CN114842603A - 一种高压电缆防外破监测预警*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压电缆防外破监测预警***，所述***包括：光纤传感器、解析监测模块、***预警平台；所述光纤传感器与高压电缆同沟敷设，用于表征高压电缆以感知外破；所述解析监测模块与所述光纤传感器连接，用于解析和监测所述光纤传感器由外破引起的光纤振动；所述***预警平台与所述解析检测模块连接，用于识别所述高压电缆的外破事件信息和外破位置，并发送预警信息。利用本发明实施例，能够提高外破监测和预警效率。
Description
技术领域
本发明属于数据监测技术领域，特别是一种高压电缆防外破监测预警***。
背景技术
直埋或穿管敷设类型的高压电缆通常直接埋在地下，除了自身制造质量或地下腐蚀外，造成高压电缆损伤的重要因素是人为的机械外力破坏。由于部分施工单位电力设施保护意识淡薄、无组织野蛮施工，经常会发生顶管机、打桩机、破碎机等大型施工机械破坏高压电缆本体，使电缆本体产生不同程度的损伤，重则引起线路跳闸"。
目前对于高压电缆线行施工的监管，运维单位主要采取人工不定期巡视、发放宣传材料、签订安全交底协议等方式，而巡视人员每月需完成规定的巡视和消缺工作，导致存在巡视周期的盲区，无法实现外破隐患预警，因此，传统运维方式并不能达到预期的效果，野蛮施工依然很多。某些施工地安装简易视频监控装置，一定程度上加强了施工现场的实时监管，但这种方式只能实现固定施工点有限范围的监视，且野外采取太阳能与蓄电池的供电方式，受天气因素的影响较大，大多数情况需人工主动发现外破隐患信息进行预警，存在一定的局限性，导致外破监测效率较为低下。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压电缆防外破监测预警***，以解决现有技术中的不足，它提高外破监测和预警效率。
本申请的一个实施例提供了一种高压电缆防外破监测预警***，所述***包括：光纤传感器、解析监测模块、***预警平台；
所述光纤传感器与高压电缆同沟敷设，用于表征高压电缆以感知外破；
所述解析监测模块与所述光纤传感器连接，用于解析和监测所述光纤传感器由外破引起的光纤振动；
所述***预警平台与所述解析检测模块连接，用于识别所述高压电缆的外破事件信息和外破位置，并发送预警信息。
可选的，所述光纤传感器包括：已铺设含通信业务光缆内的1芯空余单模光纤。
可选的，所述解析监测模块包括：解析监测主机。
可选的，所述外破事件信息包括：所述高压电缆外破对应光纤振动的信号类型、外破事件等级。
可选的，所述信号类型由以下方式进行识别：
判断所采集的信号幅值，过滤所述信号幅值的强度大于预设值的信号；
对所过滤出的信号进行频谱和信号宽度分析，得到频域信号的特征；
将所述频域信号的特征与历史信号特征对比，对信号分类，以实现信号类型的识别。
可选的，所述信号类型包括：破碎机、挖掘机、顶管机、勘探机、打桩机、手持机械或井下穿管作业的振动信号。
可选的，所述***还包括：无线终端和无线通信模块，所述***预警平台通过所述无线通信模块向所述无线终端发送预警信息。
可选的，所述无线通信模块包括：APN专网卡。
可选的，所述外破位置由以下公式确定：
L＝c*At/2n
其中，所述L为距所述光纤起点的振动距离，所述c为真空中的光速，所述At为脉冲光信号的传输时间，所述n为所述光纤的折射率。
可选的，所述***预警平台还用于展示光纤路径图、查询和统计历史外破事件信息，所述光纤路径图包括：标定的光纤路由。
与现有技术相比，本发明提供的一种高压电缆防外破监测预警***，所述***包括：光纤传感器、解析监测模块、***预警平台；所述光纤传感器与高压电缆同沟敷设，用于表征高压电缆以感知外破；所述解析监测模块与所述光纤传感器连接，用于解析和监测所述光纤传感器由外破引起的光纤振动；所述***预警平台与所述解析检测模块连接，用于识别所述高压电缆的外破事件信息和外破位置，并发送预警信息，相比于人工监测预警，能够提高外破监测和预警效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种高压电缆防外破监测预警***的架构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种高压电缆防外破监测预警***的架构示意图；
