CN111323678B - 电力电缆异常检测方法、系统及分布式光纤测温主机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了电力电缆异常检测方法、系统及分布式光纤测温主机。分布式光纤测温主机产生复合编码信号，根据所述复合编码信号调制由激光光源发出的连续光信号，产生编码脉冲序列光信号；将所述编码脉冲序列光信号注入到与所述分布式光纤测温主机对应的测温光纤上；接收由所述复合码光脉冲序列经所述光纤传输而产生的拉曼散射光的回波信号；对与所述回波信号相关信号进行解码，得到输出响应信号，根据所述输出响应信号确定所述电力电缆的温度数据，以便集中监控计算机根据所述温度数据确定所述电力电缆是否故障。本申请实施例可以及时发现故障隐患点所在位置温度，并进行预警。

Description

电力电缆异常检测方法、系统及分布式光纤测温主机

技术领域

本申请涉及电力电缆技术领域，尤其涉及电力电缆异常检测方法、系统及分布式光纤测温主机。

背景技术

随着工业和居民用电量的增长，现有电力电缆的输电容量不断增加。电力电缆作为连接发、供电网络的桥梁和纽带，在电力运营网络中有着非常重要的作用。随着社会的进步，各行各业对电力的需求呈逐年上升趋势，电力电缆的使用量也随之逐年增加。由于电力电缆铺设在地下，运行环境相对恶劣，因此，电缆故障造成的突发停电、火灾隐患等事故时有发生，不仅给工业农业生产造成了巨大损失，而且也给人们的正常生活带来了一定的影响。通常情况下电缆线路的运行状况主要通过人为定期巡检完成，因此许多绝缘缺陷和潜在的故障无法及时被发现。

发明内容

本申请实施例提供了电力电缆异常检测方法、系统及分布式光纤测温主机，解决了电缆线路的运行状况主要通过人为定期巡检完成，因此许多绝缘缺陷和潜在的故障无法及时被发现的问题。

一方面，分布式光纤测温主机产生复合编码信号，所述复合编码信号是经由至少两个编码算法而得到的信号；根据所述复合编码信号调制由激光光源发出的连续光信号，产生编码脉冲序列光信号；将所述编码脉冲序列光信号注入到与所述分布式光纤测温主机对应的测温光纤上；接收由所述复合码光脉冲序列经所述光纤传输而产生的拉曼散射光的回波信号；对与所述回波信号相关信号进行解码，得到输出响应信号，根据所述输出响应信号确定所述电力电缆的温度数据，以便集中监控计算机根据所述温度数据确定所述电力电缆是否故障；其中，与回波信号相关的信号是对所述回波信号进行处理的信号。

在一个示例中，根据所述温度数据确定所述电力电缆是否故障，具体包括：将所述电力电缆温度数据发送给集中监控计算机，以便所述集中监控计算机根据所述温度数据，确定相应电力电缆允许通过的最大载流量，并在所述电力电缆载流量超出所述最大载流量时，确定所述电力电缆异常，进而预警。

在一个示例中，所述分布式光纤测温主机产生复合编码信号，根据所述复合编码信号调制由激光光源发出的连续光信号，产生编码脉冲序列光信号，具体包括：所述分布式光纤测温主机生成双极性互补相关普罗米修斯正交序列CCPONS码，将所述双极性CCPONS码转换成码长为L的单极性CCPONS码；对所述由激光光源发出的连续光信号进行格雷编码，得到双极性的格雷码，将所述双极性格雷码转换成码长为M位单极性格雷码；将所述L位单极性CCPONS码替换所述单极性格雷码中的高位元素，并将所述格雷码中的低位元素进行补位至L位，以得到L×M位编码脉冲序列光信号。

在一个示例中，所述对与所述回波信号相关的信号进行解码，得到输出响应信号，具体包括：对所述与所述回波信号相关的信号进行格雷解码，得到第一输出响应信号，所述第一输出响应信号进行CCPONS解码，得到第二输出响应信号。

在一个示例中，所述方法还包括：通过所述编码脉冲序列光信号和所述回波信号，确定所述测温光纤上的故障点位置。

在一个示例中，所述确定所述测温光纤上的故障点位置的步骤，包括：对所述编码脉冲序列光信号与所述输出响应信号进行卷积运算，以对所述输出响应信号进行匹配滤波；将匹配滤波后的输出信号，分成若干集合，对每一集合数据取均值；对均值相邻的两个集合的均值做差值处理，根据差值处理后的信号波形确定故障点位置。

