CN103822722B - 一种基于光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测***，所述***包括分别与光纤复合架空相线相连的主设备和从设备；主设备包括主控制器以及依次连接的探测光源单元、脉冲调制器、光环行器和光纤复用器；从设备包括从控制器以及依次连接的泵浦光源单元、扰偏器和光纤复用器；光纤复合架空相线包括一个光纤单元、多个铝包钢线和多个铝线；光纤单元包括一根设置有松套光纤的不锈钢管；松套光纤中的单模裸纤符合ITU‑T.G.652标准，余长范围为6‰～8‰。与现有技术相比，本发明提供的一种基于光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测***，在光纤复合架空相线的承受应力范围限定为0～40%RTS力值时，能够实现对待测光纤复合架空相线的远程长距离分布式温度监测。

Description

一种基于光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测***

技术领域

本发明涉及一种输电线路的温度监测***，具体涉及一种基于光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测***。

背景技术

光纤复合架空相线（Optical Phase Conductor，OPPC）为一种充分利用电力***自身的线路资源，将光纤单元复合在导线中的新型特种光缆。光纤复合架空相线克服了电力配网***中频率资源、路由协调、电磁兼容等方面与外界矛盾的问题，使之具有传输电能及通信的双重功能。

光纤复合架空相线多安装于山区，地理及气象复杂，加之距离长、分布散，传统的人力沿线巡检的方法效率低、工作强度大，无法满足相线运行在线监测的需求。现有技术中，主要采用光纤传感器对光纤复合架空相线进行温度、应力采集，从而实现光纤复合架空相线的自动化在线监测。基于光纤复合架空相线内部自带的光纤，无需在线路上添加任何部件，对光纤复合架空相线的运行状态和环境信息进行实时监测和控制，运行人员在监控室就可实时掌握线路的运行情况，对故障点掌握清晰准确，大大提高了检修效率。

光纤复合架空相线作为一种用于输电和通信的新型光缆，基于光纤复合架空相线的光纤传感技术日益成为输电测温领域的重要技术研究方向。申请号为201120020503.7的实用新型专利公开了一种具有测温功能的光纤复合相线，包括一根具有光栅测温功能的测温光纤，可以实现导线温度的实时在线监测；另外在光纤复合架空相线内单模光纤或者额外增加一根多模光纤，通过拉曼型光纤温度传感器DTS实现光纤复合架空相线的分布式温度测量。然而光纤光栅的测温技术无法实现导线的分布式温度测量，测点太少，信息量不足；同时基于DTS温度测量技术的测量范围一般小于20km，不能满足输电线路较长的实际需求。申请号为200920289025.2的实用新型专利公开了一种应用于光纤复合相线OPPC的应力应变测量装置，由基于布里渊散射的分布式光纤***BOTDR、监控计算机、传导光纤及其接头盒和光纤复合相线OPPC组成，可完成对OPPC应力应变异常点监测，但是该专利申请并没有提出避免温度影响因素的技术手段，其测量方法测量的数据存在一定的不准确性。申请号为200910175452的发明专利申请公开了一种分布式光纤测温***，包括单片机控制板、光纤温度场信息采集模块、光电探测器和电路信号后处理模块，可完成对测温光缆的温度监测，但是并没有与光纤复合架空相线（OPPC）结合起来实现温度测量，只是提出了一种分布式温度测量***的实现方案。申请号为201488836.U的发明专利申请公开了一种用于应变和温度监测的传感光缆，提出了一种插设温度与应变传感光纤和温度传感金属软管的硅橡胶保护层的传感光缆，但是未涉及OPPC线缆温度与应变传感结构。申请号为201210337121.6的发明专利申请公开了一种长距离布里渊光时域分析器，给出了基于布里渊的信号测量实现方法，但未涉及光纤复合相线与温度测量的方法。申请号为201110007053.2的发明专利申请公开了一种基于分布式光纤测温方法的电缆载流量监测方法及***，测温光纤直接接触电缆表面，但是该测量方法不能用于OPPC温度监测。申请号为US7412117(PCT/GB2004/004383)的发明专利申请公开的Apparatus and method fordistributed temperature sensing，并没有考虑OPPC线路复杂热传导特点，没有考虑到架空光缆多点接续的特殊性能。

因此，提供一种能够实现光纤复合架空相线长距离分布式的温度监测的光纤复合架空相线及***显得尤为重要。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种基于光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测***，所述***包括通过ADSS光缆与光纤复合架空相线相连的主设备和从设备；

所述主设备包括依次连接的探测光源单元、脉冲调制器、光环行器和光纤复用器；所述探测光源单元与主控制器直接相连；所述光环行器通过光电转换器与所述主控制器相连；所述光纤复用器与所述主控制器之间连接光纤收发器；

