一种直埋管线安全预警系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种直埋管线安全预警系统，应用于管道线路安全监测【技术领域】，包括：光纤，沿直埋管线敷设，且敷设于直埋管线周围的设定区域内；光时域反射计，用于向光纤发送测试光信号，检测光纤是否发生断裂，并对光纤断裂点进行定位；报警器，连接控制处理器；控制处理器，用于获取光时域反射计对光纤是否发生断裂的检测结果以及对光纤断裂点的定位结果，当光纤发生断裂时，确定直埋管线存在损坏风险，控制报警器进行报警，并根据光纤断裂点的定位结果确定直埋管线存在损坏风险的具体位置。本发明能够灵敏地预测直埋管线周围是否存在破坏性外力，从而发出警报及时阻止这种破坏性外力，有效降低了外力损伤直埋管线的几率，保障了直埋管线的安全。
【专利说明】一种直埋管线安全预警系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及管道线路安全监测【技术领域】，具体地，涉及一种直埋管线安全预警系 统。
【背景技术】
[0002] 近年来，全国范围内正在进行变电站改造及各种市政建设，由于城市化的推进和 10kV线路电缆、通讯光缆及水、电、暖、油、气改造逐年增多，其路径长度逐年增力卩。但因标示 桩贴缺、偷窃、野蛮施工等现象经常发生，增加了直埋电缆、光缆及各种管道机械损伤的几 率。
[0003] 以电缆为例，通过现状调查及案例查阅国网山东东明县供电公司有关的台账资 料，对东明县35?10kV高压电力电缆2010年6月一 2014年6月间发生的电力电缆各种 故障进行了统计调查，其中电缆质量缺陷1. 4%、电缆终端故障19. 5%、外力破坏占事故总 数的79. 1%，电缆机械损伤是造成电缆事故的主要原因。
[0004] 现有的管理仅仅是通过规范直埋施工标准、标示桩维护、线路巡视等规程加强管 理，但很难保证直埋电缆、光缆、水电暖气管道施工百分百合格、标示桩万无一失、巡线人员 24小时盯防、周围无野无蛮施工及交叉作业、作业人员零失误、无盗窃等事故发生。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例的主要目的在于提供一种直埋管线安全预警系统，该系统种能及时 发现直埋管线损坏风险并及时阻值外力继续破坏，有利于保障直埋管线的安全，减少不必 要的损失。
[0006] 为了实现上述目的，本发明实施例提供一种直埋管线安全预警系统，包括：
[0007] 光纤，沿直埋管线敷设，且敷设于所述直埋管线周围的设定区域内；
[0008] 光时域反射计，连接所述光纤，用于向所述光纤发送测试光信号，检测所述光纤是 否发生断裂，并对光纤断裂点进行定位；
[0009] 报警器，连接控制处理器；
[0010] 控制处理器，连接所述光时域反射计，用于获取所述光时域反射计对所述光纤是 否发生断裂的检测结果以及对光纤断裂点的定位结果，当光纤发生断裂时，确定所述直埋 管线存在损坏风险，控制所述报警器进行报警，并根据光纤断裂点的定位结果确定所述直 埋管线存在损坏风险的具体位置。
[0011] 借助于上述技术方案，本发明将受外力容易折断的光纤敷设于直埋管线周围，通 过光时域反射计确定光纤的断裂情况，能够灵敏地预测在直埋管线周围是否存在有可能损 坏直埋管线的破坏性外力，从而发出警报及时阻止这种破坏性外力继续发生，有效降低外 力机械性损伤直埋管线的几率，保障了直埋管线的安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些 实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。
[0013] 图1是本发明提供的直埋管线安全预警系统结构示意图；
[0014] 图2是本发明实施例一提供的直埋管线安全预警系统结构示意图；