在一个示例中，所述方法还包括:所述集中监控计算机接收由所述电力电缆对应的护套环流系统对电缆护套进行检测而得到护套环流信号；根据所述护套环流信号，确定所述护套是否异常，并在所述护套出现异常时进行预警。

在一个示例中，所述电力电缆对应的护套环流系统对电缆护套进行检测，具体包括：所述电力电缆护套环流系统将与所述复合编码信号的幅值和脉宽相同的多阶脉冲，进行辛普森Simplex编码，并将所述Simplex编码信号注入到所述测温光纤上，通过Simplex码信号监测所述电力电缆护套是否发生故障。

另一方面，一种分布式光纤测温主机，包括：编码发生器，用于产生复合编码信号，所述复合编码信号是经由至少两个编码算法而得到的信号；声光调制器，用于根据所述复合编码信号调制由激光光源发出的连续光信号，产生编码脉冲序列光信号；激光光源，用于将所述编码脉冲序列光信号注入到与所述分布式光纤测温主机对应的测温光纤上；波分复用器，用于接收由所述复合码光脉冲序列经所述光纤传输而产生的拉曼散射光的回波信号；解码发生器，用于对与所述回波信号相关的进行解码，得到输出响应信号，根据所述输出响应信号确定所述电力电缆的温度数据。

又一方面，一种电力电缆的异常检测系统，所述系统包括上述分布式光纤测温主机以及测温光纤、集中监控计算机；多个所述主机与相应测温光纤相连；所述集中监控计算机用于接收来自所述主机的电力电缆的温度数据，以根据相应电力电缆的温度数据确定该电力电缆是否故障。

本申请实施例提供的电力电缆异常检测方法、系统及分布式光纤测温主机，基于脉冲编码技术，在不降低系统分辨率的前提下提高系统的信噪比，可以对电力电缆温度进行监测并对电缆载流量进行评估，在温度数据出现异常时，进行预警。并及时发现故障隐患点所在位置温度、局部放电、护套环流等情况，为及时有效的处理提供技术支撑，对保证电力电缆的安全稳定运行和动态增容有重要意义。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种电力电缆异常检测系统结构图；

图2为本申请实施例提供的一种电力电缆分布式光纤测温的系统结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种分布式光纤测温主机的测温方式框图。

图4是本申请实施例提供的一种电力电缆护套环流系统的结构框图。

图5是本申请实施例提供的一种电缆局部放电系统框图。

图6是申请实施例提供的一种方法电力电缆异常方法流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本申请实施例提供的一种电力电缆异常检测系统结构图。

如图1所示，本申请实施例提供的一种电力电缆异常检测系统包括:集中监控计算机110、电力电缆分布式测温系统120、电力电缆护套环流系统130、电力电缆局部放电系统140。其中，集中监控计算机110至少包括载流量评估系统150。

在本申请的一个实施例中，电力电缆分布式光纤测温系统120、电力电缆护套环流系统130与电力电缆局部放电系统140连接在同一光纤网上。

图1中，电力电缆分布式测温系统120通过敷设在高压电缆上的分布式光纤来测量电力电缆的实时温度，并将温度数据传送给集中监控计算机110中的载流量评估系统150。载流量评估系统150根据电力电缆温度数据，得到电缆允许通过的最大载流量。

具体地，载流量评估系统150根据电力电缆外护套温度θ_s，电力电缆导体线芯最高工作温度θ_c，得到电缆最大载流量I。

一个例子中，通过以下公式得到电缆最大载流量I:

T₁为单位长度的电缆绝缘层热阻，T₃为外护层热阻,T₄为外部环境热阻，θ_c为电力电缆导体线芯温度，θ_s为电力电缆外护套温度，W_d为绝缘介质损耗，λ₁为金属护套损耗系数，R为最高工作温度下导体的交流电阻(Ω/m)，n为多芯电缆的芯数。

图1中，集中监控计算机110在该电力电缆载流量超出最大载流量时，确定该电力电缆异常，进而预警。

此外，电力电缆当前载流量可通过现有中任意一种载流量计算方法获得。例如，通过高压互感器、高压钳表等设备获得。

因此，电力电缆分布式光纤测温系统120可以避免电缆长时间处于过热状态，保障电缆安全运行，本申请实施例的电力电缆分布式光纤测温系统120可连续动态监测长达30km的高压电缆。

