CN206113994U - 一种综合管廊的监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种综合管廊的监测装置，通过布置多种传感器对复杂的管廊环境进行火灾消防、电缆、环境、结构、气体等全方面的监控和数据处理，并及时提供报警，为事故的应急处理争取时间，同时减少了运行维护人员的工作量和难度，有利于及时发现事故及隐患。

Description

一种综合管廊的监测装置

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别是一种综合管廊的监测装置。

背景技术

未来的城市是地上城和地下城所构成的一个“高效率”的整体，那么，综合管廊将在为沟通地上和地下和重要纽带--城市的动脉和神经。综合管廊是城市地下空间开发利用达到一定阶段时候的必然产物，从理论上来说，综合管廊内可以容纳一切市政管线。但因为各种工程管线组合在一起，极容易发生相互间的干扰，如电力电缆与热力管线、电力与煤气管线等之间易产生爆炸或火灾，具有潜在危险。如果综合管廊内部发生故障，若仅通过人的进入展开工作，难度大，不利于控制灾难情事故。

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，简称FBG)是利用光纤材料的光敏性在光纤纤芯上形成具有周期性折射率分布的光栅，其作用实质是在纤芯内形成一个窄带的反射镜，可通过掩膜效应将入射宽带光谱中满足布拉格条件的窄带光反射回光入射的方向。也就是说当传输宽带光源时，一部分窄带光谱沿原传输光纤返回，其余宽带光则直接透射过去。

当光纤光栅感受到外界环境温度发生变化△T或应变变化△ε时，不仅会引起光栅周期Λ的变化，而且还会引起有效折射率的变化，从而引起反射光波长的偏移，这就是光纤光栅传感的基本原理。

利用光纤布拉格光栅可以实现很多物理量的测试，如温度，电流，压力，应变，液位，振动，加速度，倾斜，位移，沉降，拉力……等等。

光纤光栅传感器是近年来发展起来的新一代光纤传感器，由于它具有无温漂、灵敏度高、本征安全、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、灵活方便、易于成网和可远程监控等优点，所以广泛应用于电力、交通、土木领域监测。

光纤光栅传感器可以串联，根据实际情况如测量位置、监测对象的需要来串联光纤光栅传感器，构成传感器组，优化传感器布设方案。

由于光纤光栅传感器本身为无源器件，其监测到的温度、电流、应变、角度、位移、沉降、索力等物理量及传送的信号均为光信号，因而监测现场没有电子设备，只需为集中监测站及无人值守监测站供电。通过无线设置方式，可以实现数据的无线上传，使得管理者在全球的任何地方都可以通过网络远程访问和控制，并通过相关的数据分析结果下达指令。

光纤不受电磁干扰，而且光信号衰减小，传输距离远，所以大大提升了光纤光栅传感器在管廊上的应用。光纤光栅健康监测系统安装及长期使用过程中无需标定，不存在零点漂移。

光纤光栅监测系统集成度高，维护方便，单台光纤光栅传感解调仪可以同时用于温度、电流、应变、位移、加速度、压力、沉降、加速度、索力等不同类型的传感器，光纤光栅解调仪单个通道就可以同时监测一根光纤串接的数十个光纤光栅传感器；多通道光纤光栅传感解调仪可以实时监测成百上千点的温度和应变。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本实用新型提供一种技术方案：

一种综合管廊的监测装置，包括光纤光栅温度传感器、分布式光纤测温装置、光纤光栅电缆测温装置、光纤光栅电流互感器、管廊结构健康监测装置、气体传感器、湿度传感器；所述光纤光栅温度传感器设置在综合管廊顶部，实时监控综合管廊温度变化；所述分布式光纤测温装置设置在每相电缆的表面，实时监控电缆表皮温度变化；所述光纤光栅电缆测温装置在每相电缆上每隔一段距离进行敷设，实时监控电缆导体温度变化；所述光纤光栅电流互感器设置于每相电缆每根接地线上，实时监控电缆线路电流变化；所述管廊结构健康监测装置包括光纤光栅位移传感器、光纤光栅倾斜角传感器、光纤光栅加速度传感器、光纤光栅应变传感器、光纤光栅水准仪，实时监测综合管廊健康状态；所述气体传感器均匀分部于综合管廊内，实时监控地下管廊有毒气体分布情况；所述湿度传感器均匀分布于综合管廊内，实时监控地下管廊湿度分布情况。

