CN202433122U

CN202433122U - 分布式智能电网光纤测温系统

Info

Publication number: CN202433122U
Application number: CN2012200056978U
Authority: CN
Inventors: 王天枢; 张艺引; 林雪; 蒋播; 韩鹏; 应付全; 周辰芳; 管青青
Original assignee: Hangzhou Electronic Science and Technology University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University; Hangzhou Electronic Science and Technology University
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2022-01-06

Abstract

本实用新型涉及分布式智能电网光纤测温系统，包括脉冲光纤激光器、光纤耦合器、传感光纤、波分复用器、第一、二光探测器、信号处理和高速数据采集定位单元，脉冲光纤激光器与光纤耦合器的输入端通过通信光纤连接，光纤耦合器第二端与传感光纤通过通信光纤连接，传感光纤上分布着多个温度监测点，使用时，紧密粘贴在智能电网中各个动静开关接头和/或活动触头后端，以监测其温度；耦合器的第三端通过通信光纤与波分复用器的第一端连接，波分复用器的第二端通过通信光纤连接第一光探测器的输入端，波分复用器的第三端通过通信光纤连接第二光探测器的输入端；第一、二光探测器的输出端分别与信号处理和高速数据采集定位单元的两端通过通信光纤连接。

Description

分布式智能电网光纤测温系统

技术领域

本实用新型属于温度测量系统技术领域，具体涉及一种分布式智能电网光纤测温系统，其可以为高压输电线路提供光纤温度实时自动监测，具有高精度、分布式多点测量、检测误差低、响应速度快等特点，其还可应用于隧道、体育场馆、水库大坝等大型建筑的温度实时监测。

背景技术

智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向，并被认为是21世纪世界电力系统的重大科技创新和发展趋势。智能电网就是电网的智能化，它是建立在集成、高速、双向通信网络的基础上，将先进的传感和测量技术、先进的设备和控制方法等有效结合，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标运行，并优化电网的运行和管理。美国首先提出了智能化电网建设，我国也提出了建设具有中国特色的智能电网的战略要求。

由于电力系统网络结构复杂、分布面广，网络上存在着各种各样的隐患，电网设备中的触头和接头等都是电网安全的重要因素。统计结果表明，故障主要由在开关柜中动静触头和电缆接头在大电流作用下长时间发热的老化而引起的。因此，如何实时监测升温导致的故障隐患，直接关系到智能电网的生产安全与运行稳定。

光纤传感器是光纤传感技术、自动测量技术和智能仪表技术相结合的产物，测量信号的载体是光波，对被测环境干扰小；光纤的材质石英抗电磁干扰且避免电火花，特别是其传感头不带电，适用于恶劣环境的检测；光纤损耗低，可以实现现场与监控中心的远距离隔离，又易于形成网络化管理。光纤传感具有测量精度高、动态范围大、灵敏度高、防爆、抗电磁干扰、耐高压、耐腐蚀、体积小、维护要求低等特性，且其具有快速的响应能力。因此，采用光纤传感器作为电缆、建筑物等温度测量系统具有无可比拟的优越性。

光纤用于智能电网的温度传感有着其它传感器不可比拟的优势：

1、适合于长距离测量。光纤传输损耗低(0.2dB/km)，可长距离传输，并且光纤体积小、重量轻、柔软可弯折、化学性质稳定，因而可将传感探头放入恶劣环境中，由光纤将信号引出，在远距离安全地带进行遥测遥控。

2、高压输电线路的温度传感易受电磁干扰，而光纤传感器不受电磁干扰，且信号光功率很低、精度高，这是光纤传感器优于电类温度传感器的重要特点。

3、传感单元结构简单、稳定可靠。采用光纤作为传感探头，激光信号作为传感源，结构简单，测量信息准确，是公认的高稳定性传感器。

4、可组成分布式光纤传感网络系统。电力线路距离长，温度测量要求多点、多种参量的实时监测和控制，由于光纤的频带宽，传输的信息量大，若采用分布式网络技术可以组成一个光纤多点传感系统，从而实现分布式多点测量，大大方便了系统的维护管理。