图1中，电力电缆护套环流系统130对电缆护套进行检测，得到护套环流信号，以无线方式发送给集中监控计算机110，集中监控计算机110根据护套环流信号，确定该护套是否异常，并在护套出现异常时进行预警。

电力电缆局部放电系统140实时测量电缆线路与电缆接头的局部放电信号，并将各监测终端监测到的波形数据，通过无线通信上传到集中监控计算机110。

在本申请的一个实施例中，电力电缆局部放电系统140采用行波故障测距，实现故障点距离测算。集中监控计算机110采用多次测距综合分析的方法进行故障测距，得到故障位置，并显示线路的运行状态，以及通过分级方式进行预警。

下面详细阐述本申请实施例提供的电力电缆分布式光纤测温系统120、电力电缆护套环流系统130、电力电缆局部放电系统140。

图2为本申请实施例提供的一种电力电缆分布式光纤测温系统结构示意图。

如图2所示，电力电缆分布式光纤测温系统120至少包括多个分布式光纤测温主机201，测温光纤202，高压电缆203。各高压电缆203分别包括A相高压电缆、B相高压电缆、C相高压电缆，且各相高压电缆包括若干电缆接头。每一相高压电缆连接一条测温光纤。

各分布式光纤测温主机201连接有相应的测温光纤202，测温光纤202连接高压电缆203。多个分布式光纤测温主机201与集中监控计算机110连接。

电力电缆分布式光纤测温系统120通过敷设在高压电缆203上的分布式测温光纤202来感应电力电缆的实时温度变化，并将所述电力电缆温度数据传送给集中监控计算机110，集中监控计算机110根据所述温度数据确定所述电力电缆是否故障。

在本申请的一个实施例中，分布式测温主机201中的激光光源发出连续的光信号，分布式测温主机201中的编码发生器产生复合编码信号，该复合编码信号是经由至少两个编码算法而得到的信号。该分布式光纤测温主机201中的声光调制器用该复合编码信号调制上述由激光光源发出的连续光信号，得到编码脉冲序列光信号。分布式光纤测温主机201中的波分复用器将该编码脉冲序列光信号注入到与该分布式光纤测温主机对应的电力电光纤202上。

而后，分布式测温主机201中的波分复用器接收由该复合码光脉冲序列经测温光纤传输而产生的拉曼散射光的回波信号。

需要说明的是，分布式测温主机201向测温光纤中注入光脉冲，则会发生拉曼散射，测温光纤上有不同的散射点，一部分是背向散射，一部分是前向散射。该分布式测温主机201根据背向散射信号的时间和强度，得到测温光纤的温度数据，并且随环境温度的变化，来探测整条电缆沿线的温度变化。

分布式测温主机201中的解码发生器对给回波信号相关信号进行解码，得到编码脉冲序列光信号的输出响应信号，根据该输出响应信号确定该电力电缆的温度数据。其中，与回波信号相关的信号是对所述回波信号进行处理的信号。

在本申请的一种实现方式中，可通过分布式光纤测温主机201设置多级超温报警以及多级升温速率。

在本申请的一种实现方式中，测温光纤202由石英组成，因此可实现完全电绝缘。本申请实施例提供的分布式光纤测温主机201以温度信号、测温光纤作为载体，因此不受电磁环境的干扰，进而不与动力电缆产生相互电磁干扰。

下面通过图3详细阐述分布式光纤测温主机测温方式。

图3为本申请实施例提供的一种分布式光纤测温主机的测温原理框图。

如图3所示，分布式光纤测温系统120至少包括分布式光纤测温主机201、测温光纤202、恒温槽306、集中监控计算机110。

在本申请的一个实施例中，测温光纤202的开始段100m放置于恒温槽306。位于恒温槽306内的定标区的电力电缆距离为100m。该定标区可以标定斯托克斯光和反斯托克斯光的比值，降低了由于斯托克斯光和反斯托克斯光波长差异在光纤中传播的不同对光强的影响。

分布式光纤测温主机201至少包括编码发生器301、声光调制器303、激光光源304、波分复用器305、光电探测器307、放大器308、数据采集器309、解码发生器310。