进一步的，在本实用新型中，还包括监控中继站，所述监控中继站中设置有光纤光栅解调仪、分布式光纤测温主机、光纤光栅电流互感器合并单元、气体湿度传感器解调集成仪和工业计算机；所述光纤光栅解调仪采集光纤光栅温度传感器、光纤光栅电缆测温装置以及管廊结构健康监测装置的检测数据并进行解调；所述分布式光纤测温主机采集分布式光纤测温装置的检测数据并进行解调；所述光纤光栅电流互感器合并单元采集光纤光栅电流互感器的检测数据并进行解调；所述气体湿度传感器解调集成仪采集气体传感器和湿度传感器的检测收据并分别解调和集成；所述工业计算机对光纤光栅解调仪、分布式光纤测温主机、光纤光栅电流互感器合并单元以及气体湿度传感器解调集成仪的数据进行综合管理。

进一步的，在本实用新型中，上述过程中数据传输通过多芯光缆进行。

有益效果：

本发明采用光纤光栅检测技术完成管廊监控主站对电缆在线温度监测、在线电流监测、接地电流监测，实现电缆载流量的动态分析与监控，护层绝缘状况的监控，实现管廊火灾监测，实现管廊结构健康监测；做到管控一体化，进而全方位开展电缆状态在线监测工作，逐步实现电缆的状态检修，及时提供电缆故障部位和检修指导，避免发生重大事故，为全面提升电网的运行水平提供高可靠性、高质量的保障。

通过集成以上各装置，实现多种参数数据耦合，实现在线实时监测电缆工作状态，保障电缆安全运行，通过进行趋势分析，为维护工作提供指导。为避免事故争取时间，同时减少了运行维护人员的工作量和难度，有利于及时发现事故及隐患。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做更进一步的解释。

整体设计方案

采用光纤传感技术，通过对被测电缆的温度、电流在线测试，实现对电缆的监控，确保用电安全。同时监控管廊火灾，监控管廊内的有毒气体，监测管廊湿度，管廊结构健康监测。

采用分布式光纤测温装置实现电缆沿线的温度监测；采用光纤光栅测温装置实现局部过热点温度和导体温度监测。

根据光纤光栅测温装置及分布式光纤测温装置提供的电缆表面温度数值，加上电缆的散热系数和周围的敷设环境条件，建立电缆表面温度与电缆线芯温度或载流量之间的对应关系。通过合理的数学模型对电缆的线芯温度进行推算，并与其允许温度进行比较，同时计算出电缆线路的实际负载率，及早发现电缆早期隐患，实现电缆导体温度的非接触在线诊断，全面提升电网的运行水平。

采用光纤光栅温度传感器监测综合管廊空气温度，在监测综合管廊火灾的同时，提供环境温度分布状态监测数据。

采用湿度传感器监测管廊湿度分布状况。

利用光纤光栅传感技术，运用光纤光栅电流互感器实时监测运行电缆的接地电流、运行电流。通过对电缆接地线、电缆本身的连续监测，判断电缆的运行状况及故障趋势，及时提供电缆故障部位和检修指导，避免发生重大事故。

采用全光纤传感网络对管廊结构进行监测，实现实时监测土方作业、地质灾害、自然沉降、外部建筑侧压、河道渗水等等外部因素对管廊结构的影响。

采用气体监测报警系统监测综合管廊内有毒气体分布情况，包括可燃气体、硫化氢、氨气、氧气、一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮，为整个系统提供有毒气体分布状态监测数据。

