CN216558763U - 基于光纤光栅的高压电缆弧垂与舞动监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电缆弧垂检测领域，提供一种基于光纤光栅的高压电缆弧垂与舞动监测系统，包括：机箱箱体、检测控制板、电源单元和光电单元；所述检测控制板包括：解调电路板和通信单元，所述通信单元包括：GPRS模块和NB‑IOT模块；所述解调电路板与所述电源单元、所述光电单元和所述通信单元电性连接，所述通信单元与互联网相互通信；所述机箱箱体由正面板、左侧板、右侧板、背面板、底板和上盖组成；所述机箱箱体包括：上层箱体和下层箱体，所述上层箱体和所述下层箱体之间通过隔板隔开。本实用新型提供的监测系统能在较强电场以及复杂气候条件下精确测量被测电缆的弧垂与舞动，有效增加了电缆状态检测的准确性与效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及电缆弧垂检测领域，尤其涉及一种基于光纤光栅的高压电缆弧垂与舞动监测系统。
背景技术
输电线路弧垂过大、过小情况容易受到大自然恶劣强风天气的影响，弧垂过大，导线的对地、对树、对建筑物、构筑物等各类跨越物的距离就会相应缩小，造成触电危险，另外弧垂过大也容易引起导线碰线，造成相间闪络；弧垂过小会增加导线受力，当超过导线可承受值时，线路有被崩断的风险。因此，有必要加强输电线路导线弧垂数值检测，以应对弧垂隐患状态，保障供电线路平稳运行架空输电线路覆冰和舞动容易造成导线断线、杆塔倒塌、绝缘子闪络等事故，给社会造成了巨大的经济损失。对架空输电线路进行覆冰状态的在线监测可以实时获得输电线路覆冰状况，提前调度电网负荷，启动融冰设备，有效避免灾害的发生。
现有覆冰在线监测方法主要有气象法、图像监控器法、导线温度倾角法和称重法、以上方法都为间接测量方法，测量误差较大，且由于高压电缆存在较强电场，不宜用一般的电类传感器直接测量。
上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于光纤光栅的高压电缆弧垂与舞动监测系统，包括：机箱箱体、检测控制板、电源单元和光电单元；
所述检测控制板包括：解调电路板和通信单元，所述通信单元包括：GPRS模块和NB-IOT模块；
所述解调电路板与所述电源单元、所述光电单元和所述通信单元电性连接，所述通信单元与互联网相互通信；
所述机箱箱体由正面板、左侧板、右侧板、背面板、底板和上盖组成；
所述机箱箱体包括：上层箱体和下层箱体，所述上层箱体和所述下层箱体之间通过隔板隔开；
所述检测控制板设置在所述上层箱体内。
优选地，所述光电单元包括：激光器、激光器驱动板、光电探测器、光栅光路和环形器；
所述解调电路板与所述激光器和所述光电探测器电性连接，所述激光器与所述激光器驱动板电性连接；
所述激光器通过所述环形器向所述光栅光路发射光信号，所述光栅光路通过所述环形器向所述光电探测器反射光信号；
所述光栅光路包括：应变光栅和温补光栅。
优选地：
所述检测控制板固定设置在所述上层箱体中靠近所述左侧板的一侧；
在所述上层箱体的中部，从所述背面板至所述正面板依次固定设置所述激光器和所述光电探测器，所述光电探测器与所述激光器连接；
所述激光器驱动板固定设置在所述上层箱体中靠近所述右侧板的一侧，并与所述激光器连接；
所述环形器固定设置在所述机箱箱体的外部，并在光栅光路与所述激光器和所述光电探测器之间；
所述光栅光路设置在所述机箱箱体的外部，并与被测电缆通过机械结构刚性连接。
优选地，所述电源单元包括：第一蓄电池、第二蓄电池、太阳能电池板、太阳控制器和电平转换板；
所述太阳能控制器与所述第一蓄电池、所述第二蓄电池、所述太阳能电池板和所述电平转换板电性连接，所述电平转换板与所述检测控制板电性连接。
优选地：
所述第一蓄电池固定设置在所述下层箱体中靠近所述右侧板的一侧；
所述第二蓄电池固定设置在所述下层箱体中靠近所述左侧板的一侧；
所述太阳能控制器固定设置在所述第一蓄电池与所述第二蓄电池之间；
