CN211577314U - 一种海底电缆故障快速定位设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种海底电缆故障快速定位设备。一种海底电缆故障快速定位设备，包括射频信号发生器、高压脉冲仪、高压脉冲调制装置、平衡探测器和数据采集卡，所述射频信号发生器第一接头连接所述高压脉冲仪的输入端、第二接头连接所述高压脉冲调制装置的一端、第三接头连接所述数据采集卡；所述第二高压脉冲调制装置的另一端连接所述平衡探测器的一端，所述平衡探测器的另一端连接所述数据采集卡。本实用新型对海缆故障点精确定位，无漏误报，探测响应速度快，探测距离长，操作简单智能等特点。

Description

一种海底电缆故障快速定位设备

技术领域

本实用新型涉及电缆故障查找领域，更具体地，涉及一种海底电缆故障快速定位设备。

背景技术

海底电缆是跨海域联网工程建设的重要组成部分，在实现电网国际化、区域电网互联进程中起着重要作用。近年来，随着经济水平的提高，各海岛及陆地对电能的需求越来越多，全国电网许多区域建设并且在建大量海底电缆。

某些地区因其地域特点，对于海缆的应用极为广泛。目前主要依靠故障录波数据，再结合AIS***，查询船只走向，抛锚记录，船只抛锚具***置等，判断海缆故障是否为船只抛锚导致的外破。假如是外破故障，直接在外破点(船只抛锚点)打捞找到故障点；若排除外破，利用故障定位电源配合行波反射法预定位故障距离，然后人工打捞目标电缆后，再结合声磁同步法，通过故障点放电声音找到故障点。对于短距离海缆，利用故障定位电源配合行波反射法可以满足故障预定位。

但对于长距离海缆，传统的行波反射法因为脉冲波形衰减大，使用效果不佳，甚至无法定位。高精度智能电桥法能满足长距离海缆低阻、稳定型高阻等故障类型的预定位，且精度高；但闪络或间歇性故障，电桥法无法形成稳定电流，不能定位。所以目前对于长距离海底电缆故障定位的设备容易出现定位不精准，或者数据漏报的问题。

实用新型内容

本实用新型为克服上述背景技术中所述的目前对于长距离海底电缆故障定位的设备容易出现定位不精准，或者数据漏报的问题，提供一种海底电缆故障快速定位设备。本实用新型对海缆故障点精确定位，无漏误报，探测响应速度快，探测距离长，操作简单智能等特点。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种海底电缆故障快速定位设备，包括射频信号发生器、高压脉冲仪、高压脉冲调制装置、平衡探测器和数据采集卡，所述射频信号发生器第一接头连接所述高压脉冲仪的输入端、第二接头连接所述高压脉冲调制装置的一端、第三接头连接所述数据采集卡；所述高压脉冲调制装置的另一端连接所述平衡探测器的一端，所述平衡探测器的另一端连接所述数据采集卡。这样，射频信号发生器可以分别发出两组不同的脉冲信号CH1和CH2，CH2经过高压脉冲仪发射到待测电缆上，CH1经过通过高压脉冲调制装置调制成与CH2频率不同的脉冲发射到待测光纤上，射频信号发生器还发射脉冲信号CH1作为对比信号到数据采集卡上，高压脉冲信号输入到待测电缆时，如果电缆有故障点，脉冲会在该点放电导致振动从而被分布式光纤振动监测仪探测到。***根据光的传输时间(采样点数和采样率) 来计算发生振动事件的位置。由于采用了高压脉冲和分布式光纤振动监测仪数据采集同步，仅在高压脉冲传输及光反射回来的时间窗口采集数据的方法，***可以排除其余时间光缆沿线的干扰，准确地检测到电缆故障点的振动，并且减少了采集的数据量，该设备可以实现长距离海底电缆故障点的监测。经大量试验后，该设备具有定位精确，无漏误报，探测响应速度快的特点。

进一步的，所述高压脉冲调制装置包括声光调制器、激光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光纤放大器和光回旋器；所述射频信号发生器第二接头连接所述声光调制器的第一输入端，所述激光源的输出端连接所述第一光纤耦合器的输入端，所述第一光纤耦合器的第一输出端连接所述声光调制器的第二输入端，所述第一光纤耦合器的第二输出端连接所述第二光纤耦合器的第一输入端，所述光纤放大器的输出端连接所述光回旋器的输入端，所述光回旋器的输出端连接所述第二光纤耦合器的第二输入端，所述第二光纤耦合器的输出端连接所述平衡探测器。这样，通过声光调制器可以对脉冲信号进行外调制，之后通过光纤放大器和光回旋器进行输出到待测光纤；激光器输出的信号经耦合器分成两束光，一束光经调制后作为探测光送入待测光纤，另外一束光作为参考光与反射回来的瑞利散射信号干涉形成相干检测从而提高信噪比。

