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基于光纤测温技术的地下 电缆 过热监测及降温装置

阅读：210发布：2020-05-08

专利汇可以提供基于光纤测温技术的地下电缆过热监测及降温装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供基于光纤测温技术的地下电缆过热监测及降温装置，驱动脉冲器、高速激光器、光纤放大器、1×2 耦合器、光纤传感器、光滤波器、PIN光电探测器、双路放大器、采集卡和计算机，驱动脉冲器、高速激光器、光纤放大器、1×2耦合器、光滤波器、PIN光电探测器、双路放大器、采集卡和计算机位于变电站通信机房内，光纤传感器连接引入变电站通信机房内的光纤电缆。本实用新型在当输电线路沿线发生过热事件时，能准确定位局部过热发生位置，并及时报警，同时触发线缆接头处的液氮注入系统，将储存的液氮经液氮导流槽流入线缆内，起到即时降温的作用。，下面是基于光纤测温技术的地下电缆过热监测及降温装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.基于光纤测温技术的地下电缆过热监测及降温装置，其特征在于：包括驱动脉冲器（1）、高速激光器（2）、光纤放大器（3）、1×2耦合器（4）、光纤传感器（5）、光滤波器（6）、PIN光电探测器（7）、双路放大器（8）、采集卡（9）和计算机（10），
所述驱动脉冲器（1）、高速激光器（2）、光纤放大器（3）、1×2耦合器（4）、光滤波器（6）、PIN光电探测器（7）、双路放大器（8）、采集卡（9）和计算机（10）位于变电站通信机房（12）内，所述光纤传感器（5）连接引入变电站通信机房（12）内的光纤电缆（13）。
2.根据权利要求1所述的基于光纤测温技术的地下电缆过热监测及降温装置，其特征在于：所述驱动脉冲器（1）输出脉冲端与高速激光器（2）的输入端电连接，所述高速激光器（2）的输出端与光纤放大器（3）的第一光信号通信端电连接，所述光纤放大器（3）的第二光信号通信端与1×2耦合器（4）的入射端电连接，所述1×2耦合器（4）的第一出射端与光纤传感器（5）电连接，所述1×2耦合器（4）的第二出射端与光滤波器（6）的入射光端电连接，所述光滤波器（6）的出射光端与所述PIN光电探测器（7）输入端电连接，所述PIN光电探测器（7）输出端与双路放大器（8）输入端电连接，所述双路放大器（8）输出端与采集卡（9）的信号输入端电连接，所述采集卡（9）的信号输出端连接计算机（10）的总线插口。
3.根据权利要求2所述的基于光纤测温技术的地下电缆过热监测及降温装置，其特征在于：所述计算机（10）的信号输出端连接有报警器（11），用于对输电线路过热进行预警。
4.根据权利要求1所述的基于光纤测温技术的地下电缆过热监测及降温装置，其特征在于：所述光纤电缆（13）包括PVC绝缘层（1301）和电缆铠装层（1302），所述PVC绝缘层（1301）位于电缆铠装层（1302）外表面，所述PVC绝缘层（1301）与电缆铠装层（1302）之间设有抗拉钢丝（1303），所述电缆铠装层（1302）内设有火线（1304）、零线（1305）、地线（1306）、光纤（1307）和液氮导流槽（1308）。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于光纤测温技术的地下电缆过热监测及降温装
置，其特征在于：所述计算机（10）连接有液氮注入系统，液氮注入系统连接到光纤电缆（13）的液氮导流槽（1308）。
6.根据权利要求4所述的基于光纤测温技术的地下电缆过热监测及降温装置，其特征在于：所述电缆铠装层（1302）为不锈钢螺纹铠装层。

说明书全文

基于光纤测温技术的地下 电缆 过热监测及降温装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及输电线路监测技术领域，具体涉及基于光纤测温技术的地下电缆过热监测及降温装置。

背景技术

[0002] 随着我国城市化进程的不断加快，人民生活水平的不断提高,用电量正不断增长,供电线路的建设势在必行。由于城市资源环境的约束,架空输电线路越来越不符合城市的发展需求,大量架空输电线路开始转入地下,这种方式已经在全世界很多城市采用,并且获得了很好的经济效益，发展速度也越来越快。但是由于地下电缆结构复杂，具有隐蔽性，当电缆安装不当引起的机械伤害发生绝缘击穿而绝缘材料燃烧电气线路使用。限长久绝缘老化，缺乏正常定期维护或及时更新,常发生漏电打火,导致线路过热，长期过载运行，孔洞缺少封堵引进外部火势。以及老鼠，白蚁等小动物对绝缘层的啃咬引发漏电，外界的火源，水源，热源等引起电缆火灾事故导致线路烧坏导致长时间的不可恢复电力事故。

[0003] 传统的城市地下电缆着火事故检测手段是通过人工实地观测，温度感应器检测，排除可能存在影响电网正常工作的安全隐患。这些方法在一定的程度能避免发生线路着火，但因缺乏火情数据，观测范围和观测次数有限，难以实施有效的应对措施。

