CN102944263A - 基于光纤光栅传感的电缆隧道多状态在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供基于光纤光栅传感的电缆隧道多状态在线监测系统，包括通信光缆、光纤光栅门禁传感器、光纤光栅井盖传感器、光纤光栅液位传感器和光纤光栅温度传感器，各传感器分别与通信光缆连接，通信光缆通过光纤光栅解调器与上位机连接，上位机通过网络与中控系统连接。本系统以光纤光栅传感技术为支撑，结合光纤网络技术，将电缆隧道内多状态参量监测集成于统一的管理平台，形成全新的电缆隧道状态实时监测和运维管理模式，为电缆隧道事故预防、电缆网的安全可靠供电提供保障，实现电网生产运行管理和指挥决策的智能化。
Description
技术领域
本发明涉及一种多状态综合监控系统，具体地说是基于光纤光栅传感技术，针对电缆隧道电缆本体，环境监测及隧道安防的多状态在线监测系统。
背景技术
电缆隧道的使用，是满足中心城区高负荷密度和电缆化的供电要求，有效保障电力通道的输送容量和提高通道资源利用率的重要措施。伴随着城市电力电缆隧道的飞速发展，对电力电缆隧道的维护、监控和管理要求也逐步提升。集智能化、无人化于一身的现代监控系统已经逐步取代了原有的传统管理模式，先进的技术和设备将为电力电缆隧道的运行维护提供更多领域的技术支持和保障。
专利号为200420000941.7的《一种电缆隧道的防火系统》和专利号为200810137337.1的《电缆隧道自动排水系统》都仅针对电缆隧道单一环境因素进行监测。专利号为201010182962.5的《一种电缆隧道综合控制系统》对电缆隧道内的温度、液位、照明控制等多种状态进行监测，但该技术所选用的电学原理传感器，在恶劣的电缆隧道环境下的使用寿命、传感器的现场取电、系统组网等方面都受到极大的限制。
光纤光栅传感技术是近年发展起来的先进传感技术，与传统电学类传感技术相比，其在可靠性、安全性、测量参量范围、组网能力等方面均拥有明显优势，是非常适合于电力领域的先进传感技术。光纤光栅传感技术可以对多种不同物理量进行监测，包括：温度、应变、压力、位移、压强、加速度等。将光纤光栅传感技术与电缆隧道的实际监控需求相结合，对隧道内电缆本体温度，隧道环境温度，隧道井盖状态，隧道积水水位等多种环境参量，以及隧道的入侵防范等进行在线监测，并在此基础上建立集成化管理平台，真正推动电力电缆隧道监控运行管理水平的提升。
发明内容
本发明的目的是克服现有传感技术的不足，提供一种基于光纤光栅传感的电缆隧道多状态在线监测系统，实现电网生产运行管理和指挥决策的智能化。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于光纤光栅传感的电缆隧道多状态在线监测系统，其特征在于：它包括铺设在电缆隧道中的通信光缆、用于检测电缆隧道门禁状态的光纤光栅门禁传感器、用于检测井盖开合状态的光纤光栅井盖传感器、用于检测电缆隧道内积水液位的光纤光栅液位传感器和用于测量电缆接头温度及隧道环境温度的光纤光栅温度传感器，光纤光栅门禁传感器、光纤光栅井盖传感器、光纤光栅液位传感器和光纤光栅温度传感器分别与通信光缆连接，通信光缆通过光纤光栅解调器与上位机连接，上位机通过网络与中控系统连接。
按上述方案，各传感器与通信光缆之间采用熔接的方式连接，信号的传感和传输采用全光纤网络。
按上述方案，通信光缆与各传感器熔接处采用热缩管固定，热缩管设置在光纤接续盒中。
按上述方案，所述的每2-4个竖直排放的光纤光栅液位传感器为一组，还包括能够随积水上浮的浮漂和设置在浮漂上的磁铁，当积水上浮至与光纤光栅液位传感器等高时浮漂上的磁铁与光纤光栅液位传感器接触。
按上述方案，所述的光纤光栅温度传感器的个数为2-40个，并通过通信光缆连接为串联形式，沿通信电缆本体分布。