图3为本发明实施例提供的再一种高压电缆防外破监测预警***的架构示意图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明设计并应用一种基于分布式光纤振动传感的高压电缆防外破监测预警***，该***无需在管线沿途安装其他设备，利用与高压电缆同沟敷设光纤的振动信号，智能识别高压电缆全线的机械外破类型，并主动发送预警信息。
如图1所示，本发明的实施例提供了一种高压电缆防外破监测预警***，所述***可以包括：光纤传感器101、解析监测模块102、***预警平台103；
所述光纤传感器101与高压电缆同沟敷设，用于表征高压电缆以感知外破。当高压电缆收到外部机械破坏时，光纤同等受到破坏，通过监测光纤，从而实现对高压电缆外破的监测。
具体的，所述光纤传感器可以包括：已铺设含通信业务光缆内的1芯空余单模光纤。
光纤既是传感器又是传输通道，与传统电学传感器相比，光纤传感器具有测量精度高、抗电磁干扰强、材质轻便、通道安全性好、测量距离远、连续分布式测量等优点。将探测光纤埋设或敷设在被监测结构如高压电缆中，通过光信号获得该结构体的温度、应力、应变等多种物理信息，从而实现异常状况的实时监测。
所述解析监测模块102与所述光纤传感器连接，用于解析和监测所述光纤传感器由外破引起的光纤振动。
具体的，所述解析监测模块包括：解析监测主机。
所述***预警平台103与所述解析检测模块连接，用于识别所述高压电缆的外破事件信息和外破位置，并发送预警信息。
具体的，所述***预警平台还用于查询和统计历史外破事件信息。
具体的，所述外破事件信息包括：所述高压电缆外破对应光纤振动的信号类型、外破事件等级。所述信号类型可以由以下方式进行识别：
判断所采集的信号幅值，过滤所述信号幅值的强度大于预设值的信号；
对所过滤出的信号进行频谱和信号宽度分析，得到频域信号的特征；
将所述频域信号的特征与历史信号特征对比，对信号分类，以实现信号类型的识别。
示例性的，采集到信号A、B、C的幅值a、b、c，对应强度为1、2、3，假设预设值为1.5，则过滤出信号B、C，通过分析得到特征j、k，与***数据库中历史信号特征对比，得到与特征j、k对应一致的历史信号X、Y，则信号B的类别即为历史信号X的类别(假设为p类型)，信号C的类别即为历史信号Y的类别(假设为q类型)。
具体的，所述信号类型包括但不限于：破碎机、挖掘机、顶管机、勘探机、打桩机、手持机械或井下穿管作业的振动信号。
示例性的，整个***可以由分布式光纤振动传感解析主机、监测主机以及***预警平台组成，主机设备全部安装在变电站通信室的同一屏柜内。解析监测主机利用管道内已铺设含通信业务光缆内的1芯空余单模光纤，即可实现同沟敷设高压电缆沿线外破隐患的全天候监测，不需再重新敷设1条多模光纤用于传输和传感振动信号。
该分布式光纤传感防外力破坏技术具有如下特点:1，线路沿途免安装，取通信光缆中的1芯空余光纤作为传感和传输通道接入解析监测主机；2，全线施工无盲点，实现全线高压电缆的外力破坏监测；3，***架构简单，仅需在变电站通信室内安装监测主机和解析主机，无需在线路上安装任何额外的传感器；4，完善的预警体系，光缆附近有正在作业的大型机械时，***即发出预警，并根据不同阈值设定区分告警级别，若大型机械在光缆附近行进或与光缆路由短时相交，***仅进行外破隐患事件记录，而不发出预警短信；可识别破碎机、挖掘机、顶管机、勘探机、打桩机、手持机械(风镐等)及井下穿管作业的振动信号，大型施工机械行进与作业信号可被精准区分。
具体的，所述外破位置由以下公式确定：
L＝c*At/2n
其中，所述L为距所述光纤起点的振动距离，所述c为真空中的光速，所述At为脉冲光信号的传输时间，所述n为所述光纤的折射率。