在本申请的一个实施例中，激光光源304、声光调制器303、波分复用器305串联在测温光纤202链路上。

编码发生器301产生复合编码信号，并将该复合编码信号发送给声光调制器303。

在本申请的一个实施例中，该复合编码信号是经格雷算法及互补相关普罗米修斯正交序列算法而得到的复合编码信号，具体的复合编码信号的产生方式将在下面得以详细详述。

在本申请的另一个实施例中，该复合编码信号是经格雷算法及辛普森算法而得到的复合编码信号，具体的复合编码信号的产生方式将在下面得以详细详述。

激光光源304发出连续光信号，并将该连续光信号发送给声光调制器303。

声光调制器303接收来自编码发生器301的复合编码信号，根据该复合编码信号对激光光源304发出的连续光信号进行调制，得到编码脉冲序列光信号，将该编码脉冲序列光信号发送给波分复用器305。

下面详细介绍分布式光纤测温主机201的工作原理。

单脉冲光信号按照一定的规则进行编码，得到若干个脉冲序列P₁(t),P₂(t),P₃(t)......P_n(t)，其中n表示脉冲光信号的个数。激光光源304发出的连续脉冲光信号P(t)在测温光纤的传输时产生的背向拉曼散射信号S(t)的表达式为：

S(t)＝P(t)*h(t)

上述式中，h(t)为脉冲响应函数，S(t)为背向拉曼散射信号，P(t)脉冲光信号，*为卷积运算。

将这些经过编码脉冲序列P₁(t),P₂(t),P₃(t)......P_n(t)注入测温光纤，得到拉曼散射光的回波信号相关信号S₁(t),S₂(t),S₃(t)......S_n(t)。

解码发生器310对信号S₁(t),S₂(t),S₃(t)......S_n(t)进行解码，得到与单脉冲光信号等效的输出响应。

下面详述如何经格雷算法、互补相关普罗米修斯正交序列算法而得到复合编码信号。

编码发生器301生成双极性的互补相关普罗米修斯正交序列CCPONS码，并将双极性CCPONS码转换成8组单极性CCPONS码。

需要说明的是，双极性互补相关普罗米修斯正交序列CCPONS码是来自一个2^N×2^N矩阵的四重码元，矩阵的每一行都存在另一行与之形成一对互补序列，N可以为任意正整数。光纤中只能传输正脉冲，因此需要通过偏置的方法，将4组双极性CCPONS序列转换为8组单极性CCPONS序列。

编码发生器301生成格雷码，得到双极性格雷码，将所述双极性码转换成4组单极性格雷码。

双极性互补序列格雷Golay码是由“0”和“1”元素组成的4组编码序列，而每2组可以组成一个元素为“1”和“-1”的格雷互补序列。光纤中只能传输正脉冲，因此需要通过偏置的方法，将双极性Golay序列转换为4组单极性Golay序列。

将接收到的8组码长为L的单极性CCPONS码，替换接收到的码长为M的单极性格雷码中的高位元素，该高位元素为1。以及将单极性的格雷码中的低位元素，即低位元素0，进行补位，且补位到与CCPONS编码码长相同，即补位L位，从而得到L×M位编码脉冲序列光信号。

具体地，CCPONS编码码长为L，Golay编码码长为M。每路单极性CCPONS编码替代Golay编码中的元素“1”，Golay编码中的元素“0”同样补成L个全为“0”的码字。因此，可以得到L×M位编码脉冲序列光信号。

下面详述如何经格雷算法、辛普森算法而得到复合编码信号。

编码发生器301生成双极性格雷Golay码，并将该双极性Golay码转换成M位单极性Golay码以及4组单极性Golay码。

此外，编码发生器301生成辛普森Simplex码，得到单极性S码。

需要说明的是，S矩阵是在Hadamard矩阵基础上转化而来的。其中，S矩阵是单极性矩阵，因此不需要进行极性转换，其中的每一行即为一组S码。

将所述单极性Golay码替换所述N位单极性S码中的高位元素，即高位元素为1。并将所述S码中的低位元素进行补位至M位，且低位元素为0，以得到N×M路编码脉冲序列光信号。其中，G-S复合码构成复合矩阵，复合矩阵的每一行即为一路G-S复合码。

