基于多路光纤差分的电缆局部放电监测方法、系统和设备与流程

本技术涉及电缆监测，尤其涉及一种基于多路光纤差分的电缆局部放电监测方法、系统和设备。

背景技术：

1、电缆造价昂贵，且铺设于海底，运维困难。如果电缆出现局部放电，因海缆较陆缆距离长得多，局部放电电磁波传播到海缆两端时衰减严重，难以采用陆地电缆的检测手段。现有对电缆局部放电检测的技术主要为温度监测、锚机等振动监测系统。

2、由于电缆多为光纤复合海缆，目前主要通过光纤传感技术监测电缆状态。光纤传感技术采用局部放电会产生声、电、热等效应，局部放电产生的热比较微弱，监测精度不高，振动信息检测优势更加明显。目前是采用热或振动等实现的光纤传感检测系统，主要采用布里渊、瑞利散射原理的监测系统。由于局部放电产生的振动信号最为明显，采用分布式光纤技术进行振动监测，可以反映出海缆局部放电特征；由于背向瑞利散射信号最强，采用背向瑞利散射信号进行振动识别准确性较好；背向散射光信号强度难以提升，仅通过光强进行振动识别，信号信噪比较低。因此采用布里渊、瑞利散射原理的监测系统存在布里渊散射信号极其微弱，很难捕捉到有用信息，受应力、温度等多因素影响，对光源、检测设备的要求较高，成本也高的缺点。若采用相位敏感光时域反射仪φ-otdr技术对电缆进行局部放电监测，探测的灵敏度和空间分辨率都得到提升，会因相干衰落效应，使得信号出现随机波动，需进行大量统计分析，才能识别持续的振动信号；但由于局部放电信号持续时间并不长，现有方式获取带振动信息的数据量较少，致使识别效率降低；同时电缆中局部放电信号比较微弱，对检测灵敏性与抗干扰能力要求较高，因此相位敏感光时域反射仪φ-otdr技术采用单根光纤背向光对电缆进行局部放电监测，存在灵敏度不高和单路测量的信噪比较低的问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种基于多路光纤差分的电缆局部放电监测方法、系统和设备，用于解决现有对电缆放电监测技术存在抗干扰能力差且检测灵敏度低的技术问题。

2、为了实现上述目的，本技术实施例提供如下技术方案：

3、一方面，提供了一种基于多路光纤差分的电缆局部放电监测方法，包括以下步骤：

4、获取时序脉冲信号和相干光，根据所述时序脉冲信号将所述相干光调制成三种不同脉冲宽度的脉冲光；

5、采用三种不同脉冲宽度的所述脉冲光的两路光信号对电缆的区域进行局部放电检测，得n组脉冲数据，n组脉冲数据包括3n个脉冲信号；

6、对n组脉冲数据依次进行去噪、相位提取、平滑分类处理，得到与三种不同脉冲宽度对应的三组相位数据；

7、对每组所述相位数据进行离散、变维处理，得到三组一维数组，根据三组所述一维数组判断电缆的区域是否发生局部放电；

8、其中，n为大于100的自然数。

9、优选地，若电缆为三芯电缆，三芯电缆包括第一芯光纤、第二芯光纤和第三芯光纤，采用三种不同脉冲宽度的所述脉冲光对电缆的区域进行局部放电检测，得n组脉冲数据，n组脉冲数据包括3n个脉冲信号包括：

10、获取所述时序脉冲信号的间隔时间，以及将三种不同脉冲宽度的所述脉冲光作为一组检测信号；

11、根据循环检测规则通过一组检测信号对所述电缆的区域进行局部放电检测，得n组脉冲数据；

12、所述循环检测规则包括：

13、采用一组检测信号的两路光信号对所述电缆区域的第一芯光纤和第二芯光纤进行局部放电检测，得到第一组脉冲数据；

14、待2倍的所述间隔时间间隔后，采用一组检测信号的两路光信号对所述电缆区域的第一芯光纤和第三芯光纤进行局部放电检测，得到第二组脉冲数据；

15、其中，n组所述脉冲数据包括n/2所述第一组脉冲数据和n/2所述第二组脉冲数据。

16、优选地，对n组脉冲数据依次进行去噪、相位提取、平滑分类处理，得到与三种不同脉冲宽度对应的三组相位数据包括：

17、对每组所述脉冲数据采用小波去噪处理，得到与每组所述脉冲数据对应的处理数据；

18、采用iq解调方式从每组所述处理数据中提取相位，得到与每组所述脉冲数据对应的相位信息；

19、对每组所述相位信息的相位采用平均相消法处理，得到与每组所述脉冲数据对应的相位处理数据：

20、从三组的所述相位处理数据中提取与三种不同脉冲宽度对应的相位，得到与三种不同脉冲宽度对应的三组相位数据，每组相位数据包括n个相位。

21、优选地，对每组所述相位数据进行离散、变维处理，得到与每组所述相位数据对应的一维数组包括：

22、以与每组所述相位数据对应的脉冲宽度作为窗口长度；以所述窗口长度作为移动窗口的移动单位对每组所述相位数据进行离散、变维处理，得到与每组所述相位数据对应的一维数据；