[0015] 图3(a)、3(b)分别是本发明实施例一提供的光纤敷设方式俯视示意图和剖面示 意图；
[0016] 图4(a)、4(b)分别是本发明实施例二提供的光纤敷设方式俯视示意图和剖面示 意图；
[0017] 图5(a)、5(b)分别是本发明实施例三提供的光纤敷设方式俯视示意图和剖面示 意图；
[0018] 图6(a)、6(b)分别是本发明实施例四提供的光纤敷设方式俯视示意图和剖面示 意图；
[0019] 图7(a)、7(b)分别是本发明实施例五提供的光纤敷设方式俯视示意图和剖面示 意图；
[0020] 图8(a)、8(b)分别是本发明实施例六提供的光纤敷设方式俯视示意图和剖面示 意图；
[0021] 图9(a)、9(b)分别是本发明实施例七提供的光纤敷设方式俯视示意图和剖面示 意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023] 本发明提供一种直埋管线安全预警系统，如图1所示，该系统包括：光纤1、光时域 反射计2、报警器4和控制处理器3。以下对各个器件及其连接关系进行具体介绍：
[0024] 光纤1，沿直埋管线敷设，且敷设于所述直埋管线周围的设定区域内。
[0025] 由于直埋管线一般都很长，如直埋电缆长达千米量级，所以本发明应采用传输 距离达到相当量级水平的光纤，例如，本发明可以但不限于采用50/125 μ m、100/140 μ m、 62. 5/125 μ m、200 μ m等型号的光纤。
[0026] 虽然现有技术中已有很多沿电缆敷设光纤的技术，但这些技术中的光纤多是用于 检测电缆自身的特性，如温度、应变等，因此需要紧紧贴合地敷设于电缆周围。本发明中的 光纤并非用于检测直埋管线的特性，而是用于检测在直埋管线附近是否存在可能损坏直埋 管线的破坏性外力，例如施工造成的机械性外力，由于光纤具有在外力作用下极容易断裂 的特点，因此当在直埋管线的附近敷设光纤时，可依靠光纤灵敏地检测出这种破坏性外力 的存在，即确定直埋管线存在损坏风险，从而及时预警。
[0027] 为了达到当检测到这种破坏性外力存在时能及时制止外力继续以避免损坏到直 埋管线的目的，就需要合理地设计光纤1在直埋管线周围的布设方式，例如，光纤1不能距 离直埋管线太近，否则可能当检测到这种破坏性外力存在时还来不及报警，直埋管线就已 经被损坏，另外，光纤1也不能距离直埋管线太远，否则很容易造成对较远距离处、不会给 直埋管线造成危险的外力也进行报警，致使预警系统可信度下降。
[0028] 较佳的，本发明可以根据以往的施工经验，在直埋管线附近设定一个合理的区域 范围，将光纤1设置于该设定的区域范围内，以达到当检测到这种破坏性外力存在时能及 时制止外力继续以避免损坏到直埋管线的目的。
[0029] 具体实施本发明时，沿同一直埋管线敷设的光纤可以为一条，也可以为多条，不管 光纤数量多少，只要有光纤出现断裂，即判定直埋管线存在损坏风险。但从降低成本、易于 施工、易于检测的角度考虑，较佳的，对于同一直埋管线，采用一条光纤敷设即可。
[0030] 光时域反射计2,连接光纤1，用于向光纤1发送测试光信号，检测光纤1是否发生 断裂，并对光纤断裂点进行定位。
[0031] 光时域反射计（OTDR，Optical Time Domain Reflectometer)是光缆线路施工、维 护及监测中常用的测试仪表，能够检测光纤线路的完好情况和故障状态，精确定位光纤断 裂点的位置，对光纤线路的弯曲、熔接点位置也能很好地分辨。本发明正是利用了光时域反 射计能够检测光纤线路的完好情况以及精确定位光纤断裂点的功能。
[0032] 当光纤断裂之后，若再要继续使用光纤需要对断裂点进行熔接，由于本发明采用 的光时域反射计可以分辨光纤熔接点，因此熔接后的光纤不会影响到系统的后续使用。
[0033] 报警器4,连接控制处理器3。
