CN103048588A - 电力电缆故障在线定位方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电力电缆故障在线定位方法与系统，利用与电力电缆平行紧贴敷设的光缆将电力电缆的振动信号转化为光信号，再利用光纤振动传感系统对所述光信号进行监控处理，最后分析得出电力电缆故障点的位置，本发明电力电缆故障在线定位方法采用在线的方式，将分布式光纤在振动测量方面的技术应用在高压电力电缆故障点测寻方面实现了在线状态高效定位电力电缆故障点的目的，具有实际的社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及故障定位技术领域，特别是涉及电力电缆故障在线定位方法与系统。
背景技术
目前对陆地电力电缆故障点进行在线定位的方法很少，能够在实际工程得到应用的几乎没有，以往对电力电缆故障点进行测寻多采用离线的方式。
国内外的电缆故障测寻仪器多采用电桥法、电压比较法、行波反射法为基础进行仪器的研发与更新，虽然有的技术手段以趋于成熟，但是这些方法有一个共同的缺点：离线方式，效率低，测寻时间长。
发明内容
基于此，有必要针对现有电力电缆故障定位方法，采用离线方式停电代价大且效率低问题，提供一种高效电力电缆故障在线定位方法与系统。
一种电力电缆故障在线定位方法，包括步骤:
设置光缆，将所述光缆与所述电力电缆平行紧贴敷设；
设置光纤振动传感系统，将所述光纤振动传感系统与所述光缆相连，所述振动传感系统监控在所述光缆中传播的光信号，得到监控数据，根据所述监控数据处理得出所述电力电缆故障点的位置，
当所述电力电缆发生故障时，根据所述监控数据判断所述光缆是否熔断，若所述光缆熔断，则利用所述监控数据与光折反射原理测寻得出所述电力电缆的故障位置，若所述光缆未熔断，则利用所述光纤振动传感系统分析所述监控数据得出所述电力电缆的故障位置。
在其中一个实施例中，所述光缆为有限长度的光缆，所述有限长度是根据所述光缆所在运行环境传输光信号的衰减程度以及所述光纤振动传感系统的测量精度确定的。
在其中一个实施例中，确定所述有限光缆的有限长度包括步骤：判断所述光缆的运行环境，确定在所述光缆中传播所述光信号的衰减程度，所述运行环境包括土壤、隧道和管道环境；确定所述光纤振动传感系统的测量精度；根据在所述光缆中传播所述光信号的衰减程度和所述光纤振动传感系统的测量精度确定所述光缆的长度。
在其中一个实施例中，所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
在其中一个实施例中，所述分布式光纤振动传感系统包括光信号解调仪、数据分析仪和计算机。
一种电力电缆故障在线定位系统，包括信号采集模块和光纤振动传感模块；
所述信号采集模块包括光缆，所述光缆与所述电力电缆平行紧贴敷设，所述光缆用于采集所述电力电缆的振动信号，将所述电力电缆的振动状态信号转化为光信号；
所述光纤振动传感模块包括光纤振动传感系统，所述光纤振动传感系统与所述光缆连接，所述光纤振动传感系统用于监控所述光缆中传播的光信号，得到监控数据，根据所述监控数据得出所述电力电缆故障点的位置，
所述光纤振动传感系统在所述电力电缆发生故障时判断所述光缆是否熔断，若所述光缆熔断，所述光纤振动传感系统利用光折反射原理测寻出所述电力电缆故障点位置，若所述光缆未熔断，所述光纤振动传感系统根据所述监控数据分析得出所述电力电缆故障点的位置。
在其中一个实施例中，所述光缆为有限长度的光缆，所述有限长度是根据所述光缆所在运行环境传输光信号的衰减程度以及所述光纤振动传感系统的测量精度确定的。
在其中一个实施例中，所述有限长度光缆的有限长度确定是通过以下单元完成的：
运行环境确定单元：用于确定所述光缆的运行环境，从而确定在所述光缆中传播所述光信号的衰减程度，所述光缆的运行环境包括土壤、隧道和管道环境；
