CN108445332B - 一种电缆运行状态在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能电缆运行状态在线监测系统，包含多个沿电缆长度分布设置的光纤信号收发装置；相邻两个光纤信号收发装置通过分布式光纤传感器相连；所述光纤信号收发装置包含激光源、光纤信号放大单元、光纤分路模块、第一光电转换单元、第二光电转换单元以及控制器；能同时对电缆、分布式光纤以及激光源进行分段监测，大大减少了发生故障时对故障原因的排除时间和成本，能及时确定故障区域及原因，还能继续对后续电缆和光纤进行实时监测，保障了设备后续的正常稳定运行，提高了设备的可靠性。

Description

一种电缆运行状态在线监测系统

技术领域

本发明涉及监测系统领域，具体涉及一种电缆运行状态在线监测系统。

背景技术

电力电缆，特别是输电电力电缆的安全运行，对于电网安全和用电安全具有重要的意义。为了第一时间发现电力电缆的异常状态或故障状态，尽早采取应急措施、保障设备安全或发现故障恢复供电，有效的电缆运行状态在线监测系统必不可少。电缆运行状态除了发热之外，还有各类击穿和外力破坏故障，因为现在大部分分布式光纤监测系统都是连续型光纤结合单侧激光源结构设计，当发生线路更换、线路故障或遭到破坏时，分布式光纤也可能收到破坏，对于光纤断点一侧的电缆后续监测效果影响非常大，且维修很麻烦，成本也很高，当电缆及分布式光纤收到多点破损时不能及时找到故障点进行维修，另外，当后段接收到电缆传输电压不稳或电压下降时，现有电缆监测系统难以立即判断原因并锁定对应区间；且由于采用单侧激光源监测，如果激光源或控制单元本身出现问题，在故障排除前，对于电缆的状态处于无监控状态，如有突发事故难以及时发现。为解决以上问题，有必要进行深入研究。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种电缆运行状态在线监测系统。其目的在于解决分布式光纤传感器结合单侧激光源的监控系统抗损能力弱，存在监控缺失隐患的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种电缆运行状态在线监测系统，包含多个沿电缆长度分布设置的光纤信号收发装置；相邻两个光纤信号收发装置通过分布式光纤传感器相连；所述光纤信号收发装置包含激光源、光纤信号放大单元、光纤分路模块、第一光电转换单元、第二光电转换单元以及控制器；所述光纤分路模块与输入端外部分布式光纤传感器、输出端外部分布式光纤传感器、第一光电转换单元、第二光电转换单元、光纤信号放大单元及激光源对应相连，用于实现与前端的光纤信号收发装置、后端的光纤信号收发装置传递或中继放大光纤信号；第一光电转换单元、第二光电转换单元的输出与控制器的输入相连，用于将光纤信号转换为电信号并传递给控制器；控制器的输出与激光源相连，用于控制激光源发送激光信号。