[0034] 具体实施时，本发明可以但不限于采用声光报警器或蜂鸣器。
[0035] 控制处理器3,连接光时域反射计2和报警器4,用于获取光时域反射计2对光纤 1是否发生断裂的检测结果以及对光纤断裂点的定位结果，当光纤1发生断裂时，确定直埋 管线存在损坏风险，控制报警器4进行报警，并根据光纤断裂点的定位结果确定直埋管线 存在损坏风险的具体位置。
[0036] 本发明中，控制处理器3主要是基于光时域反射计2的检测结果判断直埋管线周 围是否有破坏性外力存在，具体的，若光时域反射计2的检测结果显示沿直埋管线敷设的 光纤1完好，则控制处理器3判断直埋管线周围不存在对其有损坏危险的破坏性外力，若光 时域反射计2的检测结果显示沿直埋管线敷设的光纤1发生断裂，则控制处理器3判断直 埋管线周围存在对其有损坏危险的破坏性外力，并且光时域反射计2对光纤断裂点的定位 结果即反映了这种破坏性外力的具体位置，这种情况下，控制处理器3就会控制报警器4进 行报警，以及时通知相关人员及时制止这种破坏性外力，以保障直埋管线的安全。
[0037] 考虑到直埋管线一般铺设距离都很长，所涉及地域范围较广，为使报警作用能够 更加有效地及时阻止有可能损坏直埋管线的外力，本发明在具体实施时，可以沿着直埋管 线分布设置多个报警器4,当控制处理器3确定直埋管线存在损坏风险时，控制距离直埋管 线存在损坏风险的具体位置最近的报警器4 (也即距离光纤断裂点具体位置最近的报警器 4)进行报警，以及时通知现场人员停止这种破坏性外力，以免损坏到直埋管线。
[0038] 具体实施时，本发明中的控制处理器3可以但不限于采用AT89S52型单片机实现； 此外，控制处理器3与报警器4之间可以是无线通信连接，即控制处理器3通过无线通信信 号控制报警器4报警。
[0039] 为使相关工作人员能准确了解直埋管线存在损坏风险的具体位置，从而更好地采 取止损措施，本发明还可以使控制处理器3连接一显示器，以通过地图显示直埋管线存在 损坏风险的具体位置。
[0040] 具体实施时，本发明可以但不限于液晶显示器。
[0041] 本发明中，直埋管线可以但不限于是直埋电缆、光缆、输水管道、输油管道或输气 管道。
[0042] 在一种较佳的实施例中，当应用于直埋电缆时，本发明中的控制处理器还可以将 直埋电缆存在损坏风险的具体位置信息上传给变电站通讯管理机，再通过变电站综自系统 通道上传至调度总站，以使直埋电缆的调度管理部门及时了解风险信息，通知相关工作人 员到现场制止这种破坏性外力，也使得及时止损工作获得更高层次、更宽范围的支持。
[0043] 实施例一
[0044] 本实施例提供一种直埋电缆安全预警系统，如图2所示，该系统包括：控制处理器 23、光时域反射计22、多个声光报警器24、液晶显不器25、光纤21 ;其中，光纤21敷设于直 埋电缆附近区域内，光时域反射计22连接至光纤21的端部，多个声光报警器24分布装设 于直埋电缆的沿线区域内，控制处理器23分别连接光时域反射计22、液晶显示器25以及各 个声光报警器24 ;控制处理器23与声光报警器24之间为无线通信连接。此外，本实施例 中的控制处理器23还通过RS-485总线连接变电站通讯管理机。
[0045] 本实施例提供的直埋电缆安全预警系统，其具体工作原理如下：光时域反射计22 向光纤21发送测试光信号，以检测光纤21是否发生断裂，并对光纤断裂点进行定位；控制 处理器23实时获取光时域反射计22对光纤21是否发生断裂的检测结果以及对光纤断裂 点的定位结果，当检测结果显示光纤21发生断裂时，控制处理器23判定直埋电缆存在损坏 风险，根据光纤断裂点的定位结果确定出现该损坏风险的具体位置，向距离该损坏风险的 具体位置最近的报警器发送信号，同时，将该损坏风险的具体位置的信息发送给液晶显示 器25,以及将该损坏风险的具体位置的信息上传给变电站通讯管理机；接收到信号的声光 报警器24从待机状态转为工作状态并进行报警；液晶显示器25以地图形式显示该具体位 置；变电站通讯管理机再将该损坏风险的具体位置信息通过变电站综自系统通道上传至电 缆调度总站。