所述电平转换板固定设置在所述隔板的下侧，并位于所述第一蓄电池的上方；
所述太阳能电池板放置在所述机箱箱体的外部。
优选地，还包括：开关按钮、NB-IOT天线接口、GPRS天线接口、第一光纤接口、第二光纤接口和充电接口；
所述上层箱体的正面板上，从所述左侧板至所述右侧板依次设置所述开关按钮、所述NB-IOT天线接口、所述GPRS天线接口、所述第一光纤接口和所述第二光纤接口；
所述充电接口设置于所述下层箱体的正面板的中部。
本实用新型具有以下有益效果：
本监测系统能在较强电场以及复杂气候条件下精确测量被测电缆的弧垂与舞动，有效增加了电缆状态检测的准确性与效率。
附图说明
图1为本实用新型实施例系统结构图；
图2为基于光纤光栅的高压电缆弧垂与舞动监测系统的俯视图；
图3为基于光纤光栅的高压电缆弧垂与舞动监测系统的后视图；
图4为基于光纤光栅的高压电缆弧垂与舞动监测系统的正视图；
图5为被测电缆示意图；
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参照图1，本实用新型提供一种基于光纤光栅的高压电缆弧垂与舞动监测系统，包括：机箱箱体、检测控制板1、电源单元和光电单元；
所述检测控制板1包括：解调电路板和通信单元，所述通信单元包括：GPRS模块和NB-IOT模块；
所述解调电路板与所述电源单元、所述光电单元和所述通信单元电性连接，所述通信单元与互联网相互通信；
所述机箱箱体由正面板8、左侧板9、右侧板10、背面板11、底板13和上盖12组成；
所述机箱箱体包括：上层箱体和下层箱体，所述上层箱体和所述下层箱体之间通过隔板隔开；
所述检测控制板1设置在所述上层箱体内。
参考图2-4，本实施例中，所述光电单元包括：激光器2、激光器驱动板3、光电探测器20、光栅光路和环形器；
所述解调电路板与所述激光器2和所述光电探测器20电性连接，所述激光器2与所述激光器驱动板3电性连接；
所述激光器2通过所述环形器向所述光栅光路发射光信号，所述光栅光路通过所述环形器向所述光电探测器20反射光信号；
所述光栅光路包括：应变光栅和温补光栅。
本实施例中：
所述检测控制板1固定设置在所述上层箱体中靠近所述左侧板9的一侧；
在所述上层箱体的中部，从所述背面板11至所述正面板8依次固定设置所述激光器2和所述光电探测器20，所述光电探测器20与所述激光器2连接；
所述激光器驱动板3固定设置在所述上层箱体中靠近所述右侧板10的一侧，并与所述激光器2连接；
所述环形器固定设置在所述机箱箱体的外部，并在光栅光路与所述激光器2和所述光电探测器20之间；
所述光栅光路设置在所述机箱箱体的外部，并与被测电缆通过机械结构刚性连接。
本实施例中，所述电源单元包括：第一蓄电池4、第二蓄电池5、太阳能电池板、太阳控制器6和电平转换板7；
所述太阳能控制器6与所述第一蓄电池4、所述第二蓄电池5、所述太阳能电池板和所述电平转换板7电性连接，所述电平转换板7与所述检测控制板1电性连接。
本实施例中：
所述第一蓄电池4固定设置在所述下层箱体中靠近所述右侧板10的一侧；
所述第二蓄电池5固定设置在所述下层箱体中靠近所述左侧板9的一侧；
所述太阳能控制器6固定设置在所述第一蓄电池4与所述第二蓄电池5之间；
所述电平转换板7固定设置在所述隔板的下侧，并位于所述第一蓄电池4的上方；
所述太阳能电池板放置在所述机箱箱体的外部。
本实施例中，还包括：开关按钮14、NB-IOT天线接口15、GPRS天线接口16、第一光纤接口17、第二光纤接口18和充电接口19；
所述上层箱体的正面板8上，从所述左侧板9至所述右侧板10依次设置所述开关按钮14、所述NB-IOT天线接口15、所述GPRS天线接口16、所述第一光纤接口17和所述第二光纤接口18；
所述充电接口19设置于所述下层箱体的正面板8的中部。
具体实现中，开关按钮14用于控制整个监测系统的开启和关闭；
第一光纤接口17用于将光纤穿过正面板8，使得激光器2发出的光信号通过穿过第一光纤接口17的光纤传输至光栅光路；