精度确定单元：用于确定所述光纤振动传感模块的测量精度；
长度确定单元：用于根据在所述光缆中传播所述光信号的衰减程度和所述光纤振动传感模块的测量精度确定所述光缆的长度。
在其中一个实施例中，所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
在其中一个实施例中，所述分布式光纤振动传感系统包括光信号解调仪、数据分析仪和计算机。
本发明电力电缆故障在线定位方法，利用与电力电缆平行紧贴敷设的光缆将电力电缆的振动信号转化为光信号，再利用光纤振动传感系统对所述光信号进行监控处理，最后分析得出电力电缆故障点的位置，本发明电力电缆故障在线定位方法采用在线的方式，将分布式光纤在振动测量方面的技术应用在高压电力电缆故障点测寻方面，整个故障点定位过程简单快速，实现了在线状态高效定位电力电缆故障点的目的，具有实际的社会效益。
附图说明
图1为本发明电力电缆故障在线定位方法其中一个实施例的流程示意图；
图2为本发明电力电缆故障在线定位方法其中一个实施例的流程示意图；
图3为本发明电力电缆故障在线定位系统其中一个实施例的结构示意图；
图4为本发明电力电缆故障在线定位系统其中一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
针对目前还没有基于瑞利散射原理运用分布式光纤进行电力电缆故障点定位的技术先例，而以往高压电力电缆故障点进行定位的方法多为离线的方法，故障点测寻时间长，停电损失大，代价较高，本发明电力电缆故障在线定位方法与系统的提出弥补了我国对于分布式光纤在线测量电力电缆故障点技术的空白。
电力电缆故障在线定位的基本原理：利用光纤振动传感系统时时监控运行中电力电缆的环境振动，得到监控数据，当电力电缆发生故障，电力电缆会在故障点产生巨大的放电能量，并同时产生巨大的振动。这时出现两种情况，第一种情况，巨大的能量熔断光缆光纤，这种情况光纤振动传感系统直接利用监控数据与光折反射原理得出电力电缆故障点位置，第二种情况，巨大的能量没能熔断光缆光纤，光纤振动传感系统保持对电力电缆振动情况的监控，由于故障点产生的振动远远大于环境的振动，因此，光纤振动传感系统可以根据监控数据得出的电力电缆故障跳闸时间，自动查询该时刻测得的具有最大振动幅度的电力电缆位置，则该位置为电力电缆故障点位置。
如图1所示，一种电力电缆故障在线定位方法，包括步骤:
S200：设置光缆，将所述光缆与所述电力电缆平行紧贴敷设。
光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路；电缆是由几根或几组导线每组至少两根绞合而成的类似绳索的电缆，每组导线之间相互绝缘，并常围绕着一根中心扭成，整个外面包有高度绝缘的覆盖层。这个步骤将光缆与电力电缆平行紧贴敷设，这样做的目的是最大限度的将电力电缆的振动信号或故障时电能能量传递给光缆，为接下来的步骤做好准备，同时紧贴铺使得光缆第一时间接收到电力电缆的变化，减少了反应时间提高了定位效率。
当电力电缆发生故障时，电力电缆会出现放电振动的现象，由于光缆与电力电缆平行紧贴敷设，所以这种振动能量传给光缆内的光纤，导致纤芯发生形变，引起纤芯长度和折射率发生变化，得到变化的光信号，使电力电缆的振动信号转化为了在光缆中传播的变化的光信号。
S300：设置光纤振动传感系统，将所述光纤振动传感系统与所述光缆相连，所述振动传感系统监控在所述光缆中传播的光信号，得到监控数据，根据所述监控数据得出所述电力电缆故障点的位置；
当所述电力电缆发生故障时，根据所述监控数据判断所述光缆是否熔断，若所述光缆熔断，则利用所述监控数据与光反射原理测寻得出所述电力电缆的故障位置，若所述光缆未熔断，则利用所述光纤振动传感系统分析所述监控数据得出所述电力电缆的故障位置。