23、将三组所述一维数据对应的两两相位数值相乘，得到三组一维数组。

24、优选地，根据三组所述一维数组判断电缆的区域是否发生局部放电包括：若三组所述一维数组中至少有两组所述一维数组的数值大于阈值数据且数量不小于数量阈值，则该电缆的区域发生局部放电；否则，该电缆的区域没有发生局部放电。

25、再一方面，提供了一种基于多路光纤差分的电缆局部放电监测系统，包括光源、声光调制单元、耦合单元、第一光信号检测单元、第二光信号检测单元、光电探测单元和信号处理单元，所述声光调制单元分别与所述光源、所述耦合单元和信号处理单元连接，所述耦合单元分别与所述第一光信号检测单元和所述第二光信号检测单元连接，所述第一光信号检测单元和所述第二光信号检测单元均与待测电缆连接，所述信号处理单元通过所述光电探测单元分别与所述第一光信号检测单元和所述第二光信号检测单元连接；

26、所述光源，用于提供相干光；

27、所述声光调制单元，用于根据时序脉冲信号将所述相干光调制成三种不同脉冲宽度的脉冲光；

28、所述耦合单元，用于将所述脉冲光分为两路光信号；

29、所述第一光信号检测单元，用于通过一路光信号对待测电缆的区域进行检测，并将检测反馈的光信号传送至所述光电探测单元；

30、所述第二光信号检测单元，用于通过另一路光信号对待测电缆进行检测，并将检测反馈的光信号传送至所述光电探测单元；

31、所述光电探测单元，用于将两路反馈的光信号进行差分处理，得到脉冲信号并将此脉冲信号传送至所述信号处理单元；

32、所述信号处理单元，用于采用上述所述的基于多路光纤差分的电缆局部放电监测方法对采集的所有脉冲信号进行处理，确定电缆的区域是否发生局部放电。

33、优选地，所述第一光信号检测单元和所述第二光信号检测单元均包括与所述耦合单元连接的第一放大器、与所述第一放大器连接的第二放大器和与所述第二放大器连接的环形器，所述第二光信号检测单元的环形器通过光开关与待测电缆连接，所述第一光信号检测单元和所述第二光信号检测单元的环形器均与所述光电探测单元连接。

34、优选地，所述待测电缆包括第一芯光纤、第二芯光纤和第三芯光纤，所述第一芯光纤与第一光信号检测单元的环形器连接，所述光开关分别与所述第二芯光纤和所述第三芯光纤连接，所述光开关用于切换所述第二光信号检测单元的环形器与待测电缆的所述第二芯光纤或所述第三芯光纤连接。

35、优选地，所述信号处理单元与所述声光调制单元之间还连接有用于产生触发信号的信号发生单元。

36、再一方面，提供了一种终端设备，包括处理器以及存储器；

37、所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

38、所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述所述的基于多路光纤差分的电缆局部放电监测方法。

39、该基于多路光纤差分的电缆局部放电监测方法、系统和设备，该方法包括获取时序脉冲信号和相干光，根据时序脉冲信号将相干光调制成三种不同脉冲宽度的脉冲光；采用三种不同脉冲宽度的脉冲光的两路光信号对电缆的区域进行局部放电检测，得n组脉冲数据，n组脉冲数据包括3n个脉冲信号；对n组脉冲数据依次进行去噪、相位提取、平滑分类处理，得到与三种不同脉冲宽度对应的三组相位数据；对每组相位数据进行离散、变维处理，得到三组一维数组，根据三组一维数组判断电缆的区域是否发生局部放电。从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：该基于多路光纤差分的电缆局部放电监测方法通过采用三种不同脉冲宽度的脉冲光的两路光信号对电缆的区域进行局部放电检测，实现两路光信号进行差分检测，进一步提高检测的灵敏度，也降低检测数据的漏报与误报概率，提高监测的可靠性；也实现了多种脉冲宽度的联合检测，提高检测光信号丰富性与抗干扰能力；解决了现有对电缆放电监测技术存在抗干扰能力差且检测灵敏度低的技术问题。该基于多路光纤差分的电缆局部放电监测方法更适用于微小信号的检测，同时降低电缆光纤整体老化的影响。