优选地，所述光纤信号收发装置还包含电压监测单元，电压监测单元的输出与控制器的输入相连；电压监测单元的输入与需监控的电缆连接或电压耦合。

在电缆运行状态在线监测系统运行过程中，正常情况下，后端的光纤信号收发装置会作为光纤中继放大器使用，即前端的光纤信号经由相邻后端光纤信号收发装置中的第一Y型波导光纤分路器、第二Y型波导光纤分路器、光纤信号放大单元、第五Y型波导光纤分路器、第四Y型波导光纤分路器传输到后端，可见信号经过了光纤信号放大单元实现了信号放大中继作用；在此过程中，第一Y型波导光纤分路器接收光纤信号后的另一支路经过光电转换单元转换为电信号后传递给控制器；当前端没有光纤信号传递或信号故障时，则经过第一光电转换单元转换的电信号也相应的改变；据此，在故障期间，控制器接收到故障相应信号则发出指令信号，经过第一驱动单元后触发第二驱动单元动作，使得激光源经第二驱动单元连接到充电电池，激光源发出激光信号，经过第三Y型波导光纤分路器分别由第二Y型波导光纤分路器、第一Y型波导光纤分路器，以及光纤信号放大单元、第五Y型波导光纤分路器、第四Y型波导光纤分路器，向前端、后端发送光源信号；由此，可确保故障点后段仍有光源发出测量；若故障是前端光源故障引起，而线缆部分及分布式光纤传感器正常，则前端相邻光纤信号收发装置的第四Y型波导光纤分路器接收到相应信号，并传递给第二光电转换单元，第二光电转换单元将光信号转换为电信号后，传递给控制器；由此，控制器接收故障信号，可通过无线通信单元远程通信，确定光源相关部分问题，以便于维护；若是分布式光纤传感器存在断裂或类似故障，分布式光纤传感器在故障点反射光信号，并经第一Y型波导光纤分路器传回第一光电转换单元，给回控制器进行处理；此时由于电缆电压正常，则经过高压取电模块、电压比较器、A/D转换单元后给到控制器的信号仍为正常信号，控制器接收到故障信号，通过无线通信单元远程通信；由此，也可及时获悉分布式光纤传感器故障区间；控制器会接收到从光纤分路模块分出的光信号通过光电转换单元转换成的电信号，如果接收到的电信号正常，则控制器不发出指令；如果接收到的异常电信号，控制器则会发出动作指令，启动光纤信号收发装置的激光源发出光信号继续对后续电缆进行监测，也对光纤信号收发装置发出的光信号进行监测，同时控制器会给监控中心发出光纤预警信号，证明分布式光纤或激光源或控制单元本身出现了问题；当光纤受损时，同时电压监测单元检测到电压波动异常，就会发出信号给控制器，当控制器收到电压波动异常信号，就会发出电缆电压预警信号给监控中心，证明电缆也有可能收到损坏。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

能同时对电缆、分布式光纤以及激光源进行分段监测，大大减少了发生故障时对故障原因的排除时间和成本，能及时确定故障区域及原因，还能继续对后续电缆和光纤进行实时监测，保障了设备后续的正常稳定运行，提高了设备的可靠性，同时也能对光纤信号收发装置进行自检，光纤信号收发装置还能传递或中继放大光纤信号，避免了光信号后续传递减弱，影响了分布式光纤的监测效果，提高了设备的稳定性；当光纤发生故障时，不用对光纤整体替换，而且通过对受损段的电缆电压波动进行监测，排除电缆是否同时受到破坏节，省了时间人力和物力，降低了维护成本；可借助电缆已有的分布式光纤温度监控系统进行安装，避免电缆沿线分布式传感器的重新安装，一套系统实现多个功能，避免了电缆通道内监控系统、设备杂乱和冗余的情况。

附图说明

图1为本发明实施例中光纤信号收发装置示意图，

图2为本发明实施例中光纤信号收发装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

如图1所示，一种电缆运行状态在线监测系统，包含多个沿电缆长度分布设置的光纤信号收发装置；根据电缆铺设长度设置光纤信号收发装置，相邻两个光纤信号收发装置通过分布式光纤传感器相连；光纤信号收发装置通过分布式光纤传感器连接，不需要另外去添加其他设备进行连接，如图2所示，所述光纤信号收发装置包含激光源、光纤信号放大单元、光纤分路模块、第一光电转换单元、第二光电转换单元以及控制器；所述光纤分路模块与输入端外部分布式光纤传感器、输出端外部分布式光纤传感器、第一光电转换单元、第二光电转换单元、光纤信号放大单元及激光源对应相连，用于实现与前端的光纤信号收发装置、后端的光纤信号收发装置传递或中继放大光纤信号；第一光电转换单元、第二光电转换单元的输出与控制器的输入相连，用于将光纤信号转换为电信号并传递给控制器；控制器的输出与激光源相连，用于控制激光源发送激光信号。能同时对电缆和光纤运行状态进行分段监测，一套监控系统，同时实现多个在线监测功能，免了电缆通道内监控系统、设备杂乱和冗余的情况，发生故障时，能及时确定故障区域及原因；当光纤受损，也能继续发射光信号通过光纤分路模块对后续电缆进行监测，保障了设备的正常稳定运行,提高了设备的可靠性。