具体的，S编码码长为N，Golay编码码长为M。每路单极性Golay编码替代S编码中的元素“1”，这样每位S编码由M个码字构成，S编码中的元素“0”同样补成M个全为“0”的码字。每路Golay编码与S编码相结合可以产生N路G-S复合码，那么4路单极性Golay编码和S编码相结合后能够产生N×4路G-S复合码。

其中，G-S复合码的基础是S编码，码长与S编码保持一致，但是每位码长包括M个码字，每路复合码的码字总计为N×M。

下面继续阐述图3中的其他功能模块。

波分复用器305接收来自声光调制器303的复合编码信号。

在本申请的一个实施例中，波分复用器305由光纤双向耦合器、光纤平行光路、1450nm背散射反斯托克斯光宽带滤光片和1660nm背散射反斯托克斯光宽带滤光片集成。该波分复用器305可具有四个端口，其中一个1550nm输入端口，三个输出端口，包括1550nm(第一输出端口)、1450nm(第二输出端口)、1660nm(第三输出端口)三种中心波长的光通道。

具体地，波分复用器305中的光纤双向耦合器接收来自声光调制器302的编码脉冲序列光信号，光纤的反斯托克斯拉曼散射回波信号和斯托克斯拉曼散射回波信号经过光纤平行光路之后，分别通过1450nm宽带滤光片(第二输出端口)输出和1660nm(第三输出端口)宽带滤光片输出，而第一输出端口经恒温槽306与测温光纤202相连。因此，波分复用器305将编码脉冲序列光信号通过第一输出端口传送给恒温槽306。

恒温槽306传输编码脉冲序列光信号，连接于测温光纤202。

测温光纤202在传输编码脉冲序列光信号时，该编码脉冲序列光信号会产生背向拉曼散射信号，背向拉曼散射回波信号会沿着测温光纤202返回恒温槽306。

恒温槽306将所述回波信号传送给波分复用器305。

波分复用器305将拉曼散射光进行滤波，得到光纤的反斯托克斯拉曼散射回波信号与光纤的斯托克斯拉曼散射回波信号，再传送给光电探测器307。其中，波分复用器305通过第二输出端口滤波出光纤的反斯托克斯拉曼散射回波信号，通过第三输出端口滤波出光纤的反斯托克斯拉曼散射回波信号。

一个例子中，光电探测器307中的雪崩二极管将背散射斯托克斯光和背散射反斯托克斯光转换成模拟电信号，并传送给放大器308。其中，雪崩二极管具有两个光探测通道。该两个光探测通道分别为：中心波长为1450nm的反斯托克斯光通道、以及中心波长为1660nm的斯托克斯光通道。

放大器308将与回波信号对应的背散射斯托克斯光和背散射反斯托克斯光转换成模拟电信号，进行放大，直到放大到数据采集器309可以采集的范围。

数据采集器309将接收到的两路模拟电信号，分别逐点采集并转换成数字信号，发送给解码发生器310。

解码发生器310将接收到的数字信号进行解码，恢复出背向斯托克斯光与反斯托克斯光的强度值，根据背向斯托克斯光与反斯托克斯光的强度值的比值，得到测温光纤202的各段的温度信息。

斯托克斯光与温度有关，关系如下：

反斯托克斯光强度与温度有关，关系如下：

在本申请的一个实施例中，集中监控计算机110根据背向斯托克斯光与反斯托克斯光的强度值的比值，得到测温光纤202的各段的温度信息。

具体地：反斯托克斯光与斯托克斯光强度的比值为：

上述式中，λ_S为斯托克斯波长，λ_as为反斯托克斯波长，T为绝对温度，c为真空中的光速，h为普朗克常量，k为波尔茨曼常量，Δγ为拉曼频移波数。

测温光纤的温度T为:

上述式中，T为绝对温度,Y(T)为反斯托克斯光与斯托克斯光强度的比值，T₀为恒温槽定标区的绝对温度值，Y(T₀)为定标区处的反斯托克斯光与斯托克斯光强度的比值，h为普朗克常量，c为真空中的光速，k为波尔茨曼常量，Δγ为拉曼频移波数。

可见，解码发生器310是对与拉曼散射光的回波信号相关的信号进行解码，而该与拉曼散射光的回波信号相关的信号是对该回波信号进行滤波、光电转换、放大、采集、模数转换等处理后，而得到的信号。