所述从设备包括依次连接的泵浦光源单元、扰偏器和光纤复用器；所述泵浦光源单元和所述扰偏器均与从控制器直接相连；所述光纤复用器与所述从控制器之间连接光纤收发器相连。

优选的，所述光纤复合架空相线包括一个光纤单元、数目至少为两个或两个以上的铝包钢线和铝线；所述光纤单元与所述铝包钢线绞合后设置在光纤复合架空相线的中心；所述铝线依次设置在所述铝包钢线的***；所述光纤单元包括一根设置有松套光纤的不锈钢管；

优选的，所述光纤单元设置在所述光纤复合架空相线内部的第一层；

优选的，所述松套光纤的光纤单元管中设置至少一芯具有余长的单模裸纤；所述光纤单元中填充有油膏用于保护所述单模裸纤；

优选的，所述单模裸纤符合ITU-T.G.652标准，余长范围为6‰～8‰；

优选的，所述光纤复合架空相线中的待测光纤为1芯所述单模裸纤；

优选的，所述光纤复合架空相线的工作应力范围为0～40%RTS；

优选的，所述主设备侧的变电站内设有与远程监测终端相连的监测主机，用于监测人员对所述光纤复合架空相线进行远程分布式温度监测。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明技术方案中，分布式温度监测***基于BOTDA（Brillouin Optical TimeDomain Analysis）技术，通过设置主设备和从设备，对光纤复合架空相线中各处进行布里渊频率分析，从而确保分布式温度监测***维持稳定、可靠的工作状态；

2、本发明技术方案中，主设备侧的变电站内设有与远程监测终端相连的监测主机，对分布式温度监测***采集的光纤复合架空相线频率信息进行分析，实现监测人员对光纤复合架空相线的远程分布式温度监测；

3、本发明提供的一种基于光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测***，有效降低了光纤复合架空相线长距离分布式温度监测的成本；

4、本发明提供的一种基于光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测***，实现超长距离的光纤复合架空相线的全线温度实时监测，从而通过光纤复合架空相线的长期运行历史温度数据，可以反映光纤复合架空相线的健康状态，及时发现光纤复合架空相线的局部过热点或者覆冰、断股等故障，提高架空线路电力传输过程的监测水平，保障电力输送安全。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是：本发明实施例中一种用于长距离分布式温度监测***整体结构图；

图2是：本发明实施例中一种用于长距离分布式温度监测***内部结构图；

图3是：本发明实施例中光纤复合架空相线结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

为了能够有效降低输电线路的长距离分布式温度监测成本及提高其准确性，本发明提供了一种基于光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测***；

如图1和图2分别示出了基于本实施例中公开的光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测***结构图；

一、该***包括通过ADSS光缆与待测光纤复合架空相线相连的主设备和从设备；

①：主设备包括依次连接的探测光源单元、脉冲调制器、光环行器和光纤复用器；探测光源单元与主控制器直接相连；光环行器通过光电转换器与主控制器相连；光纤复用器通过光纤收发器与主控制器相连；主设备的光纤复用器和探测光源单元通过光纤耦合器分别与频率探测器连接后与主控制器相连；

主设备侧的变电站内设有与远程监测终端相连的监测主机，用于监测人员对待测光纤复合架空相线进行远程分布式温度监测；监测主机接收并存储所在区域光纤复合架空相线的温度数据，完成整条线路的温度数据的分析，提取出实时的最高温度、最低温度、特定时间段的平均温度、最大温升速率等温度大小数值与位置信息；同时能够对温度超限进行报警；分布式温度监测***的原始数据与处理数据均保存在监测主机上，供远程监测终端的监测人员查看、调用。

②：从设备包括依次连接的泵浦光源单元、扰偏器和光纤复用器；泵浦光源单元和扰偏器均直接与从控制器直接相连；光纤复用器通过光纤收发器与从控制器相连。

如图1所示待测光纤复合架空相线为通过中间接头盒连接的光纤复合架空相线中的1芯单模裸纤；光纤复合架空相线通过终端接头盒分别与ADSS光缆相连，以及通过中间接头盒连接实现测温相线的长距离延伸，从而完成整条光纤复合架空相线的温度测量。

光纤复合架空相线包括一个光纤单元、数目至少为两个及两个以上的铝包钢线和铝线；光纤单元与铝包钢线绞合后设置在光纤复合架空相线的中心，并且光纤单元设置在光纤复合架空相线内部的第一层或设置在邻近光纤复合架空相线截面中心的外层位置；铝线依次设置在铝包钢线的***。

光纤单元包括一根设置有松套光纤的不锈钢管；松套光纤的光纤单元管中设置具有余长的单模裸纤；光纤单元中填充有油膏用于保护单模裸纤。单模裸纤的数目至少为一个，符合ITU-T.G.652标准，余长范围为6‰～8‰；光纤复合架空相线工作应力范围在0～40%RTS时可以有效测量该相线的温度。