[0046] 如图3(a)为本实施例中光纤具体敷设方式的俯视示意图，图3(b)为图3(a)的 M-M剖面示意图，本实施例中光纤的具体敷设方式为：光纤1#从直埋电缆的一端开始沿其 轴线平行敷设，到其另一端折返并继续沿其轴线平行敷设直至回到出发点，整体上光纤1# 被分为两段，这两段平行且对称地敷设于直埋电缆的两侧，处于同一水平面上，水平相距 0. 3米，距离地面0. 2米，与直埋电缆所在的水平面相距0. 6米。
[0047] 实施例二
[0048] 本实施例与实施例一提供的直埋电缆安全预警系统基本一致，不同之处在于，本 实施例中光纤的敷设方式如图4(a)_4(b)所示，图4(a)为俯视示意图，图4(b)为图4(a)的 M-M剖面示意图，光纤1#与光纤2#均从直埋电缆的一端开始沿其轴线平行敷设，到其另一 端折返并继续沿其轴线平行敷设直至回到出发点，光纤1#与光纤2#均被分为两段，平行且 对称地敷设于直埋电缆的两侧；其中，光纤1#的两段处于同一水平面上，水平相距〇. 5米， 距离地面0. 2米，与直埋电缆所在的水平面相距0. 6米；光纤2#的两段处于另一水平面上， 水平相距0. 3米，距离地面0. 6米，与直埋电缆所在的水平面相距0. 2米。
[0049] 实施例三
[0050] 本实施例与实施例一提供的直埋电缆安全预警系统基本一致，不同之处在于，本 实施例中光纤的敷设方式如图5(a)_5(b)所不，图5(a)为俯视不意图，图5(b)为图5(a) 的M-M剖面示意图，光纤1#从直埋电缆的一端开始呈蜿蜒式敷设直至另一端，整条光纤处 于距离地面0. 2米的水平面上，与直埋电缆所在的水平面相距0. 6米，且光纤1#呈蜿蜒式 弯折部位的连线A与连线B (图中虚线所示）与直埋电缆平行，且对称分布于直埋电缆的两 侦牝连线A与连线B水平相距0. 3米。
[0051] 实施例四
[0052] 本实施例与实施例一提供的直埋电缆安全预警系统基本一致，不同之处在于，本 实施例中光纤的敷设方式如图6(a)_6(b)所不，图6(a)为俯视不意图，图6(b)为图6(a)的 M-M剖面示意图，光纤1#从直埋电缆的一端开始呈蜿蜒式敷设直至另一端，整条光纤1#处 于距离地面0. 2米的水平面上，与直埋电缆所在的水平面相距0. 6米，且光纤1#呈蜿蜒式 弯折部位的连线A与连线B (图中虚线所示）与直埋电缆平行，且对称分布于直埋电缆的两 侧，连线A与连线B水平相距0. 5米；光纤2#从直埋电缆的一端开始呈蜿蜒式敷设直至另 一端，整条光纤2#处于距离地面0. 6米的水平面上，与直埋电缆所在的水平面相距0. 2米， 且光纤2#呈蜿蜒式弯折部位的连线C与连线D (图中虚线所示）与直埋电缆平行，且对称 分布于直埋电缆的两侧，连线C与连线D水平相距0. 3米。
[0053] 实施例五
[0054] 本实施例与实施例一提供的直埋电缆安全预警系统基本一致，不同之处在于，本 实施例中光纤的敷设方式如图7(a)_7(b)所示，图7(a)为俯视示意图，图7(b)为图7(a) 的M-M剖面示意图，光纤1#和光纤2#均从直埋电缆的一端开始呈蜿蜒式敷设直至另一端， 从剖面图7 (b)可以看出，光纤1#和光纤2#均以直埋电缆的轴线为轴心，呈弧面围绕直埋 电缆，且光纤1#所呈的弧面与直埋电缆的轴线相距0. 5米，光纤2#所呈的弧面与直埋电缆 的轴线相距0.3米。
[0055] 实施例六
