CN103226045A - 基于光缆传感通信技术的输变电系统温度监测方法 - Google Patents

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CN103226045A
CN103226045A CN2012100212449A CN201210021244A CN103226045A CN 103226045 A CN103226045 A CN 103226045A CN 2012100212449 A CN2012100212449 A CN 2012100212449A CN 201210021244 A CN201210021244 A CN 201210021244A CN 103226045 A CN103226045 A CN 103226045A
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胡为进
李峰
吴海生
史济康
黄家彬
周利军
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SHANGHAI OUYI INTELLIGENT NETWORK CO Ltd
State Grid Corp of China SGCC
Shanghai Municipal Electric Power Co
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SHANGHAI OUYI INTELLIGENT NETWORK CO Ltd
State Grid Corp of China SGCC
Shanghai Municipal Electric Power Co
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Abstract

本发明涉及一种基于光缆传感通信技术的输变电系统温度监测方法，该方法通过依次连接的温度探测光缆、光电探测主机和消防报警设备对输变电系统进行实时监测，包括以下步骤：1)光电探测主机向温度探测光缆发射光脉冲；2)光电探测主机接收光脉冲在温度探测光缆内发生拉曼散射产生的回波光子信号；3)光电探测主机根据接收到的回波光子信号计算温度探测光缆内发生拉曼散射处的温度信息；4)光电探测主机将步骤3)中获得的温度信息与预设的报警温度比较，若高于报警温度，则发送报警控制信号至消防报警设备；5)消防报警设备接收报警控制信号进行报警。与现有技术相比，本发明可以有效提高输变电系统的安全性。

Description

基于光缆传感通信技术的输变电系统温度监测方法
技术领域
本发明涉及温度监测方法，尤其是涉及一种基于光缆传感通信技术的输变电系统温度监测方法。
背景技术
随着国民经济和社会的快速发展以及人民生活水平的不断提高，全社会对安全、经济、优质用电的要求越来越高，电网安全运行管理的压力越来越大。而对运行电力设备、设施的在线状态监测，特别是承担电能传输的电缆网络的运行状态的在线监测，更是保证电网安全运行的技术基础之一。同时，目前正在筹建的智能电网首要作用应是有效保证电力安全可靠性，使较传统电网更加坚强并具有更大“弹性”，可以有效地抵御自然灾害、外力破坏等各类突发事件给电力系统造成的影响；并具有强大的“自愈”功能，可以通过远程设备在线监视和系统信息分析，更加及时、准确地预测和处置各类系统故障。在智能电网建设中，变电环节的建设重点是具有智能预警监控功能的智能变电站。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于光缆传感通信技术的输变电系统温度监测方法，该方法可以有效提高输变电系统的安全性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于光缆传感通信技术的输变电系统温度监测方法，该方法通过依次连接的温度探测光缆、光电探测主机和消防报警设备对输变电系统进行实时监测，包括以下步骤：
1)光电探测主机向温度探测光缆发射光脉冲；
2)光电探测主机接收光脉冲在温度探测光缆内发生拉曼散射产生的回波光子信号；
3)光电探测主机根据接收到的回波光子信号计算温度探测光缆内发生拉曼散射处的温度信息；
4)光电探测主机将步骤3)中获得的温度信息与预设的报警温度比较，若高于报警温度，则发送报警控制信号至消防报警设备；
5)消防报警设备接收报警控制信号进行报警。
步骤1)中光电探测主机发射的光脉冲的宽度小于10ns。
步骤3)中温度信息的计算公式如下：
PS＝P0exp[-(α0+αS)l]×KS×ψS(t)
PA＝P0exp[-(α0+αA)l]×KA×ψA(t)
ψS(t)＝[1-exp(-hΔv/kt)]-1
ψA(t)＝[exp(hΔv/kt)-1]-1
其中，PS、PA为光电探测主机在温度探测光缆一端测得的一个拉曼散射点处发生斯托克斯散射和反斯托克斯散射的回波光子信号，P0为光缆一端发射的光脉冲的光子信号；KS和KA是为斯托克斯系数和反斯托克斯系数；α0，αS，αA分别是温度探测光缆对光源、斯托克斯散射光和反斯托克斯拉射光的衰减系数；ψS和ψA分别为温度探测光缆的二氧化硅分子处于低能级和高能级上的布居数；h为普朗克常数；Δv为拉曼频移；k为波尔茨曼常数；t为发生拉曼散射处的绝对温度。
步骤3)中接收的回波光子信号采用累加平均降噪。
所述的累加平均降噪的累加次数至少为100次。
与现有技术相比，本发明通过温度探测光缆和光电探测主机对输变电系统中的设备进行实时的温度监测，当出现温度异常时可以触发消防警报，并且可以对出现温度异常的位置进行精确定位，提高了输变电系统的安全性。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种基于光缆传感通信技术的输变电系统温度监测方法，该方法通过布设在输变电设备上的温度探测光缆以及连接温度探测光缆的光电探测主机和消防报警设备对输变电系统进行实时监测，包括以下步骤：
步骤S1：光电探测主机向温度探测光缆发射光脉冲，由于一般的石英光缆的折射率为1.48，光在光缆中的传播速度为v＝2×108m/s，因而要实现1m的检测分辨率，要求光脉冲宽度小于10ns。
步骤S2：光电探测主机接收光脉冲在温度探测光缆内发生拉曼散射产生的回波光子信号。
步骤S3：光电探测主机根据接收到的回波光子信号计算温度探测光缆内发生拉曼散射处的温度信息，其中温度探测精度是由注入到光缆中的光脉冲的反射拉曼光子信号强度决定，对于接收的回波光子信号无论采用傅立叶变换去噪还是采用小波去噪都难以达到令人满意的结果。由于散粒噪声，具有明显随机特性，因此采用累加平均降噪是比较有效的降噪手段，累加的次数可以根据实际的需要的探测精度确定。
步骤S4：光电探测主机将步骤S3中获得的温度信息与预设的报警温度比较，若高于报警温度，则发送报警控制信号至消防报警设备，若没有高于报警温度，则重新执行步骤S1。
步骤S5：消防报警设备接收报警控制信号进行报警。
步骤S3中根据拉曼散射的技术原理计算温度信息，当向光缆中注入一个光脉冲时，大部分光向前传输，不足千分之一的光与传输介质发生碰撞产生散射，散射分为三种：瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射。瑞利散射是由于光子与二氧化硅分子发生弹性碰撞，使光的传输方向发生了改变，而光子能量不变，其强度只与发生碰撞的二氧化硅分子数有关；布里渊散射是光子与二氧化硅发生非弹性碰撞，吸收/释放声声子，产生频移，频移的大小与光缆中声波的速度有关，而声波的速度于石英光缆的密度有关，石英光缆的密度同时又与温度和所受应力都有关，因此单凭布里渊散射的大小难以区分是由该处的温度引起还是应力引起。拉曼散射也是光子与二氧化硅发生非弹性碰撞，但其在碰撞过程中吸收/释放的是高能光声子，使得入射光的频率发生频移，而且频移的大小是固定的，完全取决于二氧化硅的分子结构，对晶体态的二氧化硅，最强拉曼散射的频移为：1.395×1013Hz，由于熔融二氧化硅分子结构复杂，拉曼频移略有不同。拉曼散射强度与发生碰撞二氧化硅分子数及温度有关，分为两种：一种释放光声子，入射光的频率降低，称为斯托克斯散射；另一种吸收光声子，频率增加，称为反斯托克斯散射。根据则温度信息的具体计算公式如下：
PS＝P0exp[-(α0+αS)l]×KS×ψS(t)
PA＝P0exp[-(α0+αA)l]×KA×ψA(t)
ψS(t)＝[1-exp(-hΔv/kt)]-1
ψA(t)＝[exp(hΔv/kt)-1]-1
其中，PS、PA为光电探测主机在温度探测光缆一端测得的一个拉曼散射点处发生斯托克斯散射和反斯托克斯散射的回波光子信号，P0为光缆一端发射的光脉冲的光子数；KS和KA是为斯托克斯系数和反斯托克斯系数；α0，αS，αA分别是温度探测光缆对光源、斯托克斯散射光和反斯托克斯拉射光的衰减系数；ψS和ψA分别为温度探测光缆的二氧化硅分子处于低能级和高能级上的布居数；h为普朗克常数；Δv为拉曼频移；k为波尔茨曼常数；t为发生拉曼散射处的绝对温度。
本发明通过温度探测光缆和光电探测主机对输变电系统中的设备进行实时的温度监测，当出现温度异常时可以触发消防警报，并且可以对出现温度异常的位置进行精确定位，提高了输变电系统的安全性。