第二光纤接口18用于将光纤穿过正面板8，使得光栅光路反射的光信号通过穿过第二光纤接口18的光纤传输至光电探测器20；
外部的NB-IOT天线通过NB-IOT天线接口15与NB-IOT模块电性连接；
外部的GPRS天线通过GPRS天线接口16与GPRS模块电性连接；
外部的太阳能电池板通过充电接口19与太阳能控制器6电性连接。
本实用新型提供一种基于光纤光栅的高压电缆弧垂与舞动监测方法，基于上述的基于光纤光栅的高压电缆弧垂与舞动监测系统实现，包括：
S1：启动电源单元，通过所述电源单元的第一蓄电池4、第二蓄电池5和太阳能电池板为整个系统供电，将光栅光路安装在被测电缆上；
S2：解调电路板接收第一同步信号和第二同步信号，所述第一同步信号的周期为T1，所述第二同步信号的周期为T2，T2大于T1，所述第一同步信号与所述第二同步信号触发时的上升沿相匹配；设置激光器2的波长范围[λl，λh]和步进波长Δλ；T1、T2、λl、λh和Δλ的值可根据监测需求具体设置，其中需要满足λh＝λl+Δλ*q，q为正整数；
S3：开始T2周期，所述激光器2以最小波长λl发射输出激光，同时所述激光器2向所述解调电路板发出第二同步信号；
S4：每经过周期T1所述输出激光的波长增加Δλ，同时所述激光器2向所述解调电路板发出一次第一同步信号，直至所述输出激光的波长达到最大波长λh时结束T2周期；
S5：所述光栅光路将所述输出激光经过反射后，向光电探测器20输出反射激光，所述光电探测器20获取所述反射激光的反射功率；
S6：选取所述反射功率中的功率最大值，将所述功率最大值对应的波长作为该次T2周期内的测量波长；
S7：通过所述测量波长实时获得该次T2周期内被测电缆的弧垂值；
S8：重复步骤S3-S7共n次，获得n个T2周期内被测电缆的弧垂值；
S9：通过所述弧垂值实时判断所述被测电缆产生弧垂或舞动的程度；
S10：将所述被测电缆产生弧垂或舞动的程度通过NB-IOT模块传输给网络，当所述NB-IOT模块无法工作时，通过GPRS模块进行传输。
参考图5，本实施例中，A和B为被测电缆的两端，在A端和B端的塔杆悬挂点附近装有光栅应变传感器，可以实时监测到被测电缆的各应变量；
步骤S7具体为：
S71：计算获得被测电缆初始长度LAB0，计算公式如下：
其中，f0为被测电缆的初始弧垂，l为被测电缆两端的直线距离；f0可在将光栅光路安装在被测电缆上时被测得(或由施工参数查询)；
S72：所述测量波长包括：应变光栅的测量波长λ和温补光栅的测量波长λt；
根据所述应变光栅的测量波长和所述温补光栅的测量波长计算获得被测电缆偏移度ε，计算公式如下：
其中，λ0为应变光栅安装时的初始波长，λt0为温补光栅安装时的初始波长，a为温补光栅的温度灵敏度系数，b为应变光栅的温度灵敏度系数，k为应变光栅的灵敏度系数；
S73：通过所述被测电缆偏移度和所述被测电缆初始长度计算获得被测电缆的当前弧垂LAB，计算公式如下：
LAB＝ε+1LAB0
S74：计算获得被测电缆的弧垂值f，计算公式如下：
本实施例中，步骤S9具体为：
根据被测电缆的安装要求，配置最大弧垂值为fmax，若该次T2周期内被测电缆的弧垂值始终大于fmax，则监测系统发出弧垂告警信号；
将弧垂值f与被测电缆的初始弧垂f0的差的绝对值作为弧垂波动，设置弧垂波动的阈值为Δf和最大超过数w，若在n个T2周期内超过w次弧垂波动大于Δf，则监测系统发出舞动告警信号。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词语解释为标识。
以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于光纤光栅的高压电缆弧垂与舞动监测系统，其特征在于，包括：机箱箱体、检测控制板(1)、电源单元和光电单元；
所述检测控制板(1)包括：解调电路板和通信单元，所述通信单元包括：GPRS模块和NB-IOT模块；
所述解调电路板与所述电源单元、所述光电单元和所述通信单元电性连接，所述通信单元与互联网相互通信；
