CN105301723A - 电力电缆接头温度监测用复合光缆及其监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种电力电缆接头温度监测用复合光缆及其监测系统，所述复合光缆（3）包含有套装于束管（3-4）内的感温光纤（3-3）和通信光纤（3-5）；所述束管（3-4）外裹覆有抗拉层，抗拉层外套装有外护套（3-1）；所述系统包含有沿电力电缆（1）长度方向设置的复合光缆（3），复合光缆（3）缠绕于电力电缆（1）的电力电缆接头（2）上，复合光缆（3）内的感温光纤（3-3）连接至测温主机（4），复合光缆（3）内的通信光纤（3-5）连接至电力系统内网（5），且电力系统内网（5）上挂接有监控主机（6）和报警装置（7）。本发明电力电缆接头温度监测用复合光缆及其监测系统，测量精确、不易受干扰且具有实时监测能力。

Description

电力电缆接头温度监测用复合光缆及其监测系统

技术领域

本发明涉及一种温度监测用复合光缆及其监测系统，尤其是涉及一种基于分布式光纤对电力电缆接头进行温度监测且同时具备数据传输能力的光缆以及应该该光缆的系统，属于光纤传感技术领域。

背景技术

随着我国城市电网的升级改造和电力电缆制造技术的不断提高，电力电缆在城市电网中得到广泛使用，特别是高电压等级的电力电缆的使用数量在现有电网设备中已占据较大比重。

为进一步落实“坚持预防为主，落实安全措施，确保安全生产”的要求，完善各项反事故措施，更好地推动电力安全生产，有目标、有重点地防止电力生产重大恶性事故的发生，国家电网公司颁布了《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》（国电发[2000]589号）；原文1.1.11条款明确要求“对电缆中间头定期测温”，以预防电缆接头发生损坏。

目前，常用的电缆温度监测方法主要有：

1)感温电缆式测温，将感温电缆与电缆平行安放，当电缆温度超过固定温度值时，感测电缆被短路，向控制系统发出报警信号；普通型感温电缆的缺点是：破坏性报警、报警温度固定、故障信号不全,系统安装及维护工作不够方便,设备易损坏；

2)热敏电阻式测温，利用热敏电阻可以测出电缆温度值，但都是模拟量输出，需要进行信号的放大和A/D转换才能被接收，每个热敏电阻都需要独立的接线，布线复杂且热敏电阻易损坏、维护量大,传感器不具备自检功能；

3)红外传感式测温，红外传感是利用一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量，物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系；其缺点是在测温时受物体发射率、环境和气雾的影响较大，抗干扰能力差；

4)热电偶式测温，热电偶传输信号需用专用补偿线，且传输距离不宜太长，不适应电缆头分布面很广的实际情况；热敏电阻通常为铂电阻，一般需采用三线式传输，平衡电桥式输出，传输距离也不宜太长，且抗干扰的能力较差；

5)集成电路式测温，集成电路型的测温元件有多种类型，其中电流输出型的元件有很大的内阻，适合于远距离传输，通常体积较小，可用防腐防潮抗高温的导热硅胶密封在被测量点处，外接线由两条线引出来传输数据，但在被测点处受电磁影响较大；

为此，对于电力电缆接头，亟需一种测量精确、不易受干扰且具有实时监测能力的温度监测系统。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种测量精确、不易受干扰且具有实时监测能力的电力电缆接头温度监测用复合光缆及其监测系统。

本发明的目的是这样实现的：

一种电力电缆接头温度监测用复合光缆，复合光缆包含有套装于束管内的感温光纤和通信光纤；所述束管外裹覆有抗拉层，且抗拉层外套装有外护套。

本发明一种电力电缆接头温度监测用复合光缆，所述抗拉层的材质为芳纶。

本发明一种电力电缆接头温度监测用复合光缆，所述外护套的材质为防鼠咬材料。

本发明一种电力电缆接头温度监测用复合光缆，所述感温光纤设置有一根，通信光纤至少两根。

本发明一种电力电缆接头温度监测用复合光缆，所述通信光纤设置有三根，两根正常使用，一根备用。

本发明一种电力电缆接头温度监测系统，所述系统包含有沿电力电缆长度方向设置的复合光缆，复合光缆缠绕于电力电缆的电力电缆接头上，所述复合光缆内的感温光纤连接至测温主机，所述复合光缆内的通信光纤连接至电力系统内网，所述测温主机挂接在电力系统内网上，且电力系统内网上挂接有监控主机和报警装置。