Claims (5)

1.一种基于光缆传感通信技术的输变电系统温度监测方法，其特征在于，该方法通过依次连接的温度探测光缆、光电探测主机和消防报警设备对输变电系统进行实时监测，包括以下步骤：
1)光电探测主机向温度探测光缆发射光脉冲；
2)光电探测主机接收光脉冲在温度探测光缆内发生拉曼散射产生的回波光子信号；
3)光电探测主机根据接收到的回波光子信号计算温度探测光缆内发生拉曼散射处的温度信息；
4)光电探测主机将步骤3)中获得的温度信息与预设的报警温度比较，若高于报警温度，则发送报警控制信号至消防报警设备；
5)消防报警设备接收报警控制信号进行报警。
2.根据权利要求1所述的一种基于光缆传感通信技术的输变电系统温度监测方法，其特征在于，步骤1)中光电探测主机发射的光脉冲的宽度小于10ns。
3.根据权利要求1所述的一种基于光缆传感通信技术的输变电系统温度监测方法，其特征在于，步骤3)中温度信息的计算公式如下：
PS＝P0exp[-(α0+αS)l]×KS×ψS(t)
PA＝P0exp[-(α0+αA)l]×KA×ψA(t)
ψS(t)＝[1-exp(-hΔv/kt)]-1
ψA(t)＝[exp(hΔv/kt)-1]-1
其中，PS、PA为光电探测主机在温度探测光缆一端测得的一个拉曼散射点处发生斯托克斯散射和反斯托克斯散射的回波光子信号，P0为光缆一端发射的光脉冲的光子信号；KS和KA是为斯托克斯系数和反斯托克斯系数；α0，αS，αA分别是温度探测光缆对光源、斯托克斯散射光和反斯托克斯拉射光的衰减系数；ψS和ψA分别为温度探测光缆的二氧化硅分子处于低能级和高能级上的布居数；h为普朗克常数；Δv为拉曼频移；k为波尔茨曼常数；t为发生拉曼散射处的绝对温度。
4.根据权利要求1所述的一种基于光缆传感通信技术的输变电系统温度监测方法，其特征在于，步骤3)中接收的回波光子信号采用累加平均降噪。
5.根据权利要求4所述的一种基于光缆传感通信技术的输变电系统温度监测方法，其特征在于，所述的累加平均降噪的累加次数至少为100次。
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