CN107589348A - 一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统及其定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统及其定位方法，包括：电缆，作用于电缆的高压放电装置，接收电缆故障时放电信号的通信光纤，接收并检测电缆和通信光纤的发出的信号的光时域反射检测装置，连接于光时域反射监测装置并进行数据处理的控制器。本发明提供一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统及其定位方法，能够对电力电缆实现故障定位，从而减少因电缆故障停电而造成的经济损失。
Description
技术领域
本发明属于电气技术与设备技术领域，特别是一种电缆故障定位系统及其定位方法。
背景技术
随着我国电力行业的蓬勃发展，电力线路也逐渐增多。为了更好的美化城市，电力线路的电缆化越来越高。电缆线路是电网的关键环节，其可靠性直接影响到电网能否高效、安全、经济运行。为了减少因电缆故障带来的经济损失，对电缆故障的准确定位至关重要。
现有的许多电缆检测技术需要断电离线测量，耗时耗力，无法实现在线进行较为快捷准确的监测和测量。
光时域反射原理为当激光不断射入光纤中，光纤会不断产生反向的瑞利散射；本发明运用这个原理可以精确的找到电缆故障的位置。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统及其定位方法，能够对电力电缆实现故障定位，在线进行较为快捷准确的监测和测量，从而减少因电缆故障停电而造成的经济损失。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统，包括：电缆，作用于电缆的高压放电装置，接收电缆故障时放电信号的通信光纤，接收并检测电缆和通信光纤的发出的信号的光时域反射检测装置，连接于光时域反射监测装置并进行数据处理的控制器。
前述的一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统，光时域反射检测装置组成有：连接于控制器的高速采样器，通过信号放大器连接于高速采样器的光电探测器，输入激光脉冲的激光二极管，耦合激光脉冲到通信光纤中，同时将通信光纤中散射回的光信号耦合到光电探测器的耦合器，连接于激光二极管和光电探测器的电源。
前述的一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统，高压放电装置高压放电装置为大功率稳压电源。
前述的一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统，控制器采用51系列单片机。
前述的一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统，光电探测器为：半导体光电二极管、PIN型光电二极管或雪崩型光电二极管。
前述的一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统，高速采样器采用数模转换器。
前述的一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统的定位方法，包括如下步骤：
步骤一，电源同时给激光二极管和光电探测器供电，激光二极管输入激光脉冲，耦合器将激光脉冲耦合到通讯光纤中，同时耦合器从通讯光纤中散射回的光信号耦合到光电探测器上；
步骤二，若电缆故障点发生放电现象时，附近的通信光纤受到放电信号的扰动作用，使得通信光纤的长度和折射率发生改变，同时使得通讯光纤中的后向瑞利散光的相位发生变化；耦合器将后向瑞利散射光耦合到光电探测器上，光电探测器将光信号转化成电信号；
步骤三，信号放大器对电信号进行放大处理，放大后的电信号被高速采样器采集，采集到的信号传入控制器，控制器通过对信号波形的分析，对通讯光纤受扰动作用的地点进行定位计算；
计算过程为：在光纤受到故障电缆放电影响的位置，通信光纤的长度和折射率的改变使得散射及反射回来的光信号相位发生了改变，将光信号的变化转变电信号幅值的变化，同时光信号也是关于时间的函数，利用光在玻璃中的速度乘以单程的时间就可以确定幅值变化点的位置，即故障点位置；
用公式表示为：
d＝(c×t)/2n；
其中，d为距离，c为光在真空中的光速，t为发射到接收所用的时间，n为所用光纤的折射率。
本发明的有益之处在于：本发明提供一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统及其定位方法，通过对通讯光纤电缆故障点施加高压电，从而使得光纤产生光时域反射的原理来进行定位，间接地对电缆进行故障定位，故障点的定位准确高效，从而减少了因电缆故障停电造成的经济损失；本方法可以实现在线进行较为快捷准确的监测和测量。不需要离线测量，节省时间与精力。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的结构示意图；
图2是本发明光时域反射检测装置的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统，包括：电缆，作用于电缆的高压放电装置，接收电缆故障时放电信号的通信光纤，接收并检测电缆和通信光纤的发出的信号的光时域反射检测装置，连接于光时域反射监测装置并进行数据处理的控制器。作为一种优选，高压放电装置为大功率稳压电源，控制器采用51系列单片机。