这里所说的光纤振动传感系统是一种光时域反射技术和光纤干涉技术发展而成的先进的光纤传感技术，它同时具有光时域反射技术精度高和光纤干涉技术灵敏度高的特点，常被用于石油管道、国防光缆通讯光缆、铁路沿线、能源及安全等场所。
光纤振动传感系统的基本原理是当外界有振动作用于传感光缆时，引起光缆纤芯发生形变，导致纤芯长度和折射率发生变化，光缆中光的相位发生变化。当光在光缆中传输时，由于光子与纤芯晶格间发生作用，不断向后传输瑞利散光。当外界有振动时发生时，背向瑞利散射光的相位随之发生变化，这些携带待解振动信息的信号光，反射回系统主机是，经光学系统处理，将微弱的相位变化转换成光强变化，经光电转换和信号处理后，进入计算机进行数据分析。系统根据分析的结果，判断入侵事件的发生，并确认入侵地点。
当电力电缆发生故障时，高压电力电缆会在故障点的位置放电，这个时候会出现两种情况，第一种情况，高压电力电缆释放出的巨大能量熔断了光缆中光纤，这种情况直接利用光纤振动传感系统监控的数据与光折反射原理计算得出光纤故障点的位置，也就得出了电力电缆故障点的位置；第二种情况，高压电力电缆释放出的能量不足以熔断光缆，高压电力电缆在故障点会出现放电振动现象，由于光缆与电力电缆平行紧贴敷设，所以电力电缆这种振动能量能完全传给光缆内的光纤，导致纤芯发型形变，引起纤芯长度和折射率发生变化，导致光缆中的相位发生变化，相应的背向瑞利散射光的相位随之发生变化，光纤振动传感系统持续监控在光纤传播的变化的光信号，得到监控数据，之后光纤振动传感系统中的自带的处理软件对监控数据进行处理得出电力电缆跳闸时间，查询该时刻测得的具有最大振动幅度的电力电缆位置，该位置即为电力电缆故障点位置。
简而言之，本发明电力电缆故障在线定位方法，利用与电力电缆平行紧贴敷设的光缆将电力电缆的振动信号转化为光信号，再利用光纤振动传感系统对所述光信号进行监控处理，最后分析得出电力电缆故障点的位置，本发明电力电缆故障在线定位方法采用在线的方式，将分布式光纤在振动测量方面的技术应用在高压电力电缆故障点测寻方面实现了在线状态高效定位电力电缆故障点的目的，具有实际的社会效益。
在其中一个实施例中，所述光缆为有限长度的光缆，所述有限长度是根据所述光缆所在运行环境传输光信号的衰减程度以及所述光纤振动传感系统的测量精度确定的。
如图2所示，确定所述有限长度光缆的有限长度包括步骤:
S102：判断所述光缆的运行环境，确定在所述光缆中传播所述光信号的衰减程度，所述运行环境包括土壤、隧道和管道环境；
S104：确定所述光纤振动传感系统的测量精度；
S106：根据在所述光缆中传播所述光信号的衰减程度和所述光纤振动传感系统的测量精度确定所述光缆的长度。
由于光信号在光缆中传播是有衰减的，为了保证电力电缆故障在线定位的准确性与精确度，所以需要设定在一个定位单元内敷设光缆的长度，一个定位单元只负责定位本单元内电力电缆故障点的位置。
光缆在不同的运行环境中传播光信号的衰减程度不一样，所以首先需要确定光缆的运行环境即需要确定本定位单元内电力电缆的敷设环境，常见的运行环境包括土壤环境，隧道环境和管道环境等，光缆在这些运行环境中传播光信号的衰减程度都可以通过现有已知数据查找到，另外由于不同的光纤振动传感系统的测量精度不一样，如果需要确定本定位单元内光缆的长度那么也就需要确定所使用的光纤振动传感系统的测量精度，这个测量精度可以通过所使用的光纤振动传感系统的说明书得知或者根据系统型号在现有已知数据中查找，根据以上两个确定的数据再根据本定位单元实际定位精度的需要即可确定敷设光缆的长度。
在其中一个实施例中，所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
在其中一个实施例中，所述分布式光纤振动传感系统包括光信号解调仪、数据分析仪和计算机。
分布式光纤振动传感系统，广泛运用在实际生产生活中，是一种运用范围广，技术成熟的光纤振动传感系统。