如图3所示本实施例中光纤复合架空相线结构为：

光纤单元包括直径为2.7mm的不锈钢管，不锈钢管内放置24芯直径为250微米的单模裸纤。

光纤复合架空相线的中心为一根直径为2.9mm的铝包钢线；光纤单元与五根直径为2.8mm的铝包钢线绞合后放置在2.9mm的铝包钢线的***第一层。根据相线设计参数在上述光纤单元的***依次绞合三层直径为3.65mm的铝线；其中，第一层铝线为10根，第二层为16根，第三层为22根。光纤复合架空相线的各层之间填充防蚀油膏用于保护单模裸纤，整个光纤复合架空相线的直径为30.40mm。

光纤单元中的1芯单模裸纤的一端连接到如图2示出的基于本实施例中公开的光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测***的泵浦光源单元的光通道上，另一端连接到探测光源单元的光通道上。

二、本实施例中分布式温度监测***的工作过程为：

①：主设备与从设备进行交互通信：

步骤1：主控制器控制光纤收发器1的激光发射端发出依据一定规则编码的1301nm激光，1301nm激光经光纤复用器2复用后进入待测光纤复合架空相线；然后经光纤复用器4解复用后，进入光纤收发器3的信号接收端，接收信号通过光纤收发器3的控制端进入从控制器；从控制器解析主控制器的发出的命令参数；

步骤2：从控制器通过光纤收发器3发出依据一定规则编码的1490nm激光，1490nm激光经光纤复用器3复用后进入待测光纤复合架空相线；然后经光纤复用器2解复用后，进入光纤收发器1的信号接收端，接收信号通过光纤收发器1的控制端进入主控制器；主控制器解析从控制器的发出的从设备的状态信息。

至此，主设备与从设备交互通信完成；主设备控制从设备中泵浦光源单元和扰偏器的初始状态。

②：探测光源单元和泵浦光源单元分别向待测光纤复合架空相线发送探测光和泵浦光：

探测光源单元发出的探测光经脉冲调制器后形成脉冲探测光，脉冲探测光依次通过光环行器和主设备的光纤复用器2发送到待测光纤复合架空相线；泵浦光源单元发出的泵浦光与从设备的光纤收发器4发出的信号通过从设备的光纤复用器3发送到待测光纤复合架空相线；探测光为连续的激光。

③：对待测光纤复合架空相线进行布里渊频率扫描：

光纤耦合器对探测光源单元发出的探测光与泵浦光源单元发出的泵浦光进行拍频；主控制器依据频率探测器获取的拍频频率调整探测光频率，从而实现待测光纤复合架空相线的布里渊频率扫描；

待测光纤复合架空相线中的泵浦光和背向布里渊散射光依次通过主设备的光纤复用器2、耦合器6、光环行器和光电转换器进入主控制器；主控制器对泵浦光和背向布里渊散射光进行待测纤维各处的布里渊频率分析，获取待测光纤复合架空相线的温度信息。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

Claims (7)

1.一种基于光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测***，其特征在于，所述***包括通过ADSS光缆与光纤复合架空相线相连的主设备和从设备；

所述主设备包括依次连接的探测光源单元、脉冲调制器、光环行器和光纤复用器；所述探测光源单元与主控制器直接相连；所述光环行器通过光电转换器与所述主控制器相连；所述光纤复用器与所述主控制器之间连接第一光纤收发器；

所述从设备包括依次连接的泵浦光源单元、扰偏器和光纤复用器；所述泵浦光源单元和所述扰偏器均与从控制器直接相连；所述光纤复用器与所述从控制器之间连接第二光纤收发器；

所述光纤复合架空相线包括一个光纤单元、数目至少为两个的铝包钢线和数目至少为两个的铝线；所述光纤单元与所述铝包钢线绞合后设置在光纤复合架空相线的中心；所述铝线依次设置在所述铝包钢线的***；所述光纤单元包括一根设置有松套光纤的不锈钢管。

2.如权利要求1所述的一种基于光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测***，其特征在于，所述光纤单元设置在所述光纤复合架空相线内部的第一层。

3.如权利要求1所述的一种基于光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测***，其特征在于，所述设置有松套光纤的不锈钢管中设置至少一芯具有余长的单模裸纤；所述光纤单元中填充有油膏用于保护所述单模裸纤。

4.如权利要求3所述的一种基于光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测***，其特征在于，所述单模裸纤符合ITU-T.G.652标准，余长范围为6‰～8‰。

5.如权利要求3所述的一种基于光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测***，其特征在于，所述光纤复合架空相线中的待测光纤为1芯所述单模裸纤。

6.如权利要求1所述的一种基于光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测***，其特征在于，所述光纤复合架空相线的工作应力范围为0～40％RTS。

7.如权利要求1所述的一种基于光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测***，其特征在于，所述主设备侧的变电站内设有与远程监测终端相连的监测主机，用于监测人员对所述光纤复合架空相线进行远程分布式温度监测。