光时域反射检测装置组成有：连接于控制器的高速采样器，通过信号放大器连接于高速采样器的光电探测器，输入激光脉冲的激光二极管，耦合激光脉冲到通信光纤中，同时将通信光纤中散射回的光信号耦合到光电探测器的耦合器，连接于激光二极管和光电探测器的电源。作为一种优选，光电探测器为：半导体光电二极管、PIN型光电二极管或雪崩型光电二极管；最优选用雪崩型光电二极管。高速采样器采用数模转换器，即D/A转换器，便于计算机信息处理。需要说明的是，这只是一种优选方案，只要是能够运用在光时域反射检测上的零器件都在本发明的保护范围内。
一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统的定位方法，包括如下步骤：
步骤一，电源同时给激光二极管和光电探测器供电，激光二极管输入激光脉冲，耦合器将激光脉冲耦合到通讯光纤中，同时耦合器从通讯光纤中散射回的光信号耦合到光电探测器上；
步骤二，若电缆故障点发生放电现象时，附近的通信光纤受到放电信号的扰动作用，使得通信光纤的长度和折射率发生改变，同时使得通讯光纤中的后向瑞利散光的相位发生变化；耦合器将后向瑞利散射光耦合到光电探测器上，光电探测器将光信号转化成电信号；
步骤三，信号放大器对电信号进行放大处理，放大后的电信号被高速采样器采集，采集到的信号传入控制器，控制器通过对信号波形的分析，对通讯光纤受扰动作用的地点进行定位计算；
计算过程为：在光纤受到故障电缆放电影响的位置，通信光纤的长度和折射率的改变使得散射及反射回来的光信号相位发生了改变，将光信号的变化转变电信号幅值的变化，同时光信号也是关于时间的函数，利用光在玻璃中的速度乘以单程的时间就可以确定幅值变化点的位置，即故障点位置；
用公式表示为：
d＝(c×t)/2n；
其中，d为距离，c为光在真空中的光速，t为发射到接收所用的时间，n为所用光纤的折射率。
本发明提供一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统及其定位方法，通过对通讯光纤电缆故障点施加高压电，从而使得光纤产生光时域反射的原理来进行定位，间接地对电缆进行故障定位，故障点的定位准确高效，从而减少了因电缆故障停电造成的经济损失；本方法可以实现在线进行较为快捷准确的监测和测量。不需要离线测量，节省时间与精力。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统，其特征在于，包括：电缆，作用于上述电缆的高压放电装置，接收上述电缆故障时放电信号的通信光纤，接收并检测电缆和通信光纤的发出的信号的光时域反射检测装置，连接于上述光时域反射监测装置并进行数据处理的控制器。
2.根据权利要求1所述的一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统，其特征在于，上述光时域反射检测装置组成有：连接于上述控制器的高速采样器，通过信号放大器连接于高速采样器的光电探测器，输入激光脉冲的激光二极管，耦合激光脉冲到通信光纤中，同时将通信光纤中散射回的光信号耦合到光电探测器的耦合器，连接于上述激光二极管和光电探测器的电源。
3.根据权利要求1所述的一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统，其特征在于，上述高压放电装置为大功率稳压电源。
4.根据权利要求1所述的一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统，其特征在于，上述控制器采用51系列单片机。
5.根据权利要求2所述的一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统，其特征在于，上述光电探测器为：半导体光电二极管、PIN型光电二极管或雪崩型光电二极管。
6.根据权利要求2所述的一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统，其特征在于，上述高速采样器采用数模转换器。
7.根据权利要求2所述的一种基于光时域反射原理的电缆故障定位系统的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，电源同时给激光二极管和光电探测器供电，激光二极管输入激光脉冲，耦合器将激光脉冲耦合到通讯光纤中，同时耦合器从通讯光纤中散射回的光信号耦合到光电探测器上；
步骤二，若电缆故障点发生放电现象时，附近的通信光纤受到放电信号的扰动作用，使得通信光纤的长度和折射率发生改变，同时使得通讯光纤中的后向瑞利散光的相位发生变化；耦合器将后向瑞利散射光耦合到光电探测器上，光电探测器将光信号转化成电信号；
步骤三，信号放大器对电信号进行放大处理，放大后的电信号被高速采样器采集，采集到的信号传入控制器，控制器通过对信号波形的分析，对通讯光纤受扰动作用的地点进行定位计算；
计算过程为：在光纤受到故障电缆放电影响的位置，通信光纤的长度和折射率的改变使得散射及反射回来的光信号相位发生了改变，将光信号的变化转变电信号幅值的变化，同时光信号也是关于时间的函数，利用光在玻璃中的速度乘以单程的时间就可以确定幅值变化点的位置，即故障点位置；
用公式表示为：
d＝(c×t)/2n；其中，
d为距离，c为光在真空中的光速，t为发射到接收所用的时间，n为所用光纤的折射率。
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