按上述方案，所述的光纤光栅井盖传感器和光纤光栅门禁传感器均为光纤光栅应变传感器，分别安装在井盖下方和门上方。
本发明的有益效果为：
1、本系统以光纤光栅传感技术为支撑，结合光纤网络技术，将电缆隧道内多状态参量监测集成于统一的管理平台，形成全新的电缆隧道状态实时监测和运维管理模式，为电缆隧道事故预防、电缆网的安全可靠供电提供保障，实现电网生产运行管理和指挥决策的智能化。
2、将光纤光栅传感器与普通的机械结构相结合，当浮漂顶端的磁铁与光纤光栅传感器接触时改变光纤光栅传感器内部受力状态，导致光纤光栅的波长发生变化，变化后波长信息经传输光缆到解调仪，解调仪和上位机，上位机处理后显示出当前液位信息。
3、利用本系统可提高电力系统的运行安全监管水平，提高电力系统的工作效率，推进了电力行业的智能化、自动化管理，为输电系统提供了更为安全有效的管理模式。
附图说明
图1为本发明的网络结构示意图。
图中：1、通信光缆，2、光纤光栅解调器，3、上位机，4、中控系统，5、光纤光栅门禁传感器，6、光纤光栅井盖传感器，7、光纤光栅液位传感器，8、光纤光栅温度传感器。
具体实施方式
图1为本发明的网络结构示意图，包括铺设在电缆隧道中的通信光缆1、用于检测电缆隧道门禁状态的光纤光栅门禁传感器5、用于检测井盖开合状态的光纤光栅井盖传感器6、用于检测电缆隧道内积水液位的光纤光栅液位传感器7和用于测量电缆接头温度及隧道环境温度的光纤光栅温度传感器8，光纤光栅门禁传感器5、光纤光栅井盖传感器6、光纤光栅液位传感器7和光纤光栅温度传感器8分别与通信光缆1连接，通信光缆1通过光纤光栅解调器2与上位机3连接，上位机3通过网络与中控系统4连接。
光纤光栅门禁传感器5，光纤光栅井盖传感器6，光纤光栅液位传感器7和光纤光栅温度传感器8均从两端引出尾纤，各种传感器之间可以任意串联，传感器与通信光缆1之间采用熔接的方式连接，光纤熔接处采用热缩管固定保护，然后置于光纤接续盒中。同样，其他的解调仪通道，也采用同样的方法连接成一串。各串通信光缆的传输信息在某一处汇聚于一条多芯光缆，然后传输至在主控站的光纤光栅解调器2，光纤光栅解调器把信息解调后通过网口传输至上位机3，上位机处理后发送至中控系统4。
所述电缆隧道内输电电缆本体、电缆接头温度及隧道环境温度监测部分，采用光纤光栅传感技术实现温度测量。光纤光栅温度传感器是利用光纤光栅反射波长对温度敏感特性进行温度监测，通过传输光缆把波长温度信息传输至光纤光栅解调器，解调器处理后传输至上位机系统，上位机系统处理后会输出对应的电缆温度、温度预警或温度报警信号。
所述电缆隧道井盖开合状态监测部分，利用光纤光栅的应变特性对电缆隧道井盖开合状态进行监测。光纤光栅井盖传感器通过传输光缆把井盖状态信息传输至光纤光栅解调器，解调器处理后传输至上位机系统，上位机系统处理后会输出对应的开、合状态。
所述电缆隧道风楼门禁状态监测部分，利用光纤光栅的应变特性对风楼门禁状态进行监测。光纤光栅门禁传感器通过传输光缆把门禁状态信息传输至光纤光栅解调器，解调器处理后传输至上位机系统，上位机系统处理后会输出对应状态。
所述电缆隧道内积水液位监测部分，利用光纤光栅的应变特性对电缆隧道内积水液位实现测量。光纤光栅液位传感器利用光纤光栅的应变敏感特性探测液位，通过传输光缆把液位信息传输至光纤光栅解调器，解调器处理后传输至上位机系统，上位机系统处理后会输出对应的液位高度。本实施例中，在需要监测液位高度的地方由上至下等距离安装3个液位传感器，3个液位传感器将隧道的高度均分为四段。当积水液位上升到所安装传感器的高度时，传感器下端的浮漂受到浮力作用开始上升，当浮漂上到约10毫米的高度后与光纤光栅传感器本体接触。浮漂顶端的磁铁改变传感器内部受力状态，导致光纤光栅的波长发生变化，变化后波长信息经传输光缆到解调仪，解调仪和上位机，上位机处理后显示出当前液位信息。该系统对液位实现分级监测，可根据现场实际情况设定报警阈值。
