[发明专利]一种基于分布式光纤测温技术的电缆载流量监测方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于电力设备技术领域，特别是涉及一种基于分布式光纤测温技术的电缆载流量监测方法及系统。

背景技术

随着社会发展与科技进步，电能作为清洁能源在人类社会中扮演了越来越重要的角色。输电线缆作为电流传输过程中的重要载体，其安全状态对于保障人民生活和工业正常发展至关重要，如何在保障其长期安全可靠地运行的前提下，合理确定输电线缆的载流量，有着重要意义。

运行温度是电缆的一个重要参数，随着载流量的增加，其运行温度升高，当超过一定温度，电缆绝缘体会迅速老化导致使用寿命降低。

电缆载流量的计算一般是根据IEC60287标准进行计算，但此标准只可满足简单场景下的载流量计算，在应用于复杂环境时，存在一定的局限性，如当电缆敷设环境与其设定的基准参数不同时，需要通过大量试验来确定相应的校正系数。

传统的电缆载流量监测的方法主要是热电偶法，其具有成本低，操作简单等特点，但是测量的精度较差，而且获得的只是线路的局部温度，更不能通过数据完全计算出电缆的实时载流量，尤其对于电缆内部包含馈电线和中性线，其不同部位的温度会有差异。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于分布式光纤测温技术的电缆载流量监测方法及系统：

1、本发明测温光纤环绕于电缆表面至少一圈，可以精确获取电缆横向和纵向各部分的温度信息，以解决传统热电偶法测量的精度较差，只能测量线路的局部温度的问题；

2、本发明采用分布式光纤测温技术和传热学数值计算结合的方法，由电缆表面温度推导电缆的载流量，以解决热电偶法不能通过数据完全计算出电缆的实时载流量、IEC60287标准计算法只能满足简单场景下的载流量计算以及计算误差较大的问题。

本发明的技术方案是：

一种基于分布式光纤测温技术的电缆载流量监测系统，包括信号处理主机，测温光纤，载流量计算服务器，信号处理主机分别与载流量计算服务器和测温光纤相连接，测温光纤缠绕于被测电缆表面。

所述信号处理主机包括调制激光器、隔离器、分路器、波分复用器、光电二极管探测器、雪崩光电二极管a探测器、雪崩光电二极管b探测器、信号处理与控制系统、信号驱动器，调制激光器、隔离器、分路器、波分复用器与测温光纤依次电气连接形成第一条支路，分路器再与光电二极管探测器电气连接形成第二条支路，波分复用器分别与雪崩光电二极管a探测器、雪崩光电二极管b探测器电气连接形成第三条、第四条支路，光电二极管探测器、雪崩光电二极管a探测器、雪崩光电二极管b探测器分别连接信号处理与控制系统，信号处理与控制系统再依次与信号发生器、调制激光器电气相连。

所述载流量计算服务器包括电流采集模块、载流量计算模块、报警监控模块，电流采集模块与载流量计算模块、报警监控模块依次进行电气连接。

一种基于分布式光纤测温技术的电缆载流量监测系统，监测方法包括以下步骤：

步骤1：信号驱动器控制调制激光器产生重复频率的激光脉冲，通过隔离器，进入分路器；

步骤2：经过分路器分离的光信号，其中0.1％的光被光电二极管探测器探测后转变成电信号，进入信号处理与控制系统并作为初始相位参考信号，99.9％的光信号经波分复用器进入到测温光纤中；

步骤3：测温光纤中光信号发生拉曼散射，产生斯托克斯光和反斯托克斯光，通过波分复用器进行滤波，将斯托克斯光和反斯托克斯光分离；

步骤4：分离出的斯托克斯光和反斯托克斯光分别入射到雪崩光电二极管a探测器和雪崩光电二极管b探测器，将光信号转变为电信号并进入信号处理与控制系统进行处理分析，解调出光纤沿线的温度信息；

步骤5：载流量计算服务器中电流采集模块通过测温光纤获取电缆的实时电流信息，并接收来自信号处理主机的温度信息，输送于载流量计算模块，对载流量和导体内部温度进行计算；

步骤6：根据载流计算模块的计算结果，当电缆实时电流大于载流量计算值时，触发报警监控模块，产生预警信息。

一种基于分布式光纤测温技术的电缆载流量监测系统，所述的载流量计算模块计算方法为稳态热分析法，计算式为：

式中T为点处的温度，单位℃；q_v为体积发热率，W/m³。

一种基于分布式光纤测温技术的电缆载流量系统，监测方法步骤5所述的载流量计算模块，包括以下计算步骤：

步骤5.1：建立电缆结构模型；

步骤5.2：对模型各材料参数进行选择和设定；