[0056] 本实施例与实施例一提供的直埋电缆安全预警系统基本一致，不同之处在于，本 实施例中光纤的敷设方式如图8 (a)_8(b)所示，图8 (a)为俯视示意图，图8(b)为图8 (a)的 M-M剖面示意图，光纤1#和光纤2#均从直埋电缆的一端开始呈蜿蜒式敷设直至另一端，从 剖面图8(b)可以看出，光纤1#以直埋电缆的轴线为轴心，呈弧面围绕直埋电缆，且光纤1# 所呈的弧面与直埋电缆的轴线相距0. 3米；整条光纤2#处于距离地面1. 0米的水平面上， 与直埋电缆所在的水平面相距0. 2米，且光纤2#呈蜿蜒式弯折部位的连线E与连线F (图中 虚线所示）与直埋电缆平行，且对称分布于直埋电缆的两侧，连线E与连线F水平相距0. 3 米。
[0057] 实施例七
[0058] 本实施例与实施例一提供的直埋电缆安全预警系统基本一致，不同之处在于，本 实施例中光纤的敷设方式如图9(a)_9(b)所不，图9(a)为俯视不意图，图9(b)为图9(a) 的M-M剖面示意图，光纤1#和光纤2#均从直埋电缆的一端开始呈蜿蜒式敷设直至另一端， 从剖面图9 (b)可以看出，光纤1#和光纤2#呈正交斜面设置，且光纤1#所呈斜面与光纤2# 所呈斜面与直埋电缆的轴线相距0. 3米。
[0059] 本发明充分利用了光纤受外力易断裂、传输距离远、速率快、抗电磁干扰能力强、 耐腐蚀、便于施工维护、敷设方式灵活、成本低等特点，将光纤敷设于直埋管线周围，通过光 时域反射计确定光纤的断裂情况，能够灵敏地预测在直埋管线周围是否存在有可能损坏直 埋管线的破坏性外力，从而发出警报及时阻止这种破坏性外力继续发生，有效降低外力机 械性损伤直埋管线的几率，保障了直埋管线的安全，避免管线损坏造成的不必要损失。
[0060] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保 护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种直埋管线安全预警系统，其特征在于，包括： 光纤，沿直埋管线敷设，且敷设于所述直埋管线周围的设定区域内； 光时域反射计，连接所述光纤，用于向所述光纤发送测试光信号，检测所述光纤是否发 生断裂，并对光纤断裂点进行定位； 报警器，连接控制处理器； 控制处理器，连接所述光时域反射计，用于获取所述光时域反射计对所述光纤是否发 生断裂的检测结果以及对光纤断裂点的定位结果，当光纤发生断裂时，确定所述直埋管线 存在损坏风险，控制所述报警器进行报警，并根据光纤断裂点的定位结果确定所述直埋管 线存在损坏风险的具体位置。
2. 根据权利要求1所述的直埋管线安全预警系统，其特征在于，所述报警器数量为多 个，并且分布装设于所述直埋管线沿线； 所述控制处理器还用于在确定所述直埋管线存在损坏风险时，控制距离所述直埋管线 存在损坏风险的具体位置最近的报警器进行报警。
3. 根据权利要求1所述的直埋管线安全预警系统，其特征在于，还包括：显示器，连接 所述控制处理器；则 所述控制处理器还用于将所述直埋管线存在损坏风险的具体位置发送至所述显示 器； 所述显示器用于通过地图显示所述直埋管线存在损坏风险的具体位置。
4. 根据权利要求1所述的直埋管线安全预警系统，其特征在于，所述光纤平行敷设于 所述直埋管线周围的设定区域内。
5. 根据权利要求1所述的直埋管线安全预警系统，其特征在于，所述光纤蜿蜒敷设于 所述直埋管线周围的设定区域内。
6. 根据权利要求1所述的直埋管线安全预警系统，其特征在于，所述光纤整体处于同 一水平面上。
7. 根据权利要求1所述的直埋管线安全预警系统，其特征在于，所述光纤分布于不同 的水平面上。
8. 根据权利要求1-7任一所述的直埋管线安全预警系统，其特征在于，所述直埋管线 为直埋电缆。
9. 根据权利要求8所述的直埋管线安全预警系统，其特征在于，所述控制处理器还用 于将所述直埋管线存在损坏风险的具体位置信息上传给变电站通讯管理机和调度总站。
【文档编号】G08B21/18GK104217547SQ201410399721
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】刘兴民 申请人:国网山东东明县供电公司