CN109596203A - 基于分布式地缆通道隐患监测系统 - Google Patents

基于分布式地缆通道隐患监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供基于分布式地缆通道隐患监测系统，包括耦合器C1、耦合器C2、耦合器C3、耦合器C4、耦合器C5、计算机、宽带光源S1和长相干光源S2，所述宽带光源S1和长相干光源S2均通过光纤与耦合器C1连接，所述耦合器C1和耦合器C2之间通过光纤连接，所述耦合器C2上电性连接有光电探测器D3和光电探测器D4，所述耦合器C2通过光纤分别与耦合器C3和耦合器C5连接，所述耦合器C3和耦合器C5上分别电性连接有光电探测器D1和光电探测器D2，该基于分布式地缆通道隐患监测系统设计合理，首次将萨格奈克分布式干涉技术用于电力系统10kv配网线路安全维护中，为线路外破隐患的及时发现、及时报警和应急抢修提供了一套完整的技术方案。

Description

基于分布式地缆通道隐患监测系统
技术领域
本发明是基于分布式地缆通道隐患监测系统，属于地缆通道隐患监测技术领域。
背景技术
近年来，随着用户对供电可靠性要求越来越高，10kv配网线路维护日益成为供电部门主流工作内容之一，但偷盗、外力破坏、违章施工等已作为影响配网线路安全的最大隐患，由于配网线路自身存在面广、点多、线长、长期暴露野外等特点较易受到破坏，加之近年来城镇化建设、基础设施建设、采石挖矿伐木修路等人类活动日益频繁，导致配网线路遭到破坏现象屡发不止，且破坏频率呈现多发趋势、破坏动机呈现恶性趋势，越来越成为供电部门及政府和社会必须共同关注、亟待解决的一个问题，主要体现在以下几个方面：
1、侵占配网线路通道，违章建房、堆物、取土、挖塘、植树、架设附属物等现象屡禁不止，由于城镇化建设不断扩大和农村新建住宅审批欠规范等原因，近年来在配网线路通道违规建设住宅、违规堆物取土挖塘等现象日益猖獗、城镇建设与配网线路争地的矛盾日益突出，部分地方甚至还诱发了村民强力故意破坏配网线路、扣押配网线路检修人员设备工具等现象，在个别区域农村新建房屋距离配网线路过近的现象非常突出，已经严重影响了供电线路的正常运行、维护、检修工作，在新建、改建的配网线路中，还经常发生由于补偿问题谈不拢、少数群众不配合等原因原有的故障物不肯拆除影响正常施工，又不断出现新违建物、新种植物等现象，新旧问题交织在一起更加加大了线路运行维护工作的难度，由于该类现象发生频率高、分布广、难化解，是外力破坏配网线路的主因之一。
2、违章施工因素呈现多发趋势，野蛮施工、违章作业是影响线路安全的重要隐患，特别是在近年来基建施工规模急剧扩增的背景下，由于部分施工单位不遵守相关法律法规或事先对周边电力设施分布了解不全操作不当，经常发生野蛮施工、违章作业导致配网线路受到破坏的情况，且由该类原因导致的破坏往往程度较重、危害较大，据不完全统计，该类现象近年来在湖北地区每年均发生数十起，汽车撞杆、汽车拉断线路等情况也屡见不鲜。
3、盗窃电力线路导线、设备现象时有发生，随着金属材料价格上涨，部分违法犯罪分子大力盗窃地缆缆线等设备现象时有发生，例如2014年4月天津电网10kv地缆线路一夜之间被盗近千米，造成3家大型工业企业停电，对相关供电地区经济发展和社会秩序造成了较为严重的影响，缆线偷盗对配网线路安全稳定运行极具破坏性，如果没有及时发现、及时抢修，极其容易形成毁灭性影响。
总之，配网线路主要隐患是违章施工作业和缆线偷盗，其共同的特点是具有隐蔽性、临时性和突发性，难以在事前预估和发现，而已有的隐患排查经验表明，及时的发现各类通道隐患是开展线路通道治理的最关键工作，越早发现越主动，越早发现越能采取对应处理措施，但现有的定期巡线、请专人蹲守等人工隐患监控方式存在周期长、质量不可控等不足，而传统的视频监控装置则存在供电不稳定、需要专人不间断值班、难以移机安装等弊端，有必要发展一种新型的线路通道隐患发现和监控的技术，以有效解决上述问题，为此，本发明提供基于分布式地缆通道隐患监测系统。