解码发生器310将解调得到的温度信息，通过通讯协议、通讯接口传输给集中监控计算机110，进行图形显示，温度报警控制。

下面详细阐述，在复合编码信号是经格雷算法与互补相关普罗米修斯正交序列算法而得到的复合编码信号，如何对与回波信号相关的信号进行解码，以得到输出响应信号。

解码发生器310将该与回波信号相关的信号进行格雷解码，得到第一输出响应信号，将该第一输出响应信号进行互补相关普罗米修斯正交序列解码，得到第二输出响应信号，该第二输出响应信号及为向集中监控计算机发送的输出响应信号。

具体地，解码发生器301将复合编码脉冲序列光信号的回波信号相关的信号S₁(t),S₂(t),S₃(t)......S_8m(t)进行分组，分别对每组回波信号进行Golay解码，即用G逆矩阵乘以每组信号，得到测温光纤对单脉冲光信号进行不同时延一路输出响应，从而得到信号S₁(t),S₂(t),S₃(t)......S₈(t)。其中，S₁(t),S₂(t),S₃(t)......S₈(t)包含着CCPONS码的信息。

解码发生器310将信号S₁(t),S₂(t),S₃(t)......S₈(t)中每个CCPONS码的对应的响应相加，得到第二输出响应y₁(t),y₂(t)......y₈(t)。

下面详细阐述，在复合编码信号是经格雷算法与辛普森算法而得到的复合编码信号，如何对与回波信号相关的信号进行解码，以得到输出响应信号。其中，

具体地，解码发生器310将N×4路复合编码脉冲序列光信号的回波信号相关的信号S₁(t),S₂(t),S₃(t)......S_8m(t)进行分组，S₁(t),S₂(t),S₃(t)......S₈(t)分成4组，每N路回波信号为一组。分别对每组回波信号进行S解码，即用S逆矩阵乘以每组信号，得到测温光纤对单脉冲光信号进行不同时延一路输出响应，从而得到信号S₁(t),S₂(t),S₃(t)......S₈(t)。其中，包含着格雷Golay码的信息。

解码发生器310将信号S₁(t),S₂(t),S₃(t)......S₈(t)中每个Golay码的对应的响应相加，得到第二输出响应y₁(t),y₂(t)......y₈(t)。

集中监控计算机110对来自声光调制器303的编码脉冲序列光信号与输出响应进行卷积运算，以对该输出响应信号进行匹配滤波。其中，当把该输出响应信号作为滤波器输入时，编码脉冲激励信号相当于匹配滤波传递函数。

在本申请的一个实施例中，将匹配滤波后的输出响应信号，分成若干集合，对每一集合数据取均值；对均值相邻的两个集合的均值做差值处理，根据差值处理后的信号波形确定故障点位置。

具体地，波分复用器305将编码脉冲序列光信号传输给测温光纤202中，产生背散射斯托克斯光与反斯托克斯光。波分复用器305接收编码脉冲序列光信号经过背向散射返回的回波信号，编码脉冲序列光信号在测温光纤202中的路程为2d,时间为t，得到：

2d＝V×t

V为光在光纤中传播的速度，在t时刻测量到的是离测温光纤202入射端光纤长度为d处局域的背向拉曼散射光。根据上述公式，得到电力电缆故障的位置。

图4是本申请实施例提供的一种电力电缆护套环流系统的结构框图。

电力电缆护套环流系统130至少包括脉冲信号发生器410、调理电路420、数据采集卡430、测温光纤202、集中监控计算机110。

脉冲信号发生器410接收来自集中监控计算机110的该复合编码信号的幅值和脉宽，并产生与该复合编码信号的幅值和脉宽相同的多阶脉冲序列光信号。

需要说明的是，来自集中监控计算机110的复合编码信号可以是分布式光纤测温主机产生的复合编码信号，例如，该复合编码信号是经格雷算法与互补相关普罗米修斯正交序列算法而得到的复合编码信号。又如，该复合编码信号是经格雷算法与辛普森算法而得到的复合编码信号。来自集中监控计算机110的该复合编码信号也可以由该集中监控计算机110产生。具体产生方法参见上文所述。

调理电路420生成辛普森Simplex编码，对该多阶脉冲序列光信号进行辛普森Simplex编码，得到S编码脉冲光信号，将该S编码脉冲光信号注入到测温光纤202上。