由于光波在光纤中传输时由于不同的微观作用会产生不同的散射效应，根据不同波长分为瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射，分别对应不同功能的分布式光纤传感器。分布式光纤振动传感技术利用光时域反射的干涉机理测试外界扰动，外界扰动在光纤附近产生振动导致光纤瑞利散射光的相位发生变化，而由于光干涉作用引起的光相位变化，将导致光强发生变化，通过实时监测不同时刻背向瑞利散射的干涉效应，即可定位振动信号的位置。这种基于光时域反射技术和光纤干涉技术的定位型监测也被称为Ф-OTDR技术，振动位置与注入光纤的脉冲光信号传输时间有关，如上式所示。Ф-OTDR技术振动监测***不仅能实现振动位置定位，同时可提取振动位置若干信息，用于振动信号解析和特征识别。
***以与高压电缆同沟敷设的原有光纤中的空余纤芯资源作为传感器，实现光纤全线的多点测量。当外界振动作用于光纤附近时，会引起线芯发生形变，导致线芯长度和折射率发生变化，引起光纤中光的相位变化。当光在光纤中传输时，由干光子与线芯晶格发生作用，将不断传输背向瑞利散射光，利用光探测器对背向瑞利散射光进行解析，并通过振动信号的幅度判断、频谱分析、模式识别、特征提取等数据处理手段，分析光信号多参量特征与振动事件的关系，建立数据关系对应模型，即可对光纤是否遭受外破及其信号状态进行识别判断，从而对同沟敷设高压电缆外破进行监测。最后根据智能识别预警结果结合振动信号定位信息，给出施工机械外破的处理建议。
利用Ф-OTDR技术进行振动信号监测过程，利用光缆线芯中脉冲探测光波产生的后向瑞利散射光之间的干涉来完成相位解调，从而实现振动信息提取。
进一步的，如图2所示，所述***还可以包括：无线终端104和无线通信模块105，所述***预警平台103通过所述无线通信模块105向所述无线终端104发送预警信息。
具体的，所述无线通信模块包括：APN专网卡，所述无线终端包括：手机。
高压电缆防外破监测预警平台的后台软件界面展示内容主要包括光缆(光纤)路径图和事件信息。光缆路径图为***标定的光缆路由和标记外力破坏事件等级以及具***置；事件信息为相应外破事件的详细信息列表，包括历史事件信息查询、统计分析等功能。
***可以利用采集信号参数值(频率、幅值、区间等)与统计学方法相结合的方式建立智能识别分析模型。首先通过判断信号幅值，过滤出强度比较大的信号，这些信号可能由大型机械施工的外力破坏事件引起；然后通过对上述可能存在外破隐患的信号进行频谱和信号宽度分析，根据频域信号的特征，以及与历史信号特征对比，对信号分类；最后对已完成分类的信号，即为识别过程已经完成，对于未能够识别的信号，可进一步通过统计特征值分析，得到信号类别。
***规划通过内网或外网布置该展示平台，以电力内网展示平台为例，在变电站通信室安装分布式外破(解析)监测主机设备后，通过站内综合数据网连接，即可实现电力监控中心的Web网页访问防外破监测预警***平台，查看外破隐患点详细信息。同时通过在***通信模块上配置APN专网卡，即可向该防外破监测***使用班组的运维人员的电脑WEB端、手机或APP发送预告警信息，运维人员根据告警级别给出处理办法。该***不仅实现了全线高压电缆的状态监测，也起到了外破预警作用，有利于及时掌握高压电缆是否遭受外破以及危险级别，示例性的如图3所示。
现场验证及实际应用：为了验证该***能否探测与光缆同沟敷设高压电缆的振动信号并排除干扰而准确定位，可以进行光缆路由的标定试验。分别选取某110kV高压电缆同沟敷设光缆的起点275m和终点4132m作为测试点，使用标准振动源进行模拟振动信号测试。通过该振动信号来判断光缆状态，即采集沿线同沟敷设的高压电缆机械外力振动信号及其位置。
其中，275m处模拟振动试验的探测信号频域，该试验干扰信号较少，试验效果较好，模拟振动信号频谱特征较为明显，含有48Hz的固定频率及其倍频信号。
模拟振动信号特征在4312m处清晰可见，有明显的频率线谱，能够较容易识别并定位振动信号的试验位置，即该处为高压电缆长度的4132m处。
实际应用中，在高压电缆走廊现场有机械振动施工时，***后台发现并告警施工隐患点，同时发送施工外破的预警短信通知运维人员，运维人员根据预警级别，现场确认并制止可能损害高压电缆正常运行的线行上方施工隐患。
现场验证和应用效果表明:基于分布式光纤振动传感的高压电缆防外破监测预警***能够准确识别高压电缆是否遭受外力破坏并定位其位置点，同时通过模式识别可判断其外力破坏隐患类型和级别，能够实现提前预警高压电缆外破事件。该***利用Ф-OTDR技术可实现外破振动信号的精准定位，能根据识别结果分等级进行预告警，尽可能避免短时无效事件的误告警，形成了完善的外破信息可视可控。
