电缆隧道光纤在线温度监测系统技术方案

电缆隧道光纤在线温度监测系统包括光路耦合器，光路耦合器分别与BBS、光滤波器和恒温槽相连接，其中，恒温槽与连接到隧道电缆的传感光纤相连接，光滤波器与光接收机相连接，光接收机与数据采集与处理模块相连接，数据采集与处理模块与计算机相连接，BBS与计算机相连接。具有结构合理、操作简单、安全可靠、监测及时、判断准确等特点。采用先进的光时域反射技术和喇曼散射光对温度敏感的特性，探测出沿着光纤不同位置的温度的变化，提高了监测结果的准确性和通用性，实现电力电缆的系统、全面和准确的监测，从根本上消除了环境和电磁干扰对测量结果的影响，是理想的供电网络中对电力电缆进行实时监测的电缆隧道光纤在线温度监测专用配套装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是供电网络在线检测技术，更详细地讲是关于供电网络、石油管网、 隧道、大坝及大型设备中对管路、电缆进行实时监测的电缆隧道光纤在线温度监测系统。
技术介绍
由于高压电力电缆铺设于地下，长时间运行后检修常常不到位，再加上环境温度等因素的影响，部分有缺陷的位置往往会发热，并且电流越大，温度升高越快，发热点电阻增大，从而产生更多的热量，使得电阻进一步增大，温度继续升高，形成恶性循环。如果不及时发现和处理，最终将导致起火或爆炸，造成线路损坏，严重的可引发火灾和大面积的停电事故。这一现象在负荷增长较快的地区显得尤为普遍。目前，对电力电缆的重要部位如接头等的温度监测主要仍靠人工去测量，例如定期派人到现场用红外线或激光测温仪进行远距离测量，这种人工测量的方法主要存在以下问题①监测周期长，许多地方发热现象得不到及时发现和处理；②监测范围受限制，只能检测电缆接头，无法对封闭在管道里的电力电缆部分进行监测；③检测和分析判断由人工进行，因此检测和分析结果受人为因素影响较大；④红外线或激光测温仪价格往往比较昂贵，受资金影响，其普及和推广难度较大。近年来，ABB、西门子及国内一些生产厂家也陆续开发出了一些高压电力电缆温度监测设备，但从应用情况来看，效果不好，主要表现在以下几个方面①高电压的隔离是高压电力电缆温度监测系统的技术难点也是技术关键。现有的温度监测方法主要采用热电耦、热电阻、半导体温度传感器等温度传感元件实现，这些温度传感器一般都不是直接测量带电物体的温度，并且需要通过金属导线传输信号，传感器本身以及其信号传输通道受电磁干扰和环境的影响较大，无法保证绝缘性能，因而无法保证监测结果的准确性；②传统的温度监测普遍存在传感器体积偏大、安装困难、易受环境和周围电磁场的干扰、需人工操作、实现在线监测的成本高昂等问题，尤其无法在整条电力电缆上安装，只能实现一小部分电力电缆的部分接头的温度监测，无法实现全部电力电缆的系统、全面、准确监测；③现有的电力电缆温度监测系统或设备，绝大部分是电力一次设备生产厂家开发出的针对自己产品的监测设备，功能单一，通用性差，执行标准混乱，并且与变电综合自动化等监控系统接口困难，很难进行普及和推广。
技术实现思路
本专利技术提供了一种能消除上述缺点，具有结构合理、操作简单、安全可靠、监测及时、判断准确、成本低、效率高、稳定性好等特点的电缆隧道光纤在线温度监测系统，尤其是采用先进的光时域反射技术和喇曼散射光对温度敏感的特性，探测出沿着光纤不同位置的温度的变化，提高了监测结果的准确性和通用性，实现电力电缆的系统、全面和准确的监测；采用传感光纤作探测器，从根本上消除了环境和电磁干扰对测量结果的影响，具备防爆、防雷、防腐蚀、抗电磁干扰等优点，可用于高压电缆、皮带机、石油、管道泄漏、隧道火灾探测、大坝安全监测等。该系统采集的温度信息通过光信号传输，不受电磁干扰，防潮湿，传输距离长，损耗小，也易扩展；是理想的供电网络中对电力电缆进行实时监测的电缆隧道光纤在线温度监测专用配套装置。本专利技术的电缆隧道光纤在线温度监测系统包括光路耦合器，光路耦合器分别与 BBS、光滤波器和恒温槽相连接，其中，恒温槽与连接到隧道电缆的传感光纤相连接，光滤波器与光接收机相连接，光接收机与数据采集与处理模块相连接，数据采集与处理模块与计算机相连接，BBS与计算机相连接。所述BBS包括半导体激光器，BBS通过激光器尾纤与光路耦合器连接，BBS在计算机控制下输出光脉冲。所述光路耦合器是输入端接收BBS输出的光脉冲，其输出连接恒温槽，通过恒温槽将光脉冲输出传送至传感光纤。