调理电路420将测温光纤上返回的回波信号发送给数据采集卡430。

数据采集卡430将波形数据进行采集，发送给集中监控计算机110。其中，某一行的脉冲信号数据采集完成后，脉冲信号采集器410发射下一行脉冲信号，所有脉冲信号采集完成后，将该所有脉冲信号发送给集中监控计算机110。

集中监控计算机110对波形数据进行解码运算，得到电力电缆护层的护套环流信号，并且进行图形展示。

在本申请的一个实施例中，电缆护套环流系统130在护套环流信号参数超出预警预定值时进行报警。

在本申请的另一个实施例中，该护套环流系统的电缆护层接地线还安装有防割盗传感器，在接地电缆被盗时，电缆护套环流系统130产生报警，并通过短信通知巡检人员。

图5是本申请实施例提供的一种电缆局部放电系统框图。

电缆局部放电系统140至少包括高频脉冲电流传感器510、分布式采集终端520、交换机530、测温光纤202、集中监控计算机110。

高频脉冲电流传感器510设置于电力电缆上，以对电缆局部放电信号进行检测，将电缆局部放电信号通过光纤发送给分布式采集终端520。

分布式采集终端520对电缆局部放电信号进行采集，并将所述局部放电信号通过测温光纤发送给交换机530

交换机530将所述局部放电信号传送至集中监控计算机110。

在本申请的一个实施例中，电缆局部放电系统140实时测量电缆线路与电缆接头的局部放电信号，并将各监测终端监测到的波形数据发送给集中监控计算机110，以便集中监控计算机110进行分级报警。

在本申请的另一个实施例中，电缆局部放电系统140通过行波故障测距方式，对故障点距离测算，并且采用多次测距分析的方法进行故障测距，得到故障位置。

在本申请的一个实施例中，在电缆故障发生后，电缆局部放电系统140通过对故障后各馈线之前存储的数据的分析，获得按照发生“可恢复性故障”可能性大小的排列的选线序列，通过内部数据通信网上传到及集中监控计算机110，以便进行分等级维修。

此外，集中监控计算机110记录并显示电缆温度、局部放电信号、载流量、护套环流等数据，在电力电缆出现异常时会通过该集中监控计算机110显示故障位置、故障类型、报警时间、设备名称，并及时通过短信提醒管理人员。

集中监控计算机110可对电缆劣化程度进行判别，对故障预警进行分级管理，并按照不同故障预警等级启动相应等级应急处理预警信息。例如，集中监控计算机110对每个分区的报警探测逻辑可以实现为最大温度(定温)、分区内温升温速率(差温)、分区内最高温度与平均温度之间差值(分区温度均匀程度)三种方式的任意组合。

在本申请的一个实施例中，集中监控计算机110可设定各种探测温度的报警阈值，以及图形化实时显示。

此外，监控平台110还存储了电缆敷设路径、电缆型号规格、维修检修历史数据等，并在发出报警时自动弹出上述信息，可同时监控多条高压电缆，并通过一个显示大屏组显示出来。

图6是本申请实施例提供的一种电力电缆异常检测方法流程图。

步骤601、分布式测温主机产生连续的脉冲序列光信号。

步骤602、分布式测温主机产生复合编码信号。其中，该复合编码信号是经由至少两个算法得到的编码信号。

步骤603、分布式测温主机根据将复合编码信号调制到该分布式测温主机发出的连续光信号，得到编码脉冲序列。

步骤604、分布式测温主机将编码脉冲序列注入测温光纤上。

步骤605、分布式测温主机接收复合码光脉冲序列经光纤传输而产生的拉曼散射光的回波信号。

步骤606、分布式测温主机对与所述回波信号相关信号进行解码，得到输出响应信号，根据输出响应信号确定所述电力电缆的温度数据。其中，与回波信号相关的信号是对所述回波信号进行处理的信号。

步骤607、分布式测温主机将电力电缆温度数据上传至集中监控计算机。

步骤608、集中监控计算机根据电力电缆数据，得到电力电缆的最大载流量，判断电力电缆是否故障，若故障，则发出预警。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种电力电缆的异常检测方法，其特征在于，所述方法包括：

分布式光纤测温主机产生复合编码信号，所述复合编码信号是经由至少两个编码算法而得到的信号；根据所述复合编码信号调制由激光光源发出的连续光信号，产生编码脉冲序列光信号；