所述光纤信号收发装置还包含电压监测单元，电压监测单元的输出与控制器的输入相连；电压监测单元的输入与需监控的电缆连接或电压耦合。当光纤收到损坏时，不排除电缆也收到损坏，通过对电缆的电压进行监测，确认光纤受损段，电缆也是否收到破坏，能及时找出受损原因。

所述光纤分路模块包含第一Y型波导光纤分路器、第二Y型波导光纤分路器、第三Y型波导光纤分路器、第四Y型波导光纤分路器与第五Y型波导光纤分路器；其中第一Y型波导光纤分路器的第一支路与分布式光纤传感器相连，第一Y型波导光纤分路器的第二支路与第一光电转换单元的输入相连，第一光电转换单元的输出与控制单元的输入相连；第一Y型波导光纤分路器的第三支路与第二Y型波导光纤分路器的第一支路相连；第二Y型波导光纤分路器的第二支路与光纤信号放大单元的输入相连，第二Y型波导光纤分路器的第三支路与第三Y型波导光纤分路器的第二支路相连；第三Y型波导光纤分路器的第一支路与激光源的输出相连，第三Y型波导光纤分路器的第三支路与光纤信号放大单元的输入相连；光纤信号放大单元的输出与第五Y型波导光纤分路器的第一支路以及第二支路相连，第五Y型波导光纤分路器的第三支路与第四Y型波导光纤分路器的第二支路相连，第四Y型波导光纤分路器的第一支路与第二光电转换单元的输入相连，第二光电转换单元的输出与控制单元的输入相连，第四Y型波导光纤分路器的第三支路与分布式光纤传感器相连。通过光纤分路模块对接收到的光信号进行分路，经过光电转换单元传输到控制单元，能同时对光纤、激光源、控制单元进行监测，一套设备实现了多个功能，不用另外添加光纤，节约了成本。

所述电压监测单元包含电压比较器、A/D转换单元、高压取电模块、DC/DC电源模块、电池管理系统BMS以及充电电池；其中，高压取电模块的输出与电压比较器、DC/DC电源模块的输入相连，电压比较器的输出与A/D转换单元的输入相连，A/D转换单元的输出与控制器的输入相连；DC/DC电源模块的输出与电池管理系统BMS的输入相连，电池管理系统BMS的输出与充电电池的输入相连，充电电池的输出与第一光电转换单元以及控制器相连。所述DC/DC电源模块为超宽电压输入DC-DC电源模块，超宽电压输入DC-DC电源模块具有宽输入电压、转换效率高、体积小、高低温度特性好、带负载能力强等功能，，同时配合电池管理系统BMS一起使用，能够提高充电电池的利用率，防止充电电池出现过充电和过放电，延长充电电池的使用寿命，监控充电电池的状态，节约用电，实现了对光纤信号收发装置合理的供电，电压比较器还对电缆电压进行监测，当光纤受损时，通过对受损段电压的监测，就能排除同时段的电缆是否受到破坏，节约了人力物力，降低了成本。

所述控制器包含控制器、第一驱动单元以及第二驱动单元，其中，控制器的输入与A/D转换单元、第一光电转换单元、第二光电转换单元的输出相连，控制器的输出与第一驱动单元的输入相连，第一驱动单元的输出与第二驱动单元的输入相连，第二驱动单元的输出与激光源相连，第二驱动单元还与充电电池相连。第一驱动单元以及第二驱动单元为MOS管或继电器，当控制器收到异常光信号时就会发出启动激光源的指令，启动激光源发出激光继续对故障点后续线路进行监测，保障了设备后续的正常稳定运行，提高了设备的可靠性。