所述机箱箱体由正面板(8)、左侧板(9)、右侧板(10)、背面板(11)、底板(13)和上盖(12)组成；
所述机箱箱体包括：上层箱体和下层箱体，所述上层箱体和所述下层箱体之间通过隔板隔开；
所述检测控制板(1)设置在所述上层箱体内。
2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的高压电缆弧垂与舞动监测系统，其特征在于，所述光电单元包括：激光器(2)、激光器驱动板(3)、光电探测器(20)、光栅光路和环形器；
所述解调电路板与所述激光器(2)和所述光电探测器(20)电性连接，所述激光器(2)与所述激光器驱动板(3)电性连接；
所述激光器(2)通过所述环形器向所述光栅光路发射光信号，所述光栅光路通过所述环形器向所述光电探测器(20)反射光信号；
所述光栅光路包括：应变光栅和温补光栅。
3.根据权利要求2所述的基于光纤光栅的高压电缆弧垂与舞动监测系统，其特征在于：
所述检测控制板(1)固定设置在所述上层箱体中靠近所述左侧板(9)的一侧；
在所述上层箱体的中部，从所述背面板(11)至所述正面板(8)依次固定设置所述激光器(2)和所述光电探测器(20)，所述光电探测器(20)与所述激光器(2)连接；
所述激光器驱动板(3)固定设置在所述上层箱体中靠近所述右侧板(10)的一侧，并与所述激光器(2)连接；
所述环形器固定设置在所述机箱箱体的外部，并在光栅光路与所述激光器(2)和所述光电探测器(20)之间；
所述光栅光路设置在所述机箱箱体的外部，并与被测电缆通过机械结构刚性连接。
4.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的高压电缆弧垂与舞动监测系统，其特征在于，所述电源单元包括：第一蓄电池(4)、第二蓄电池(5)、太阳能电池板、太阳能控制器(6)和电平转换板(7)；
所述太阳能控制器(6)与所述第一蓄电池(4)、所述第二蓄电池(5)、所述太阳能电池板和所述电平转换板(7)电性连接，所述电平转换板(7)与所述检测控制板(1)电性连接。
5.根据权利要求4所述的基于光纤光栅的高压电缆弧垂与舞动监测系统，其特征在于：
所述第一蓄电池(4)固定设置在所述下层箱体中靠近所述右侧板(10)的一侧；
所述第二蓄电池(5)固定设置在所述下层箱体中靠近所述左侧板(9)的一侧；
所述太阳能控制器(6)固定设置在所述第一蓄电池(4)与所述第二蓄电池(5)之间；
所述电平转换板(7)固定设置在所述隔板的下侧，并位于所述第一蓄电池(4)的上方；
所述太阳能电池板放置在所述机箱箱体的外部。
6.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的高压电缆弧垂与舞动监测系统，其特征在于，还包括：开关按钮(14)、NB-IOT天线接口(15)、GPRS天线接口(16)、第一光纤接口(17)、第二光纤接口(18)和充电接口(19)；
所述上层箱体的正面板(8)上，从所述左侧板(9)至所述右侧板(10)依次设置所述开关按钮(14)、所述NB-IOT天线接口(15)、所述GPRS天线接口(16)、所述第一光纤接口(17)和所述第二光纤接口(18)；
所述充电接口(19)设置于所述下层箱体的正面板(8)的中部。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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| CN202123057465.5U Active CN216558763U (zh) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 基于光纤光栅的高压电缆弧垂与舞动监测系统 |
Country Status (1)
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