将所述编码脉冲序列光信号注入到与所述分布式光纤测温主机对应的测温光纤上；

接收由复合码光脉冲序列经所述光纤传输而产生的拉曼散射光的回波信号；

对与所述回波信号相关信号进行解码，得到输出响应信号，根据所述输出响应信号确定所述电力电缆的温度数据，以便集中监控计算机根据所述温度数据确定所述电力电缆是否故障；

所述分布式光纤测温主机产生复合编码信号，根据所述复合编码信号调制由激光光源发出的连续光信号，产生编码脉冲序列光信号，具体包括：

所述分布式光纤测温主机生成双极性互补相关普罗米修斯正交序列CCPONS码，将所述双极性CCPONS码转换成码长为L的单极性CCPONS码；

对所述由激光光源发出的连续光信号进行格雷编码，得到双极性的格雷码，将所述双极性格雷码转换成码长为M位单极性格雷码；

将所述L位单极性CCPONS码替换所述单极性格雷码中的高位元素，并将所述格雷码中的低位元素进行补位至L位，以得到L×M位编码脉冲序列光信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述温度数据确定所述电力电缆是否故障，具体包括：

将所述电力电缆温度数据发送给集中监控计算机，以便所述集中监控计算机根据所述温度数据，确定相应电力电缆允许通过的最大载流量，并在所述电力电缆载流量超出所述最大载流量时，确定所述电力电缆异常，进而预警。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对与所述回波信号相关的信号进行解码，得到输出响应信号，具体包括：

对所述与所述回波信号相关的信号进行格雷解码，得到第一输出响应信号，所述第一输出响应信号进行CCPONS解码，得到第二输出响应信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过所述编码脉冲序列光信号和所述回波信号，确定所述测温光纤上的故障点位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定所述测温光纤上的故障点位置的步骤，包括：

对所述编码脉冲序列光信号与所述输出响应信号进行卷积运算，以对所述输出响应信号进行匹配滤波；

将匹配滤波后的输出信号，分成若干集合，对每一集合数据取均值；

对相邻的两个集合的均值做差值处理，根据差值处理后的信号波形确定故障点位置。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:

所述集中监控计算机接收由所述电力电缆对应的护套环流系统对电缆护套进行检测而得到护套环流信号；

根据所述护套环流信号，确定所述护套是否异常，并在所述护套出现异常时进行预警。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电力电缆对应的护套环流系统对电缆护套进行检测，具体包括：

所述电力电缆护套环流系统将与所述复合编码信号的幅值和脉宽相同的多阶脉冲，进行辛普森Simplex编码，并将所述Simplex编码信号注入到所述测温光纤上，通过Simplex码信号监测所述电力电缆护套是否发生故障。

8.一种分布式光纤测温主机，其特征在于，包括：

编码发生器，用于产生复合编码信号，所述复合编码信号是经由至少两个编码算法而得到的信号；所述编码发生器还用于生成双极性互补相关普罗米修斯正交序列CCPONS码，将所述双极性CCPONS码转换成码长为L位的单极性CCPONS码；还用于对由激光光源发出的连续光信号进行格雷编码，得到双极性的格雷码，将所述双极性的格雷码转换成码长为M位单极性格雷码；以及还用于将所述L位的单极性CCPONS码替换所述单极性格雷码中的高位元素，并将所述格雷码中的低位元素进行补位至L位，以得到L×M位编码脉冲序列光信号；

声光调制器，用于根据所述复合编码信号调制由激光光源发出的连续光信号，产生编码脉冲序列光信号；

激光光源，用于产生连续的脉冲序列光信号；

波分复用器，用于将所述编码脉冲序列光信号注入到与所述分布式光纤测温主机对应的测温光纤上；以及用于接收由复合码光脉冲序列经所述光纤传输而产生的拉曼散射光的回波信号；

解码发生器，用于对与所述回波信号相关的进行解码，得到输出响应信号，根据所述输出响应信号确定所述电力电缆的温度数据。

9.一种电力电缆的异常检测系统，其特征在于，所述系统包括权利要求8所述的分布式光纤测温主机以及测温光纤、集中监控计算机；

多个所述主机与相应测温光纤相连；

所述集中监控计算机用于接收来自所述主机的电力电缆的温度数据，以根据相应电力电缆的温度数据确定该电力电缆是否故障。

Images