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供基于分布式地缆通道隐患监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题，该基于分布式地缆通道隐患监测系统设计合理，首次将萨格奈克分布式干涉技术用于电力系统10kv配网线路安全维护中，为线路外破隐患的及时发现、及时报警和应急抢修提供了一套完整的技术方案。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：基于分布式地缆通道隐患监测系统，包括耦合器C1、耦合器C2、耦合器C3、耦合器C4、耦合器C5、计算机、宽带光源S1和长相干光源S2，所述宽带光源S1和长相干光源S2均通过光纤与耦合器C1连接，所述耦合器C1和耦合器C2之间通过光纤连接，所述耦合器C1和耦合器C2之间的光纤上设置有光纤隔离器，所述耦合器C2上电性连接有光电探测器D3和光电探测器D4，所述耦合器C2通过光纤分别与耦合器C3和耦合器C5连接，所述耦合器C3和耦合器C5上分别电性连接有光电探测器D1和光电探测器D2，所述耦合器C3通过传感光纤F1和传感光纤F2与耦合器C4连接，所述耦合器C4上电性连接有光环行器二，所述耦合器C5通过引导光纤F3与耦合器C4连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述耦合器C2上电性连接有光环行器一。
作为本发明的一种优选实施方式，所述耦合器C5上电性连接有光环行器三。
作为本发明的一种优选实施方式，所述光电探测器D3、光电探测器D4、光电探测器D1和光电探测器D2均通过数据传输电路与计算机电性连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述耦合器C1、耦合器C2、耦合器C3、耦合器C4和耦合器C5均为3*3耦合器。
作为本发明的一种优选实施方式，所述耦合器C3、耦合器C4、耦合器C5、传感光纤F1、传感光纤F2和引导光纤F3构成两个相反方向的马赫-曾德干涉仪，由于构成马赫-曾德干涉仪的并行传感光纤F1和传感光纤F2，在顺时针和逆时针方向分别分成两束光，因此光电探测器D3和光电探测器D4上各自接收到四束光，这四束光波经过传感光纤F1的两束相向传输的光构成一个萨格奈克干涉仪，经过传感光纤F2的相向传输的两束光则构成另一个萨格奈克干涉仪。
作为本发明的一种优选实施方式，所述宽带光源S1采用相干长度短的宽带光源。
本发明的有益效果：本发明的基于分布式地缆通道隐患监测系统，包括耦合器C1、耦合器C2、耦合器C3、耦合器C4、耦合器C5、计算机、宽带光源S1、长相干光源S2、光纤隔离器、光电探测器D3、光电探测器D4、光电探测器D1、光电探测器D2、光环行器一、传感光纤F1、传感光纤F2、光环行器二、引导光纤F3和光环行器三；
1.此基于分布式地缆通道隐患监测系统提出了结合萨格奈克和双马赫-曾德干涉仪、利用3*3耦合器的超长距离线路隐患预警分布式光纤传感新方案，其中利用萨格奈克干涉仪的高灵敏度探测和识别又外部异物破坏激发的微弱振动信号，利用两个马赫-曾德干涉仪实现定位，将单个系统的传感预警距离提高100公里以上。
2.此基于分布式地缆通道隐患监测系统首次将萨格奈克分布式干涉技术用于电力系统10kv配网线路安全维护中，为线路外破隐患的及时发现、及时报警和应急抢修提供了一套完整的技术方案。
3.此基于分布式地缆通道隐患监测系统监测精确，具有高灵敏度和高精确性定位，能够精确的对故障进行识别和定位，对于减小线路运行维护工作的难度和配电网的安全运行具有重要意义。
附图说明
图1为本发明基于分布式地缆通道隐患监测系统的结构示意图；
图2为本发明基于分布式地缆通道隐患监测系统的等效光路图；