井盖状态监测、门禁状态监测与液位监测同属开关量状态监测，工作原理相似。光纤光栅温度传感器则将电缆隧道内温度实时传给中控系统，当温度超过警戒值时即报警。
隧道环境立体模型及监测信息显示系统部分，包括隧道环境立体模型，隧道电缆温度、环境温度，井盖状态，积水液位高度，门禁状态等信息的集成和显示。该软件系统以三维立体模型展示隧道环境内实时监测的各种物理量，对超过安全设定值的物理量进行报警；同时数据库记录保存各种物理量的历史数据，可以通过曲线图、直方图、表格等方式查看某一物理量的历史变化趋势。
若系统发生报警，提示操作人员对报警信息进行处理。操作人员首先根据视频联动界面判断液位是否达到报警设定值。若没有达到报警值，则及时排除误报因素校正液位信息，使其与实际液位高度相符；若达到报警值，需要操作人员打开抽水泵联动系统进行抽水，使液位高度下降到安全高度以下，同时系统将记录所有报警记录和处理结果。
本发明充分发挥光纤光栅传感技术具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、安全性好，寿命长，易于组网，实现远距离分布式测量等优点。利用光纤光栅可以实现电缆隧道内电缆本体温度，环境温度，水位，隧道井盖状态，隧道安防等多种不同参量进行实时在线监测，对影响电缆安全运行的各项指标进行实时分析评估；同时由于多种参量的测量可以共用光缆和主机设备，降低了隧道监控设备的复杂程度和维保难度。
Claims (6)
1.一种基于光纤光栅传感的电缆隧道多状态在线监测系统，其特征在于：它包括铺设在电缆隧道中的通信光缆、用于检测电缆隧道门禁状态的光纤光栅门禁传感器、用于检测井盖开合状态的光纤光栅井盖传感器、用于检测电缆隧道内积水液位的光纤光栅液位传感器和用于测量电缆接头温度及隧道环境温度的光纤光栅温度传感器，光纤光栅门禁传感器、光纤光栅井盖传感器、光纤光栅液位传感器和光纤光栅温度传感器分别与通信光缆连接，通信光缆通过光纤光栅解调器与上位机连接，上位机通过网络与中控系统连接。
2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感的电缆隧道多状态在线监测系统，其特征在于：各传感器与通信光缆之间采用熔接的方式连接，信号的传感和传输采用全光纤网络。
3.根据权利要求2所述的基于光纤光栅传感的电缆隧道多状态在线监测系统，其特征在于：通信光缆与各传感器熔接处采用热缩管固定，热缩管设置在光纤接续盒中。
4.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感的电缆隧道多状态在线监测系统，其特征在于：所述的每2-4个竖直排放的光纤光栅液位传感器为一组，还包括能够随积水上浮的浮漂和设置在浮漂上的磁铁，当积水上浮至与光纤光栅液位传感器等高时浮漂上的磁铁与光纤光栅液位传感器接触。
5.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感的电缆隧道多状态在线监测系统，其特征在于：所述的光纤光栅温度传感器的个数为2-40个，并通过通信光缆连接为串联形式，沿通信电缆本体分布。
6.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感的电缆隧道多状态在线监测系统，其特征在于：所述的光纤光栅井盖传感器和光纤光栅门禁状态传感器均为光纤光栅应变传感器，分别安装在井盖下方和门上方。
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