通过应用该***，高压电缆线路运维人员在日常巡视的基础上，增加了全天候高压电缆线路状态的特殊监测手段，运维管理人员可依据***提示的预告警信息级别做出决策，并快速抵达现场进行安全排查或通知现场人员停止破坏性施工，有效提高了防外破效率，在一定程度上也提升了高压电缆的运维管理水平。随着城市更新改造及城区范围的扩张，架空线路改造为高压电缆的需求越来越大，与此同时，市政工程施工改造也逐年增多，高压电缆遭受外破的环境愈加恶劣，针对特定情况应用有效的高压电缆防外破监测预警很关键。
可见，本发明提供的一种高压电缆防外破监测预警***，所述***包括：光纤传感器、解析监测模块、***预警平台；所述光纤传感器与高压电缆同沟敷设，用于表征高压电缆以感知外破；所述解析监测模块与所述光纤传感器连接，用于解析和监测所述光纤传感器由外破引起的光纤振动；所述***预警平台与所述解析检测模块连接，用于识别所述高压电缆的外破事件信息和外破位置，并发送预警信息，相比于人工监测预警，能够提高外破监测和预警效率。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高压电缆防外破监测预警***，其特征在于，所述***包括：光纤传感器、解析监测模块、***预警平台；
所述光纤传感器与高压电缆同沟敷设，用于表征高压电缆以感知外破；
所述解析监测模块与所述光纤传感器连接，用于解析和监测所述光纤传感器由外破引起的光纤振动；
所述***预警平台与所述解析检测模块连接，用于识别所述高压电缆的外破事件信息和外破位置，并发送预警信息。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述光纤传感器包括：已铺设含通信业务光缆内的1芯空余单模光纤。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述解析监测模块包括：解析监测主机。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述外破事件信息包括：所述高压电缆外破对应光纤振动的信号类型、外破事件等级。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述信号类型由以下方式进行识别：
判断所采集的信号幅值，过滤所述信号幅值的强度大于预设值的信号；
对所过滤出的信号进行频谱和信号宽度分析，得到频域信号的特征；
将所述频域信号的特征与历史信号特征对比，对信号分类，以实现信号类型的识别。
6.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述信号类型包括：破碎机、挖掘机、顶管机、勘探机、打桩机、手持机械或井下穿管作业的振动信号。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：无线终端和无线通信模块，所述***预警平台通过所述无线通信模块向所述无线终端发送预警信息。
8.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述无线通信模块包括：APN专网卡。
9.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述外破位置由以下公式确定：
L＝c*At/2n
其中，所述L为距所述光纤起点的振动距离，所述c为真空中的光速，所述At为脉冲光信号的传输时间，所述n为所述光纤的折射率。
10.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***预警平台还用于展示光纤路径图、查询和统计历史外破事件信息，所述光纤路径图包括：标定的光纤路由。
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- 2022-04-24 CN CN202210433519.3A patent/CN114842603A/zh active Pending
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