图中：1-耦合器C1、2-耦合器C2、3-耦合器C3、4-耦合器C4、5-耦合器C5、6-计算机、7-宽带光源S1、8-长相干光源S2、9-光纤隔离器、10-光电探测器D3、11-光电探测器D4、12-光电探测器D1、13-光电探测器D2、14-光环行器一、15-传感光纤F1、16-传感光纤F2、17-光环行器二、18-引导光纤F3、19-光环行器三。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1至图2，本发明提供一种技术方案：基于分布式地缆通道隐患监测系统，包括耦合器C11、耦合器C22、耦合器C33、耦合器C44、耦合器C55、计算机6、宽带光源S17和长相干光源S28，所述宽带光源S17和长相干光源S28均通过光纤与耦合器C11连接，所述耦合器C11和耦合器C22之间通过光纤连接，所述耦合器C11和耦合器C22之间的光纤上设置有光纤隔离器9，所述耦合器C22上电性连接有光电探测器D310和光电探测器D411，所述耦合器C22通过光纤分别与耦合器C33和耦合器C55连接，所述耦合器C33和耦合器C55上分别电性连接有光电探测器D112和光电探测器D213，所述耦合器C33通过传感光纤F115和传感光纤F216与耦合器C44连接，所述耦合器C44上电性连接有光环行器二17，所述耦合器C55通过引导光纤F318与耦合器C44连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述耦合器C22上电性连接有光环行器一14。
作为本发明的一种优选实施方式，所述耦合器C55上电性连接有光环行器三19。
作为本发明的一种优选实施方式，所述光电探测器D310、光电探测器D411、光电探测器D112和光电探测器D213均通过数据传输电路与计算机6电性连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述耦合器C11、耦合器C22、耦合器C33、耦合器C44和耦合器C55均为3*3耦合器。
作为本发明的一种优选实施方式，所述耦合器C33、耦合器C44、耦合器C55、传感光纤F115、传感光纤F216和引导光纤F318构成两个相反方向的马赫-曾德干涉仪，由于构成马赫-曾德干涉仪的并行传感光纤F115和传感光纤F216，在顺时针和逆时针方向分别分成两束光，因此光电探测器D310和光电探测器D411上各自接收到四束光，这四束光波经过传感光纤F115的两束相向传输的光构成一个萨格奈克干涉仪，经过传感光纤F216的相向传输的两束光则构成另一个萨格奈克干涉仪。
作为本发明的一种优选实施方式，所述宽带光源S17采用相干长度短的宽带光源。
工作原理：耦合器C33、耦合器C44、耦合器C55、传感光纤F115、传感光纤F216和引导光纤F318构成两个相反方向的马赫-曾德干涉仪，宽带光源S17发出的光经过耦合器C11输出到耦合器C22，经耦合器C22分为两束，其中一束输入耦合器C22经过耦合器C22分为两束并分别通过传感光纤F115和传感光纤F216输入到耦合器C44，两束光经过光环行器二17进入引导光纤F318并输入耦合器C55，经耦合器C55重新输入到耦合器C22，同理，另一束光与第一束光路径相反，先输入到耦合器C55，最终输入到耦合器C22，因此宽带光源S17发出的光在顺时针和逆时针方向分别分成两束光，与耦合器C22连接的光电探测器D310和光电探测器D411上各自接收到四束光，这四束光波经过传感光纤F115的两束相向传输的光构成一个萨格奈克干涉仪，经过传感光纤F216的相向传输的两束光则构成另一个萨格奈克干涉仪，马赫-曾德干涉仪共用萨格奈克干涉仪的传感光路，马赫-曾德干涉仪由长相干光源S28提供光源，光纤隔离器9的主要作用是阻止从耦合器C22输出的光波返回到宽带光源S17和长相干光源S28，光电探测器D112和光电探测器D213分别与耦合器C33和耦合器C55连接用于探测马赫-曾德干涉仪的光强，光电探测器D112、光电探测器D213、光电探测器D310和光电探测器D411将探测到的光信息传递给计算机6，计算机6采用双马赫-曾德干涉技术来实现隐患故障的准确定位，在萨格奈克干涉仪的输出信号中包含有隐患的位置和振动信息，因此在去除位置信息后，可以利用剩余信号的幅值是否连续超过设定的警戒阀值来判断是否存在隐患，然而，如果仅仅依据剩余信号的幅值大小来判断，将会产生较高的虚警率，由于萨格奈克干涉仪获得的探测信号是外力作用施加到传感光上引起的，因此首先要研究探测信号