进一步的，所述射频信号发生器经过所述高压脉冲仪发射第一脉冲，所述射频信号发生器通过所述声光调制器和光纤放大器发射第二脉冲，所述第一脉冲与所述第二脉冲为时间同步脉冲信号，所述第一脉冲的周期大于所述第二脉冲的周期。这样，CH2经过高压脉冲仪变成第一脉冲，CH1经过声光调制器和光纤放大器变成第二脉冲。

优选的，所述激光源为数字激光器。这样，数字激光可以创建几乎任何激光模式，在本设备中使用非常方便。

优选的，所述第一光纤耦合器与所述第二光纤耦合器均为多模光纤耦合器。这样，多模光纤耦合器更方便于调节耦合比。

优选的，所述数据采集卡为PXI板卡或CPCI板卡。这样，PXI板卡或CPCI 板卡更适用在本设备中，以达到更高的采集精度。

进一步的，所述平衡探测器内设有能够将拍频信号转换成电信号的光电检测模块，所述光电检测模块与所述数据采集卡连接。

优选的，所述光纤放大器为掺铒光纤放大器。这样，掺铒光纤放大器噪声低，增益曲线好，放大器带宽大，与波分复用(WDM)***兼容，泵浦效率高，工作性能稳定，技术成熟，在本设备中使用能够提升设备的性能。

进一步的，所述第二脉冲的脉宽A可调节的大小区间为50ns≤A≤200ns。这样，脉宽决定放电能量大小和决定设备的定位精度，在50ns≤A≤200ns范围内，调节第二脉冲的脉宽，可以有较高的精度。

优选的，所述第二脉冲的脉宽A可调节的大小区间为100ns≤A≤150ns。这样，在100ns≤A≤200ns范围内，调节第二脉冲的脉宽，可以有更高的精度，且设备消耗比较低。

与现有技术相比，有益效果是：

1.由于采用了高压脉冲和分布式光纤振动监测仪数据采集同步，仅在高压脉冲传输及光反射回来的时间窗口采集数据的方法，本实用新型可以排除其余时间光缆沿线的干扰，准确地检测到电缆故障点的振动，并且减少了采集的数据量，该设备可以实现长距离海底电缆故障点的监测。经大量试验后，该设备具有定位精确，无漏误报，探测响应速度快的特点。

附图说明

图1是本实用新型远离结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体描述：

本实施例提供一种海底电缆故障快速定位设备，其作用原理如图1所示。该海底电缆故障快速定位设备包括射频信号发生器、高压脉冲仪、高压脉冲调制装置、平衡探测器和数据采集卡，所述射频信号发生器第一接头连接所述高压脉冲仪的输入端、第二接头连接所述高压脉冲调制装置的一端、第三接头连接所述数据采集卡；所述高压脉冲调制装置的另一端连接所述平衡探测器的一端，所述平衡探测器的另一端连接所述数据采集卡。

本实施例中，所述高压脉冲调制装置包括声光调制器、激光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光纤放大器和光回旋器；所述射频信号发生器第二接头连接所述声光调制器的第一输入端，所述激光源的输出端连接所述第一光纤耦合器的输入端，所述第一光纤耦合器的第一输出端连接所述声光调制器的第二输入端，所述第一光纤耦合器的第二输出端连接所述第二光纤耦合器的第一输入端，所述光纤放大器的输出端连接所述光回旋器的输入端，所述光回旋器的输出端连接所述第二光纤耦合器的第二输入端，所述第二光纤耦合器的输出端连接所述平衡探测器。所述射频信号发生器经过所述高压脉冲仪发射第一脉冲，所述射频信号发生器通过所述声光调制器和光纤放大器发射第二脉冲，所述第一脉冲与所述第二脉冲为时间同步脉冲信号，所述第一脉冲的周期远大于所述第二脉冲的周期；所述激光源为数字激光器；所述第一光纤耦合器与所述第二光纤耦合器均为多模光纤耦合器；所述数据采集卡为PXI板卡或CPCI 板卡；所述平衡探测器内设有能够将拍频信号转换成电信号的光电检测模块，所述光电检测模块与所述数据采集卡连接；所述光纤放大器为掺铒光纤放大器；所述第二脉冲的脉宽A可调节大小区间为100ns≤A≤150ns。

本实施例在使用时，其步骤如下：

(1)计算机PC控制射频信号发生器发出两组同步脉冲信号CH1和CH2， CH2是脉冲周期N秒(周期可根据实际需要调整)，脉宽可调(脉宽决定放电能量大小)的脉冲信号；CH1的脉冲周期由光纤的长度决定(根据光在光纤中的传播速度计算，如果光纤长度为10km，则脉冲周期可定为100μs)，脉宽为 100ns(脉宽决定***的定位精度)的脉冲信号，CH1的周期要远小于CH2的周期。CH2经过高压脉冲仪变成第一脉冲，CH1经过声光调制器和光纤放大器变成第二脉冲；CH2控制高压脉冲发生器产生高压脉冲信号输入到待测的电缆中，当电缆中有故障点时，高压脉冲在电缆故障点处会放电，产生响声和振动，导致此位置的探测光纤中传输的光信号发生变化。