所述光路耦合器是将传感光纤散射回来的喇曼散射光耦合至光滤波器，经光滤波器从喇曼散射光中滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，由光接收机接收斯托克斯光和反斯托克斯光，并进行光电转换和放大处理，输出处理后的信号，该信号由数据采集与处理模块进行采样和处理，经计算机计算出温度。该系统原理是利用光纤的光时域反射仪原理和光纤的后向喇曼散射温度效应， 即当一个光脉冲从光纤的一端射入光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播；在传播中的每一点都会产生反射，反射之中有一小部分的反射光，其方向正好与入射光的方向相反； 这种后向反射光的强度与光线中的反射点的温度有一定的关系；也就是说，后向反射光的强度可以反映出反射点的温度；利用测量出后向反射光的强度，计算出反射点的温度。所述BBS(指的是“光源”，即“发光设备”)用于在计算机控制下输出光脉冲；所述光路耦合器用于接收所述BBS输出的光脉冲，输出给恒温槽；所述恒温槽用于将所述光脉冲输出给传感光纤；所述光路耦合器用于将所述传感光纤散射回来的喇曼散射光耦合至光滤波器；所述光滤波器用于从所述喇曼散射光中滤出斯托克斯光和反斯托克斯光；所述光接收机分别用于接收所述斯托克斯光和反斯托克斯光，并进行光电转换和放大处理，输出处理后的信号；所述数据采集与处理模块用于对所述光接收机输出的信号进行采样和处理，输出处理后的数据信号；所述计算机用于根据所述数据采集与处理模块输出的数据信号，计算出温度。进一步的，所述BBS还包括半导体激光器，所述BBS通过激光器尾纤与所述光路耦合器连接。该系统所依据的基本原理是分布式光纤温度传感原理，其主要利用光纤的光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometer，简称0TDR)原理和光纤的后向喇曼散射 (Raman scattering)温度效应。具体地说，当一个光脉冲从光纤的一端射入光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播。因光纤内壁类似镜面，故光脉冲在传播中的每一点都会产生反射，反射之中有一小部分的反射光，其方向正好与入射光的方向相反。这种后向反射光的强度与光线中的反射点的温度有一定的关系。反射点的温度(光纤所处的环境温度)越高，反射光的强度也越大。也就是说，后向反射光的强度可以反映出反射点的温度。利用这个现象，若能测量出后向反射光的强度，就可以计算出反射点的温度，这是利用光纤测量温度的基本原理。本专利技术提供的电缆隧道光纤在线温度监测系统，采用先进的光时域反射技术和喇曼散射光对温度敏感的特性，探测出沿着光纤不同位置的温度的变化，提高了监测结果的准确性和通用性，实现了电力电缆的系统、全面和准确的监测。附图说明图1 电缆隧道光纤在线温度监测系统结构示意2 图1中喇曼散射频移示意图图中11-BBS、12-光路耦合器、13-恒温槽、14-光滤波器15-光接收机、16-数据采集与处理模块、17-计算机。具体实施例方式下面结合附图进一步说明本专利技术的结构如图所示的电缆隧道光纤在线温度监测系统实现温度监测功能所依据的基本原理 该系统所依据的基本原理是分布式光纤温度传感原理，其主要利用光纤的光时域反射仪 (Optical Time Domain Ref lectometer，简称0TDR)原理和光纤的后向喇曼散射(Raman scattering)温度效应。具体地说，当一个光脉冲从光纤的一端射入光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播。因光纤内壁类似镜面，故光脉冲在传播中的每一点都会产生反射，反射之中有一小部分的反射光，其方向正好与入射光的方向相反。这种后向反射光的强度与光线中的反射点的温度有一定的关系。反射点的温度(光纤所处的环境温度)越高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵生传，时翔，陈志勇，江川，齐蔚海，王兴照，韩克存，武志刚，牟磊，李涛，郭建豪，毕建鑫，王鹏，
申请(专利权)人：山东电力集团公司青岛供电公司，
类型：发明
国别省市：