因此，分布式智能电网光纤测温系统旨在开发符合智能电网测温要求的多点温度精确测量系统。由于很多测量方法较难精确读取温度信息，往往测量误差较大，而采用光纤拉曼散射对温度变化的敏感性及相应的检测方法，经多次实验证明可以精确测量温度信息。以往在温度测量中使用的电子传感器、红外传感器等易受电磁干扰，且很难实现远距离测量，已经开始被性能优越的多种光纤温度测量仪器所代替，研究一种具有高精度、远距离、安全稳定的分布式光纤温度传感系统是十分必要的。

发明内容

本实用新型利用拉曼型分布式光纤传感器原理，提供了一种分布式智能电网光纤测温系统，为高压输电线路需温度测量及实时监测提供了一种高精度、分布式、检测误差低、响应速度快的光纤温度自动测量设备，不仅具有迫切的市场需求和良好的市场前景，也能应用于隧道、体育场馆、水库大坝等大型建筑，而且可以提高温度测量和危险告警水平，具有巨大的社会效益。

本实用新型的目的是利用受激拉曼散射原理来测量温度，并将其运用于智能电网，以实现：(1)对温度的精确测量；(2)精确定位测量位置。

本实用新型采用如下技术方案：分布式智能电网光纤测温系统，包括脉冲光纤激光器(1)、光纤耦合器(2)、传感光纤(3)、波分复用器(4)、第一光探测器(51)、第二光探测器(52)、信号处理和高速数据采集定位单元(6)，脉冲光纤激光器(1)输出脉冲激光，与光纤耦合器(2)的输入端口(a)通过通信光纤连接，光纤耦合器(2)的第二端(b)与传感光纤(3)通过通信光纤连接，传感光纤(3)上分布着多个温度监测点(31、32、…、3N)，使用时，这些温度监测点紧密粘贴在智能电网中各个动静开关接头和/或活动触头后端，以监测其温度；耦合器(2)的第三端(c)通过通信光纤与波分复用器(4)的第一端(d)连接，波分复用器(4)的第二端(e)通过通信光纤连接第一光探测器(51)的输入端，波分复用器(4)的第三端(f)通过通信光纤连接第二光探测器(52)的输入端；第一光探测器(51)、第二光探测器(52)的输出端分别与信号处理和高速数据采集定位单元(6)的两端口(g)、(h)通过通信光纤连接。

所述的分布式智能电网光纤测温系统，脉冲光纤激光器(1)采用大功率脉冲光纤激光器，输出功率10W以上。

所述的分布式智能电网光纤测温系统，传感光纤(3)为多模光纤。

所述的分布式智能电网光纤测温系统，第一光探测器(51)、第二光探测器(52)都采用雪崩光电二极管。

脉冲光纤激光器(1)是光纤温度传感器的信号源，产生的脉冲激光通过光纤耦合器(2)进入分布着多个温度测量点(31、32…3N)的传感光纤(3)中，产生受激拉曼散射效应，生成的反斯托克斯光信号对温度敏感，形成光调制、非调制光和调制光波长不同，能够对传感光纤(3)上的多个传感点(31、32…3N)进行温度监测，使用时，这些传感点紧密粘贴在智能电网中各个动静开关接头和/或活动触头后端，以监测其温度，通过波分复用器解复用后分别经光探测器变成电信号，再通过归一化测量算法数据处理和光时域反射定位，实时显示温度。

本实用新型分布式智能电网光纤测温系统实现了实时监测传感点温度，该高精度、多点分布式智能电网光纤测温系统，不仅具有安全防爆、安装简便、测量精确、灵敏度高等优点，更可根据限位随时改变放置位置。

本实用新型利用光纤受激拉曼散射效应对温度变化的敏感性构建系统，提高测量精度，减小测量误差；一套系统可同时监测一根光纤上的多点温度变化情况，其精度高、不受电磁干扰、可远程安全地测量智能电网中多个活动触头和接头的温度参数，保证了智能电网的安全性。其也可用于隧道、体育场馆和水坝等大型建筑工程重要位置的实时温度监测等。