(2)射频信号发生器的CH1控制分布式光纤振动监测仪产生光脉冲信号输入到探测光纤中并同时触发数据采集卡采集数据。由于CH1、CH2是同步信号，因此在故障点放电的同时，***也同时采集数据。以一个探测光纤长度为 10km，定位精度10m的分布式光纤振动探测仪为例，CH1的脉冲周期100μs，脉冲宽度100ns，CH1触发数据采集卡采集数据，由于振动的时间比较短，数据采集卡可以只采集N秒的数据(因为电缆故障点的放电持续时长很短，引起的振动持续时间在毫秒级，所以采集N秒钟的数据已经足够)总共10000组数据(一秒内CH1发了10000个脉冲周期)后停止采集数据并将数据送到PC的数据处理程序中，等待下一个CH2控制下的高压脉冲放电再继续采集数据。在数据采集卡再次采集数据前，PC的数据处理程序有足够的时间对这些数据进行相位解调得到对应的振动变化值，设置一个相位变化阈值，若相位变化值超过阈值点即判定为电缆故障点，并将其位置通过计算出来(n是光纤折射率，c 是光速，Δt是数据采集卡采集到第N点所需时间)，并且进一步可以将这10000 组数据的相位做FFT运算，可以了解电缆在放电时，其1-5000HZ频率范围内振动的频率范围和幅度大小的分布。在发送高压脉冲波的同时，分布式光纤振动监测仪发出光脉冲并进行数据采集，而且仅在一个持续时间为K的时间窗口期内采集数据，从而可以有效地排除光纤沿线的扰动干扰，并节约计算机的处理资源；PC数据处理程序解调信号的相位变化及对应的振动幅值，根据变化值大小判断故障点位置并计算其距离。激光器输出的信号经耦合器分成两束光，一束光经调制后作为探测光送入待测光纤，另外一束光作为参考光与反射回来的瑞利散射信号干涉形成相干检测从而提高信噪比。声光调制器用于将连续光调制成脉冲光并产生一个200MHz频移，从待测光纤反射回来的散射光信号经过光回旋器与参考光信号在偏振分级模块中分别干涉，其拍频信号由光电检测模块转成电信号后经数据采集卡采集。

(3)重复上述步骤，多次测量后将每次测得的海底电缆的故障点位置做平均，可以获得更精确的断点位置。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海底电缆故障快速定位设备，其特征在于：包括射频信号发生器、高压脉冲仪、高压脉冲调制装置、平衡探测器和数据采集卡，所述射频信号发生器的第一接头连接所述高压脉冲仪的输入端、第二接头连接所述高压脉冲调制装置的一端、第三接头连接所述数据采集卡；所述高压脉冲调制装置的另一端连接所述平衡探测器的一端，所述平衡探测器的另一端连接所述数据采集卡。

2.根据权利要求1所述的海底电缆故障快速定位设备，其特征在于：所述高压脉冲调制装置包括声光调制器、激光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光纤放大器和光回旋器；所述射频信号发生器第二接头连接所述声光调制器的第一输入端，所述激光源的输出端连接所述第一光纤耦合器的输入端，所述第一光纤耦合器的第一输出端连接所述声光调制器的第二输入端，所述第一光纤耦合器的第二输出端连接所述第二光纤耦合器的第一输入端，所述光纤放大器的输出端连接所述光回旋器的输入端，所述光回旋器的输出端连接所述第二光纤耦合器的第二输入端，所述第二光纤耦合器的输出端连接所述平衡探测器的一端，所述平衡探测器的另一端连接所述数据采集卡。

3.根据权利要求2所述的海底电缆故障快速定位设备，其特征在于：所述射频信号发生器经过所述高压脉冲仪发射第一脉冲，所述射频信号发生器通过所述声光调制器和光纤放大器发射第二脉冲，所述第一脉冲与所述第二脉冲为时间同步脉冲信号，所述第一脉冲的周期大于所述第二脉冲的周期。

4.根据权利要求2所述的海底电缆故障快速定位设备，其特征在于：所述激光源为数字激光器。

5.根据权利要求2所述的海底电缆故障快速定位设备，其特征在于：所述第一光纤耦合器与所述第二光纤耦合器均为多模光纤耦合器。

6.根据权利要求1所述的海底电缆故障快速定位设备，其特征在于：所述数据采集卡为PXI板卡或CPCI板卡。

7.根据权利要求1所述的海底电缆故障快速定位设备，其特征在于：所述平衡探测器内设有能够将拍频信号转换成电信号的光电检测模块，所述光电检测模块与所述数据采集卡连接。

8.根据权利要求2所述的海底电缆故障快速定位设备，其特征在于：所述光纤放大器为掺铒光纤放大器。

9.根据权利要求3所述的海底电缆故障快速定位设备，其特征在于：所述第二脉冲的脉宽A可调节的大小区间为50ns≤A≤200ns。

10.根据权利要求9所述的海底电缆故障快速定位设备，其特征在于：所述第二脉冲的脉宽A可调节的大小区间为100ns≤A≤150ns。

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