰或外力破坏断股时的阈值范围进行比对，从而判断当下光纤处于何种状态。

本发明中山火信号处理器、覆冰信号处理器、融冰信号处理器和外力破坏断股信号处理器对监测分析的数据进行识别处理，判断线路是否遭遇山火、覆冰、融冰或外力破坏断股，其计算所依据的原理如下：

对于山火监测，光纤所处空间各点的温度场调制了光纤中的背向散射光的强度，当光纤上的温度发生改变时会引发光纤中的热膨胀效应，从而使光纤密度和光纤折射率发生变化，进而引起散射光频移的改变。参见《基于botda技术的电缆温度监测》上海海事大学，钟丽娜等人。

对于覆冰监测，覆冰会使光缆伸长导致弧垂增大，引起光纤应变的变化。因此，可以通过监测光纤应变，实现对覆冰的预警及报警。光纤应变的改变会造成散射光频移的改变，通过检测各散射光的光强，便可以获知光纤沿线的覆冰信息。参见论文《基于botda的adss光缆监测技术研究》华北电力大学，李永倩等；以及《botda技术在电网重冰区在线监测中的应用》云南电网有限责任公司昭通供电局，熊文贤等。而融冰的原理同覆冰原理基本一致，只不过覆冰是结冰厚度增大的过程，而融冰是减小的过程。

对于外力破坏断股监测，断股会导致散射光信号的缺失，系统将采集到的背向瑞利散射信号根据其到达的时间、区域差别和光功率变化情况进行抽样收集，进而确定断股的位置。参见论文《基于otdr技术的高压输电导线断股和损伤检测》，上海市电力公司电力科学研究院。