附图说明

图1是基于受激拉曼散射效应测温原理示意图。

图2是分布式智能电网光纤测温系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

参见图2，分布式智能电网光纤测温系统包括脉冲光纤激光器1、光纤耦合器2、传感光纤3、波分复用器4、光探测器51、52、信号处理和高速数据采集定位单元6，脉冲激光器1采用大功率脉冲光纤激光器，输出功率10W以上，脉冲光纤激光器1输出稳定的脉冲激光作为传感系统优质信号源，与光纤耦合器2的输入端口a端通过通信光纤连接。光纤耦合器2的b端与传感光纤3通过通信光纤连接，传感光纤3为多模光纤，传感光纤3上分布着多个温度监测点31、32、…、3N，可同时监测多点温度变化情况，使用时，这些温度监测点紧密粘贴在智能电网中各个动静开关接头和/或活动触头后端，以监测其温度。大功率窄脉宽激光脉冲入射到传感光纤3后，激光与光纤结构分子相互作用，产生极其微弱的背向散射光，包括温度不敏感的斯托克斯光和温度敏感的反斯托克斯光，两种背向散射光反射回光纤耦合器2。

光纤耦合器2的c端通过通信光纤与波分复用器4的d端连接，波分复用器4的e端通过通信光纤连接光探测器51的输入端，波分复用器4的f端通过通信光纤连接另一光探测器52的输入端，光探测器51、52采用雪崩光电二极管(APD)，灵敏度高，提高了温度测量的精度和距离。波长不同的两种背向散射光，经波分复用器4分离后分别由高灵敏的雪崩光电探测器51、52探测，根据两者的光强比值计算出温度。

传感测量点位置的确定采用光时域反射技术，利用高速数据采集测量，光探测器51和光探测器52的另一端即输出端分别与信号处理和高速数据采集定位单元6的端口g和h通过通信光纤连接，处理经波分复用器4分离后的两种光即斯托克斯光和反斯托克斯光；高速数据采集测量散射信号的回波时间即可确定散射信号所对应的光纤监测位置。信号处理与高速数据采集定位单元6具有信号处理和高速数据采集定位功能，可采用现有技术实现，其通过高增益、宽带宽的低噪声功率放大器实现对微弱信号的检测，再利用高速数据采集卡和高速A/D模块进行数据采集处理，并采用高速数据采集软件，实现信号的高速采集并解调信号的传感信息，使得能实时显示温度及温度变化。高速数据采集定位采用了光是域反射原理，对传感点进行定位，提高了定位精度和信息处理的准确性。

图1为受激拉曼散射效应测温原理示意图。脉冲激光进入光纤3中，与光纤结构分子相互作用，产生受激拉曼散射效应，生成极其微弱的背向散射光，其中温度不敏感的斯托克斯光为非调制光，而对温度敏感的反斯托克斯光形成光调制，非调制光和调制光波长不同，对称分布在拉曼泵浦光两侧，通过波分复用器4解复用后分别经光探测器51和光探测器52变成电信号，再通过归一化测量算法对数据进行处理，传感光纤3上分布多个温度监测点31、32…3N，监测多点温度，利用光时域反射原理进行高速数据采集定位，并实时显示多点温度变化及其位置。

以上对本实用新型的优选实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当认识到，依据本实用新型提供的思想，在本实用新型具体的实施例和应用范围上均会有改变之处，这些改变也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.分布式智能电网光纤测温系统，其特征是包括脉冲光纤激光器(1)、光纤耦合器(2)、传感光纤(3)、波分复用器(4)、第一光探测器(51)、第二光探测器(52)、信号处理和高速数据采集定位单元(6)，脉冲光纤激光器(1)输出脉冲激光，与光纤耦合器(2)的输入端口(a)通过通信光纤连接，光纤耦合器(2)的第二端(b)与传感光纤(3)通过通信光纤连接，传感光纤(3)上分布着多个温度监测点(31、32、…、3N)；耦合器(2)的第三端(c)通过通信光纤与波分复用器(4)的第一端(d)连接，波分复用器(4)的第二端(e)通过通信光纤连接第一光探测器(51)的输入端，波分复用器(4)的第三端(f)通过通信光纤连接第二光探测器(52)的输入端；第一光探测器(51)、第二光探测器(52)的输出端分别与信号处理和高速数据采集定位单元(6)的两端口(g)、(h)通过通信光纤连接。

2.如权利要求1所述的分布式智能电网光纤测温系统，其特征是：所述的脉冲光纤激光器(1)采用大功率脉冲光纤激光器，输出功率10W以上。

3.如权利要求1所述的分布式智能电网光纤测温系统，其特征是：所述的传感光纤(3)为多模光纤。

4.如权利要求1所述的分布式智能电网光纤测温系统，其特征是：所述的第一光探测器(51)、第二光探测器(52)都采用雪崩光电二极管。