所述控制器还与无线通信单元相连。当控制器收到故障信号时，通过无线通信单元能及时的对监控中心发出预警信号，及时对故障点进行维修，而且无线通讯信号不容易受到外界干扰。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种电缆运行状态在线监测系统，其特征在于：包含多个沿电缆长度分布设置的光纤信号收发装置；相邻两个光纤信号收发装置通过分布式光纤传感器相连；所述光纤信号收发装置包含激光源、光纤信号放大单元、光纤分路模块、第一光电转换单元、第二光电转换单元以及控制器；所述光纤分路模块与输入端外部分布式光纤传感器、输出端外部分布式光纤传感器、第一光电转换单元、第二光电转换单元、光纤信号放大单元及激光源对应相连，用于实现与前端的光纤信号收发装置、后端的光纤信号收发装置传递以及中继放大光纤信号；第一光电转换单元、第二光电转换单元的输出与控制器的输入相连，用于将光纤信号转换为电信号并传递给控制器；控制器的输出与激光源相连，用于控制激光源发送激光信号；

所述光纤分路模块包含第一Y型波导光纤分路器、第二Y型波导光纤分路器、第三Y型波导光纤分路器、第四Y型波导光纤分路器与第五Y型波导光纤分路器；其中第一Y型波导光纤分路器的第一支路与分布式光纤传感器相连，第一Y型波导光纤分路器的第二支路与第一光电转换单元的输入相连，第一光电转换单元的输出与控制单元的输入相连；第一Y型波导光纤分路器的第三支路与第二Y型波导光纤分路器的第一支路相连；第二Y型波导光纤分路器的第二支路与光纤信号放大单元的输入相连，第二Y型波导光纤分路器的第三支路与第三Y型波导光纤分路器的第二支路相连；第三Y型波导光纤分路器的第一支路与激光源的输出相连，第三Y型波导光纤分路器的第三支路与光纤信号放大单元的输入相连；光纤信号放大单元的输出与第五Y型波导光纤分路器的第一支路以及第二支路相连，第五Y型波导光纤分路器的第三支路与第四Y型波导光纤分路器的第二支路相连，第四Y型波导光纤分路器的第一支路与第二光电转换单元的输入相连，第二光电转换单元的输出与控制单元的输入相连，第四Y型波导光纤分路器的第三支路与分布式光纤传感器相连；

所述光纤信号收发装置还包含电压监测单元；

所述电压监测单元包含电压比较器、A/D转换单元、高压取电模块、DC/DC电源模块、电池管理系统BMS以及充电电池。

2.根据权利要求1所述的一种电缆运行状态在线监测系统，其特征在于：电压监测单元的输出与控制器的输入相连；电压监测单元的输入与需监控的电缆连接或电压耦合。

3.根据权利要求1所述的一种电缆运行状态在线监测系统，其特征在于：其中，高压取电模块的输出与电压比较器、DC/DC电源模块的输入相连，电压比较器的输出与A/D转换单元的输入相连，A/D转换单元的输出与控制器的输入相连；DC/DC电源模块的输出与电池管理系统BMS的输入相连，电池管理系统BMS的输出与充电电池的输入相连，充电电池的输出与第一光电转换单元以及控制器相连。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种电缆运行状态在线监测系统，其特征在于：所述控制器包含第一驱动单元以及第二驱动单元，其中，控制器的输入与A/D转换单元、第一光电转换单元、第二光电转换单元的输出相连，控制器的输出与第一驱动单元的输入相连，第一驱动单元的输出与第二驱动单元的输入相连，第二驱动单元的输出与激光源相连，第二驱动单元还与充电电池相连。

5.根据权利要求4所述的一种电缆运行状态在线监测系统，其特征在于：所述控制器还与无线通信单元相连。