与外力破坏激发得振动信号之间的关系，建立传感光纤受扰模型，在此基础上研究利用模式识别理论提取典型作用下探测信号的时频特征、识别破坏行为或泄漏的方法，并利用从实验系统中获得的探测信号对讨论的特征提取和类型识别方法进行验证，每种不同隐患所呈现的检测信号有着一定的客观规律特征，计算机6采用现代模式识别方法对各类信号的时域特征进行统计分析，信号的时域特征分析是研究信号的形态随时间变化的规律，抽取典型特征量过零数、幅度、周期、局部的上升时间与下降时间等为信号判断和识别的依据，然后计算机6对故障进行类别识别，此基于分布式地缆通道隐患监测系统提出了结合萨格奈克和双马赫-曾德干涉仪、利用3*3耦合器的超长距离线路隐患预警分布式光纤传感新方案，其中利用萨格奈克干涉仪的高灵敏度探测和识别又外部异物破坏激发的微弱振动信号，利用两个马赫-曾德干涉仪实现定位，将单个系统的传感预警距离提高100公里以上，此基于分布式地缆通道隐患监测系统首次将萨格奈克分布式干涉技术用于电力系统10kv配网线路安全维护中，为线路外破隐患的及时发现、及时报警和应急抢修提供了一套完整的技术方案，此基于分布式地缆通道隐患监测系统监测精确，具有高灵敏度和高精确性定位，能够精确的对故障进行识别和定位，对于减小线路运行维护工作的难度和配电网的安全运行具有重要意义。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.基于分布式地缆通道隐患监测系统，包括耦合器C1(1)、耦合器C2(2)、耦合器C3(3)、耦合器C4(4)、耦合器C5(5)、计算机(6)、宽带光源S1(7)和长相干光源S2(8)，其特征在于，所述宽带光源S1(7)和长相干光源S2(8)均通过光纤与耦合器C1(1)连接，所述耦合器C1(1)和耦合器C2(2)之间通过光纤连接，所述耦合器C1(1)和耦合器C2(2)之间的光纤上设置有光纤隔离器(9)，所述耦合器C2(2)上电性连接有光电探测器D3(10)和光电探测器D4(11)，所述耦合器C2(2)通过光纤分别与耦合器C3(3)和耦合器C5(5)连接，所述耦合器C3(3)和耦合器C5(5)上分别电性连接有光电探测器D1(12)和光电探测器D2(13)，所述耦合器C3(3)通过传感光纤F1(15)和传感光纤F2(16)与耦合器C4(4)连接，所述耦合器C4(4)上电性连接有光环行器二(17)，所述耦合器C5(5)通过引导光纤F3(18)与耦合器C4(4)连接。
2.根据权利要求1所述的基于分布式地缆通道隐患监测系统，其特征在于：所述耦合器C2(2)上电性连接有光环行器一(14)。
3.根据权利要求1所述的基于分布式地缆通道隐患监测系统，其特征在于：所述耦合器C5(5)上电性连接有光环行器三(19)。
4.根据权利要求1所述的基于分布式地缆通道隐患监测系统，其特征在于：所述光电探测器D3(10)、光电探测器D4(11)、光电探测器D1(12)和光电探测器D2(13)均通过数据传输电路与计算机(6)电性连接。
5.根据权利要求1所述的基于分布式地缆通道隐患监测系统，其特征在于：所述耦合器C1(1)、耦合器C2(2)、耦合器C3(3)、耦合器C4(4)和耦合器C5(5)均为3*3耦合器。
6.根据权利要求1所述的基于分布式地缆通道隐患监测系统，其特征在于：所述耦合器C3(3)、耦合器C4(4)、耦合器C5(5)、传感光纤F1(15)、传感光纤F2(16)和引导光纤F3(18)构成两个相反方向的马赫-曾德干涉仪，由于构成马赫-曾德干涉仪的并行传感光纤F1(15)和传感光纤F2(16)，在顺时针和逆时针方向分别分成两束光，因此光电探测器D3(10)和光电探测器D4(11)上各自接收到四束光，这四束光波经过传感光纤F1(15)的两束相向传输的光构成一个萨格奈克干涉仪，经过传感光纤F2(16)的相向传输的两束光则构成另一个萨格奈克干涉仪。
7.根据权利要求1所述的基于分布式地缆通道隐患监测系统，其特征在于：所述宽带光源S1(7)采用相干长度短的宽带光源。
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