CN104535220B - 一种电力架空光缆分布式在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力架空光缆分布式在线监测装置，包括布里渊光时域反射仪、引导光缆、光纤接续盒、电力架空光缆和光切换开关，布里渊光时域反射仪设置有用于发送脉冲激光信号并接收反馈的布里渊频谱信号的光端口，引导光缆包括第一引导光纤和第二引导光纤，电力架空光缆设置有光单元，光单元包括无缝管和设置在无缝管内的一根紧包光纤和至少一根裸纤，相对于无缝管，紧包光纤没有余长，裸纤余长为0.9‑1.1％，优点是通过使用布里渊光时域反射仪，这样仅利用电力架空光缆内部一个光单元即可实现长达数十公里的架空线路温度和应变分布式实时测量。

Description

一种电力架空光缆分布式在线监测装置

技术领域

本发明涉及架空输电线路监测领域，尤其是涉及一种电力架空光缆分布式在线监测装置。

背景技术

电力架空光缆是电力系统通信、调度的重要载体。目前，电力架空光缆主要有介质自承重光缆ADSS、光纤复合架空地线OPGW和光纤复合架空相线OPPC，尤其是OPGW和OPPC，具有地线/相线与通信双重功能，在电力输电线路中得到广泛的应用。然而与普通的架空输电线路一样，电力架空光缆广泛分布于野外，线路老化、气象灾害和外力破坏等因素对线路的安全稳定运行存在着巨大的威胁。传统的架空输电线路检查主要依靠运行维护人员周期性巡视，存在不易发现故障点、实时性差、监测范围有限等很多局限性，已不能满足当今智能电网建设需求，因此，将先进的通信、传感技术与输电技术进行融合和集成，及时获取输电线路的运行状况信息，提高运行管理的自动化水平是电力行业的发展方向。

电力架空线路的温度和应变实时测量信息以及长期运行历史数据，可以反映架空线路的健康状态，及时发现架空线路的局部过热点或者覆冰、断股等故障，保障电力输送安全。2013年2月27日公告授权的201220385724.9号中国实用新型专利“超高压输电线路在线综合监测系统”(授权号CN202757987U)公开了一种包括分布式光纤在线测温系统的智能综合监测系统，分布式光纤在线测温系统的传感光缆植入电力电缆中，可以实时监测导体温度和电缆的动态载流量。但该专利中分布式光纤在线测温系统只能利用传感光纤实现输电线路温度的测量。专利“一种融合光纤复合相线的温度与应变在线监测装置”(申请号201320019170.5)提出了一种融合光纤复合相线的温度与应变在线监测装置，该方法利用了拉曼型光纤传感器实现测温功能，然后利用布里渊型光纤传感器实现应变测量功能，由于拉曼设备的性能随距离增加急剧下降从而限制了测量距离，并且该方法用了两种测量设备增加了系统成本。专利“用于分布式温度应变监测的光纤复合架空相线及系统”(申请号201310182448.5)提出了一种有利用光纤复合架空相线(OPPC)内部的光单元实现线路温度、应变监测的方法，该OPPC需要设置裸纤与单模紧包光纤两个光单元，会增加制造成本，并且裸纤和单模紧包光纤光单元位于绞合层相对位置，有风条件下两个不同位置的光单元的温度存在差异，另外用于应变监测的单模紧包光纤位于绞合层，存在绞合余长，不能满足架空光缆张力较小时的应变监测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题提供一种制造成本相对较低、能满足多种监测环境的电力架空光缆分布式在线监测装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种电力架空光缆分布式在线监测装置，包括布里渊光时域反射仪、引导光缆、光纤接续盒、电力架空光缆和光切换开关，所述的布里渊光时域反射仪设置有用于发送脉冲激光信号并接收反馈的布里渊频谱信号的光端口，所述的引导光缆包括第一引导光纤和第二引导光纤，所述的光切换开关设置有光输入端口、第一光输出端口和第二光输出端口，所述的光端口与所述的光输入端口相连，所述的第一光输出端口与所述的第一引导光纤的输入端相连，所述的第二光输出端口与所述的第二引导光纤的输入端相连，所述的电力架空光缆设置有光单元，所述的光单元包括无缝管和设置在所述的无缝管内的一根紧包光纤和至少一根裸纤，所述的紧包光纤的输入端与所述的第一引导光纤的输出端在所述的光纤接续盒内连接，所述的裸纤的输入端与所述的第二引导光纤的输出端在所述的光纤接续盒内连接，相对于所述的无缝管，所述的紧包光纤没有余长，所述的裸纤余长为0.9-1.1％。

所述的光单元无缝管内的裸纤围绕着紧包光纤螺旋布设。

所述的光单元设置于所述电力架空光缆的中心层。

如果为了获得更大的应变测量范围，所述的光单元还可以设置于所述的电力架空光缆的绞合层。

所述的引导光缆为普通通信光缆，并且引导光缆内设置至少两根引导光纤。

与现有技术相比，本发明的优点在于通过使用布里渊光时域反射仪，这样仅利用电力架空光缆内部一个光单元即可实现架空线路温度、应变分布式实时测量，无需额外布置传感器，施工简单，且不影响电力架空光缆的结构、应力分布性能和制造工艺，易于实现，可实现长达数十公里的分布式温度应变监测。布里渊光时域反射仪是一种实时测量光纤布里渊频谱分布的新型设备，布里渊频谱同时对光纤的温度、应变交叉敏感，因此利用布里渊光时域反射仪可以获得光纤沿线的温度或/和应变分布信息。布里渊光时域反射仪分别接收到电力架空光缆内部光单元的紧包光纤、裸纤的散射信号后，计算出紧包光纤、裸纤的布里渊频谱全程分布信息。在架空光缆相同位置，光单元内部的紧包光纤和裸纤所承受的温度基本相同，由于裸纤设置了大于0.9％的余长，即使架空光缆存在应变而发生拉伸形变时，也并不会使裸纤受力，因此光单元中的裸纤仅仅与架空线路的温度有关，而与应变无关；而由于光单元内部的紧包光纤没有余长，因此电力架空光缆存在应变而发生形变时也会同步影响到光单元内的紧包光纤，因此单元中紧包光纤与架空线路的温度与应变同时相关。结合光单元内裸纤的布里渊频谱信息(仅与温度有关)，可以分离出光单元内紧包光纤的受应变影响的布里渊频谱信息，从而实现电力架空光缆的温度和应变的分布式监测。使用光纤接续盒具有光纤熔接保护功能，并可以盘绕多余的光纤。