分布式光纤振动传感系统包括光信号解调仪、数据分析仪和计算机，其中光信号解调议、数据分析仪必须具有将传感光缆探测的带有外界振动信息的光信号，经过光电转换和初步信号处理，导入进入计算机系统的功能。计算机的功能软件必须具有结合所探测传感信号的特点从复杂信息中提取所振动信息的功能。
具体来说本发明电力电缆故障在线定位方法，首先，将光缆和高压电力电缆紧贴平行铺设，铺设条件根据高压电力电缆实际运行环境可分为土壤、隧道、管道环境，光缆随高压电力电缆的铺设长度可根据信号衰减的程度，和仪器设备的测量精度决定。之后将光缆与分布式光纤振动传感系统连接，分布式光纤传感系统的光信号解调仪、数据分析仪和计算机可根据实际情况置于机房中，其中光信号解调议、数据分析仪必须具有将传感光缆探测的带有外界振动信息的光信号，经过光电转换和初步信号处理，导入进入计算机系统的功能。计算机的功能软件必须具有结合所探测传感信号的特点从复杂信息中提取所振动信息的功能。分布式光纤振动传感系统和高压电力电缆同时处在在运行中，当电力电缆出现故障时，会出现两种状况，第一种情况：高压电力电缆短路故障放出巨大的能量产生高温熔断光缆内的光纤；第二种情况：高压电力电缆短路故障放出的巨大能量不足以使光缆光纤熔断。出现第一种情况，系统会根据光的折反射时间计算出光纤故障事发点。出现第二种情况，高压电力电缆在故障点会出现放电振动现象，并将这种振动能量传给光缆内的光纤，导致纤芯发型形变，引起纤芯长度和折射率发生变化，导致光缆中的相位发生变化，相应的背向瑞利散射光的相位随之发生变化，这些光信号返回分布式光纤振动传感系统时，经光学系统处理，将微弱的相位变化转换为光强变化，经光电转换和信号处理后，进入计算机进行数据分析，得出在跳闸时刻具有最大振动幅度的电力电缆位置，该位置即为电力电缆故障点位置。
如图3所示，一种电力电缆故障在线定位系统，包括：
一种电力电缆故障在线定位系统，包括信号采集模块200和光纤振动传感模块300；
信号采集模块200包括光缆，所述光缆与所述电力电缆平行紧贴敷设，所述光缆用于采集所述电力电缆的振动信号，将所述电力电缆的振动状态信号转化为光信号；
光纤振动传感模块300包括光纤振动传感系统，所述光纤振动传感系统与所述光缆连接，所述光纤振动传感系统用于监控所述光缆中传播的光信号，得到监控数据，根据所述监控数据得出所述电力电缆故障点的位置，
所述光纤振动传感系统在所述电力电缆发生故障时判断所述光缆是否熔断，若所述光缆熔断，所述光纤振动传感系统利用光折反射原理测寻出所述电力电缆故障点位置，若所述光缆未熔断，所述光纤振动传感系统根据所述监控数据分析得出所述电力电缆故障点的位置。
本发明电力电缆故障在线定位系统，利用信号采集模块中的光缆与电力电缆平行紧贴敷，将电力电缆的振动信号转化为光信号，再利用光纤振动传感模块中的光纤振动传感系统对所述光信号进行监控处理，最后分析得出电力电缆故障点的位置，本发明电力电缆故障在线定位方法采用在线的方式，将分布式光纤在振动测量方面的技术应用在高压电力电缆故障点测寻方面实现了在线状态高效定位电力电缆故障点的目的，具有实际的社会效益。
在其中一个实施例中，所述光缆为有限长度的光缆，所述有限长度是根据所述光缆所在运行环境传输光信号的衰减程度以及所述光纤振动传感系统的测量精度确定的。
如图4所示，所述有限长度光缆的有限长度确定是通过以下单元完成的：
运行环境确定单元102：用于确定所述光缆的运行环境，从而确定在所述光缆中传播所述光信号的衰减程度，所述光缆的运行环境包括土壤、隧道和管道环境；
精度确定单元104：用于确定所述光纤振动传感模块的测量精度；
长度确定单元106：用于根据在所述光缆中传播所述光信号的衰减程度和所述光纤振动传感模块的测量精度确定所述光缆的长度。
在其中一个实施例中，所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