本发明一种电力电缆接头温度监测系统，所述复合光缆捆扎于电力电缆上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过分布式光纤测温技术对电力电缆进行实时温度监测，相比于传统方式，光纤不易受到周边环境的电磁等影响，从而提高了监测精度；且采用复合光缆形式，从而在进行温度监测的同时，还能够进行通信，减少了光缆的重复铺设，降低了施工成本。

附图说明

图1为本发明一种电力电缆接头温度监测系统的结构示意图。

图2为本发明一种电力电缆接头温度监测用复合光缆的剖面结构示意图。

图3为本发明一种电力电缆接头温度监测系统中复合光缆和电力电缆、电力电缆接头的铺设效果示意图。

图4为本发明一种电力电缆接头温度监测系统中显示的电子地图的截图。

其中：

电力电缆1、电力电缆接头2、复合光缆3、测温主机4、电力系统内网5、监控主机6、报警装置7；

接头处光缆的缠绕方式1-1、复合光缆固定方式1-2；

外护套3-1、芳纶3-2、感温光纤3-3、束管3-4、通信光纤3-5。

具体实施方式

参见图1~4，本发明涉及的一种电力电缆接头温度监测用复合光缆，复合光缆3包含有套装于束管3-4内的感温光纤3-3和通信光纤3-5（优选的，感温光纤3-3设置有一根，通信光纤3-5设置有三根，两根正常使用，一根备用）；所述束管3-4外裹覆有芳纶3-2（芳纶构成抗拉层），且芳纶3-2外套装有外护套3-1；具体的讲，所述外护套3-1采用防鼠咬材料（即外护套3-1为金属网制成的管状件，或金属软管，或钢带绕包层，或玻璃纤维构成的绕包层），以防使用过程中小动物的撕咬；外护套3-1和束管3-4之间填充的芳纶3-2用于起到增强光缆抗拉强度的作用；感温光纤5利用光纤拉曼散射测温原理进行温度监测；而通信光纤3-5用于通信处理；

一种电力电缆接头温度监测系统，所述系统包含有沿电力电缆1长度方向设置的复合光缆3，且复合光缆3缠绕于电力电缆1的电力电缆接头2上，且复合光缆3通过扎带等方式固定于电力电缆1上；所述复合光缆3内的感温光纤3-3连接至测温主机4，所述复合光缆3内的通信光纤3-5连接至电力系统内网5，所述测温主机4挂接在电力系统内网5上，且电力系统内网5上挂接有监控主机6和报警装置7；监测时，温度信息经感温光纤3-3传输至测温主机4进行分析，同时通信光纤3-5起到通信作用，并与电力系统内网5通讯相连；从而使得一条复合光缆3同时实现了温度监测和数据通讯功能，减少了光缆的重复铺设，降低了施工成本；

本发明的监测原理为：

利用分布式光纤测温（DistributedTemperatureSensing）（DTS）技术进行温度测量，其工作原理为：

DTS系统同时利用单根光缆实现温度监测和信号传输，综合利用光纤拉曼散射效应（Ramanscattering）和光时域反射测量技术（OpticalTime-DomainReflectometry，简称OTDR）来获取空间温度分布信息；

其中光纤拉曼散射效应（Ramanscattering）用于实现温度测量，光时域反射测量技术（OpticalTimeDomainReflectometer）用于实现温度定位；

DTS系统的测温原理为：

激光光脉冲射入传感用的光纤之中，在光脉冲向前的传播过程中，由于光纤的密度、应力、材料组成、温度和弯曲变形等原因发生散射现象，有一部分的散射光会按照入射光相反的方向传播，称之为背向散射光，返回的背向散射光包括：