现场具体设备

主要包括火灾消防、电缆、环境、结构、气体等各类传感器。包括：

光纤光栅温度传感器，监测管廊消防安全；

光纤光栅电缆测温装置，监测测点位置导体温度；

分布式光纤测温装置，监测电缆表皮温度场分布；

光纤光栅电流互感器，监测测点导线电流；

多种气体和湿度传感器，监测可燃气体、硫化氢、氨气、氧气、一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮等气体浓度分布，监测管廊内空气湿度分布；

管廊结构健康监测装置，包括光纤光栅应变、位移、倾斜、水准仪，监测管廊结构健康；

多芯光缆，所有信号通过多芯光缆传入监控中继站。

监控中继站：

光纤光栅解调仪：实现光纤光栅温度传感器、光纤光栅电缆测温装置以及管廊结构健康监测装置的数据解调；

分布式光纤测温主机：实现分布式光纤测温装置的数据解调；

光纤光栅电流互感器合并单元：实现光纤电流互感器的数据解调；

气体湿度传感器解调集成仪：实现气体、湿度传感器的数据解调、集成；

工业计算机：实现站点多个解调仪管理，实现站点数据库管理；

机柜及不间断电源：实现站点设备安装及供电、防尘、散热、保护，

局域网终端：实现向服务器发送数据。

服务器：

标准物理量转换软件：实现光纤光栅数据转换；

光纤光栅火灾监测报警软件：对管廊温度监测及火灾预警；

电流监测报警软件：对电缆电流数据监测及报警。

上述过程中涉及的工业计算机管理以及各种软件均为现有技术，可根据需要进行选择使用。

预期效果

本系统可完全实现对地下综合管廊的在线实施监测，无需人工到现场干预，且可靠性高、安全性好、可连续工作且寿命长，若推广使用具有良好的经济效益和社会效益，可为运营单位的工作人员提供更好的工作环境、降低能源消耗、降低维护保养工作量。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种综合管廊的监测装置，其特征在于：包括光纤光栅温度传感器、光纤光栅电缆测温装置、分布式光纤测温装置、光纤光栅电流互感器、管廊结构健康监测装置、气体传感器、湿度传感器；所述光纤光栅温度传感器设置在综合管廊顶部；所述光纤光栅电缆测温装置在每相电缆上每隔一段距离进行敷设；所述分布式光纤测温装置设置在每相电缆的表面；所述光纤光栅电流互感器设置于每相电缆以及每根接地线上；所述管廊结构健康监测装置包括光纤光栅位移传感器、光纤光栅倾斜角传感器、光纤光栅加速度传感器、光纤光栅应变传感器、光纤光栅水准仪；所述气体传感器和湿度传感器都均匀分布于综合管廊内。

2.根据权利要求1所述的综合管廊的监测装置，其特征在于：还包括监控中继站，所述监控中继站中设置有光纤光栅解调仪、分布式光纤测温主机、光纤光栅电流互感器合并单元、气体湿度传感器解调集成仪和工业计算机；所述光纤光栅解调仪采集光纤光栅温度传感器、光纤光栅电缆测温装置以及管廊结构健康监测装置的检测数据并进行解调；所述分布式光纤测温主机采集分布式光纤测温装置的检测数据并进行解调；所述光纤光栅电流互感器合并单元采集光纤光栅电流互感器的检测数据并进行解调；所述气体湿度传感器解调集成仪采集气体传感器和湿度传感器的检测收据并分别解调和集成；所述工业计算机对光纤光栅解调仪、分布式光纤测温主机、光纤光栅电流互感器合并单元以及气体湿度传感器解调集成仪的数据进行综合管理。

3.根据权利要求2所述的综合管廊的监测装置，其特征在于：上述过程中数据传输通过多芯光缆进行。