在其中一个实施例中，所述分布式光纤振动传感系统包括光信号解调仪、数据分析仪和计算机。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电力电缆故障在线定位方法，其特征在于，包括步骤:
设置光缆，将所述光缆与所述电力电缆平行紧贴敷设；
设置光纤振动传感系统，将所述光纤振动传感系统与所述光缆相连，所述光纤振动传感系统监控在所述光缆中传播的光信号，得到监控数据，根据所述监控数据处理得出所述电力电缆故障点的位置，
当所述电力电缆发生故障时，根据所述监控数据判断所述光缆是否熔断，若所述光缆熔断，则利用所述监控数据与光折反射原理测寻得出所述电力电缆的故障位置，若所述光缆未熔断，则利用所述光纤振动传感系统分析所述监控数据得出所述电力电缆的故障位置。
2.根据权利要求1所述的电力电缆故障在线定位方法，其特征在于，所述光缆为有限长度的光缆，所述有限长度是根据所述光缆所在运行环境传输光信号的衰减程度以及所述光纤振动传感系统的测量精度确定的。
3.根据权利要求2所述的电力电缆故障在线定位方法，其特征在于，确定所述有限长度光缆的有限长度包括步骤:
判断所述光缆的运行环境，确定在所述光缆中传播所述光信号的衰减程度，所述运行环境包括土壤、隧道和管道环境；
确定所述光纤振动传感系统的测量精度；
根据在所述光缆中传播所述光信号的衰减程度和所述光纤振动传感系统的测量精度确定所述光缆的长度。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的电力电缆故障在线定位方法，其特征在于，所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
5.根据权利要求4所述的电力电缆故障在线定位方法，其特征在于，所述分布式光纤振动传感系统包括光信号解调仪、数据分析仪和计算机。
6.一种电力电缆故障在线定位系统，其特征在于，包括信号采集模块和光纤振动传感模块；
所述信号采集模块包括光缆，所述光缆与所述电力电缆平行紧贴敷设，所述光缆用于采集所述电力电缆的振动信号，将所述电力电缆的振动信号转化为光信号；
所述光纤振动传感模块包括光纤振动传感系统，所述光纤振动传感系统与所述光缆连接，所述光纤振动传感系统用于监控所述光缆中传播的光信号，得到监控数据，根据所述监控数据得出所述电力电缆故障点的位置，
所述光纤振动传感系统在所述电力电缆发生故障时判断所述光缆是否熔断，若所述光缆熔断，所述光纤振动传感系统利用光折反射原理测寻出所述电力电缆故障点位置，若所述光缆未熔断，所述光纤振动传感系统根据所述监控数据分析得出所述电力电缆故障点的位置。
7.根据权利要求6所述的电力电缆故障在线定位系统，其特征在于，所述光缆为有限长度的光缆，所述有限长度是根据所述光缆所在运行环境传输光信号的衰减程度以及所述光纤振动传感系统的测量精度确定的。
8.根据权利要求7所述的电力电缆故障在线定位系统，其特征在于，所述有限长度光缆的有限长度确定是通过以下单元完成的：
运行环境确定单元：用于确定所述光缆的运行环境，从而确定在所述光缆中传播所述光信号的衰减程度，所述光缆的运行环境包括土壤、隧道和管道环境；
精度确定单元：用于确定所述光纤振动传感模块的测量精度；
长度确定单元：用于根据在所述光缆中传播所述光信号的衰减程度和所述光纤振动传感模块的测量精度确定所述光缆的长度。
9.根据权利要求6-8任意一项所述的电力电缆故障在线定位系统，其特征在于，所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
10.根据权利要求9所述的电力电缆故障在线定位系统，其特征在于，所述分布式光纤振动传感系统包括光信号解调仪、数据分析仪和计算机。
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