瑞利（RayLeigh）散射，由光纤折射率的微小变化引起，其频率与入射光脉冲一致；

拉曼（Raman）散射，由光子与光声子相互作用引起，其频率与入射光脉冲相差几十太赫兹；

布里渊（Brillouin）散射，由光子与光纤内弹性声波场低频声子相互作用引起。其频率与入射光脉冲相差几十吉赫兹；

针对温度检测需求，Rayleigh散射信号对温度变化不敏感；Brillouin散射信号的变化与温度和应力有关，但信号剥离难度大；Raman散射信号的变化与温度有关，而且Raman散射信号相对容易获取和分析，因此工业应用主要采集Raman散射信号进行温度分析；

Raman散射会产生两个不同频率的信号：斯托克斯(Stokes)光（比光源波长长的光）和反斯托克斯(Anti-Stokes)光（比光源波长短的光），光纤受外部温度的调制使光纤中的反斯托克斯(Anti-Stokes)光强发生变化，Anti-Stokes与Stokes的比值提供了温度的绝对指示，利用这一原理可以实现对沿光纤温度场的分布式测量；

DTS系统的定位原理为：

光学时域反射技术（OTDR）最初用于评价通信光纤、光缆和耦合器的性能，是用于检验光纤损耗、光纤故障的手段。一般将DTS测温原理和定位原理称为ROTDR，其工作机理是向被测光纤发射光脉冲，发生拉曼散射现象，在光纤中形成背向散射光和前向散射光；其中，背向散射光向后传播至光纤的起始端（也就是光脉冲的注入端），由于每一个背向传播的散射光都对应光纤上的一个散射点，因此，根据背向散射光的行进时间便可判断出光纤上发生散射点的位置；

d=(c×t)/2×(IOR)

其中，c是光在真空中的速度，而t是信号发射后到接收到信号（双程）的总时间，IOR是光纤折射率。

通过采集和分析入射光脉冲从光纤的一端（注入端）注入后在光纤内传播时产生的Raman背向反射光的时间和强度信息得到相应的位置和温度信息，在得知每一点的温度和位置信息后，就可以得到一个关于整根光纤的不同位置的温度曲线；

从而通过上述系统和原理，即可获得如图4将温度、位置信息显示在电子地图上，便于监控人员进行查看。

另外：需要注意的是，上述具体实施方式仅为本专利的一个优化方案，本领域的技术人员根据上述构思所做的任何改动或改进，均在本专利的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电力电缆接头温度监测用复合光缆，其特征在于：复合光缆（3）包含有套装于束管（3-4）内的感温光纤（3-3）和通信光纤（3-5）；所述束管（3-4）外裹覆有抗拉层，且抗拉层外套装有外护套（3-1）。

2.如权利要求1所述一种电力电缆接头温度监测用复合光缆，其特征在于：所述抗拉层的材质为芳纶（3-2）。

3.如权利要求1所述一种电力电缆接头温度监测用复合光缆，其特征在于：所述外护套（3-1）的材质为防鼠咬材料。

4.如权利要求1所述一种电力电缆接头温度监测用复合光缆，其特征在于：所述感温光纤（3-3）设置有一根，通信光纤（3-5）至少两根。

5.如权利要求4所述一种电力电缆接头温度监测用复合光缆，其特征在于：所述通信光纤（3-5）设置有三根，两根正常使用，一根备用。

6.一种电力电缆接头温度监测系统，其特征在于：所述系统包含有沿电力电缆（1）长度方向设置的复合光缆（3），复合光缆（3）包含有套装于束管（3-4）内的感温光纤（3-3）和通信光纤（3-5）；所述束管（3-4）外裹覆有抗拉层，且抗拉层外套装有外护套（3-1）；

复合光缆（3）缠绕于电力电缆（1）的电力电缆接头（2）上，所述复合光缆（3）内的感温光纤（3-3）连接至测温主机（4），所述复合光缆（3）内的通信光纤（3-5）连接至电力系统内网（5），所述测温主机（4）挂接在电力系统内网（5）上，且电力系统内网（5）上挂接有监控主机（6）和报警装置（7）。

7.如权利要求6所述一种电力电缆接头温度监测系统，其特征在于：所述复合光缆（3）捆扎于电力电缆（1）上。