由于电力架空光缆设计的允许最大张力一般较大，而正常架线安装时张力较小，如果不需要监测架线安装时的受力状态，可以将所述光单元设置于电力架空光缆的绞合层。此时，因为光单元位于绞合层，存在一定的绞合余长，从而获得更大的应变测量范围。

附图说明

图1是本发明电力架空光缆分布式在线监测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一的光单元在中心层的电力架空光缆的结构示意图；

图3是本发明实施例二的光单元在绞合层的电力架空光缆的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：如图1所示，一种基于布里光时域反射仪的电力架空光缆分布式在线监测装置，包括：布里渊光时域反射仪1、引导光缆2、光纤接续盒3、电力架空光缆4和光切换开关5。电力架空光缆4如图2所示，是光纤复合架空相线OPPC，兼具电能传输和电力通信功能，包括光单元41、铝包钢丝线42和铝线43，光单元41设置在电力架空光缆4的中心层，光单元41包括无缝管410和设置在无缝管410内的一根紧包光纤411和六根裸纤412，相对于无缝管410，紧包光纤411没有余长，裸纤412余长为0.9％；布里渊光时域反射仪1具有光端口11，用于发送脉冲激光信号并接收反馈的布里渊频谱信号，引导光缆2内设置有第一引导光纤21和第二引导光纤22，光切换开关5具有光输入端口51、第一光输出端口52和第二光输出端口53，光端口11与光输入端口51相连，第一光输出端口52与第一引导光纤21的输入端相连，第二光输出端口53与第二引导光纤22的输入端相连，紧包光纤411的输入端与第一引导光纤21的输出端在光纤接续盒3内连接，裸纤412的输入端与第二引导光纤22的输出端在光纤接续盒3内连接；光纤接续盒3为常规室外型，可保护光纤熔接点，盘绕收纳多余光纤。

实施例二：结构与实施例一类似，不同之处在于光单元41设置在电力架空光缆4的绞合层，如图3所示。裸纤412有两根，裸纤412的余长为1.1％。

上述实施例在测量电力架空光缆4的温度时，光切换开关5设置为光输入端口51到第一光输出端口52禁止，光输入端口51到第一光输出端口53导通，此时布里渊型光时域反射仪1发出的光经过光切换开关5、第二引导光纤22输入到裸纤412中，布里渊型光时域反射仪1测量得到裸纤412的布里渊频谱，由于裸纤412的余长比较大，仅与电力架空光缆4的温度有关，即裸纤412的布里渊频谱信息仅反应架空光缆4的温度信息；测量电力架空光缆4的应变时，光切换开关5设置为光输入端口51到第一光输出端口52导通，光输入端口51到第二光输出端口53禁止，此时布里渊型光时域反射仪1发出的光经过光切换开关5、第一引导光纤21输入到紧包光纤411中，布里渊型光时域反射仪1测量得到裸纤411的布里渊频谱，而紧包光纤411没有余长，电力架空光缆4的应变同步影响到紧包光纤411的应变，因此紧包光纤411与电力架空光缆4的温度与应变同时有关。结合裸纤411的布里渊频谱信息(仅与温度有关)，可以分离出紧包光纤412的受应变影响的布里渊频谱信息，从而实现电力架空光缆4的温度和应变的分布式监测。

Claims (3)

1.一种电力架空光缆分布式在线监测装置，其特征在于包括布里渊光时域反射仪、引导光缆、光纤接续盒、电力架空光缆和光切换开关，所述的布里渊光时域反射仪设置有用于发送脉冲激光信号并接收反馈的布里渊频谱信号的光端口，所述的引导光缆包括第一引导光纤和第二引导光纤，所述的光切换开关设置有光输入端口、第一光输出端口和第二光输出端口，所述的光端口与所述的光输入端口相连，所述的第一光输出端口与所述的第一引导光纤的输入端相连，所述的第二光输出端口与所述的第二引导光纤的输入端相连，所述的电力架空光缆设置有光单元，所述的光单元设置于所述电力架空光缆的绞合层，所述的光单元包括无缝管和设置在所述的无缝管内的一根紧包光纤和至少一根裸纤，所述的紧包光纤的输入端与所述的第一引导光纤的输出端在所述的光纤接续盒内连接，所述的裸纤的输入端与所述的第二引导光纤的输出端在所述的光纤接续盒内连接，相对于所述的无缝管，所述的紧包光纤没有余长，所述的裸纤余长为0.9-1.1％，所述的紧包光纤和所述的裸纤所承受的温度相同，所述的紧包光纤与温度与应变同时相关，所述的裸纤仅与温度有关，而与应变无关。

2.如权利要求1所述一种电力架空光缆分布式在线监测装置，其特征在于所述的光单元无缝管内的裸纤围绕着紧包光纤螺旋布设。

3.如权利要求1所述一种电力架空光缆分布式在线监测装置，其特征在于所述的引导光缆为普通通信光缆，所述的引导光缆内设置至少两根引导光纤。