[0004] 申请号为CN201620137080.X的中国专利公开的一种电缆终端头温度监测系统，其包括多个安装在现场电缆终端头上的温度传感装置和设置在运行监控中心的集中监测装置，温度传感装置包括温度传感器和数据处理模块，温度传感器用于采集温度信息，并将温度信息传送给数据处理模块，数据处理模块通过无线的方式将温度信息发送给集中监测装置。本实用新型产品可以实时监测电缆终端头的温度，并对可能导致事故的过热点进行早期检测和诊断，及时发现引发事故的潜在原因并采取相应管理措施，有效提高供电可靠性。但是变电站这种电磁/射频环境，传统的接触式温度传感器测温方法受到严重干扰无法正常工作。
实用新型内容

[0005] 本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供了基于光纤测温技术的地下电缆过热监测及降温装置，当输电线路沿线发生过热事件时，能准确定位局部过热发生位置，并及时报警，让相关人员第一时间获得信息，为抢修决策赢得宝贵时间，同时触发线缆接头处的液氮注入系统，将储存的液氮经液氮导流槽流入线缆内，起到即时降温的作用。

[0006] 为实现上述目的，本实用新型通过以下方案实现：基于光纤测温技术的地下电缆过热监测及降温装置，包括驱动脉冲器、高速激光器、光纤放大器、1×2耦合器、光纤传感器、光滤波器、PIN光电探测器、双路放大器、采集卡和计算机，

[0007] 所述驱动脉冲器、高速激光器、光纤放大器、1×2耦合器、光滤波器、PIN光电探测器、双路放大器、采集卡和计算机位于变电站通信机房内，所述光纤传感器连接引入变电站通信机房内的光纤电缆。

[0008] 所述驱动脉冲器输出脉冲端与高速激光器的输入端电连接，所述高速激光器的输出端与光纤放大器的第一光信号通信端电连接，所述光纤放大器的第二光信号通信端与1×2耦合器的入射端电连接，所述1×2耦合器的第一出射端与光纤传感器电连接，所述1×2耦合器的第二出射端与光滤波器的入射光端电连接，所述光滤波器的出射光端与所述PIN光电探测器输入端电连接，所述PIN光电探测器输出端与双路放大器输入端电连接，所述双路放大器输出端与采集卡的信号输入端电连接，所述采集卡的信号输出端连接计算机的总线插口。

[0009] 所述计算机的信号输出端连接有报警器，用于对输电线路过热进行预警。

[0010] 所述光纤电缆包括PVC绝缘层和电缆铠装层，所述PVC绝缘层位于电缆铠装层外表面，所述PVC绝缘层与电缆铠装层之间设有抗拉钢丝，所述电缆铠装层内设有火线、零线、地线、光纤和液氮导流槽。

[0011] 所述计算机连接有液氮注入系统，液氮注入系统连接到光纤电缆的液氮导流槽。

[0012] 所述电缆铠装层为不锈钢螺纹铠装层。

[0013] 本实用新型的有益效果为：1、实用性强，计算机实时采集输电线路中光纤的温度数据，当有线路过热发生或者电缆升温速度快时，计算机会实时记录异常温度及异常温度位置，并报警提示；

[0014] 2、可解决局部型监测装置在恶劣气候条件下存在的电源、通信、监测面窄及稳定性问题，以及可克服精度低的问题，开辟了电力监测技术的新方向；

[0015] 3、光纤电缆过热时，计算机接收温度控制信号后控制液氮注入系统将液氮引流入电缆内部的液氮导流槽，起到降温隔热的作用。附图说明

[0016] 下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

[0017] 图1为本实用新型的结构框图；

[0018] 图2 为光纤电缆截面图；

[0019] 图3 为本实用新型流程框图；

[0020] 图中：驱动脉冲器1，高速激光器2，光纤放大器3，1×2耦合器4，光纤传感器5，光滤波器6，PIN光电探测器7，双路放大器8，采集卡9，计算机10，报警器11，变电站通信机房12，光纤电缆13，PVC绝缘层1301，电缆铠装层1302，抗拉钢丝1303，火线1304，零线1305，地线1306，光纤1307、液氮导流槽1308。

具体实施方式

[0021] 实施例1：

[0022] 如图1-3所示，基于光纤测温技术的地下电缆过热监测及降温装置，驱动脉冲器1、高速激光器2、光纤放大器3、1×2耦合器4、光纤传感器5、光滤波器6、PIN光电探测器7、双路放大器8、采集卡9和计算机10，所述驱动脉冲器1、高速激光器2、光纤放大器3、1×2耦合器4、光滤波器6、PIN光电探测器7、双路放大器8、采集卡9和计算机10位于变电站通信机房12内，所述光纤传感器5连接引入变电站通信机房12内的光纤电缆13。

[0023] 所述驱动脉冲器1输出脉冲端与高速激光器2的输入端电连接，所述高速激光器2的输出端与光纤放大器3的第一光信号通信端电连接，所述3光纤放大器3的第二光信号通信端与1×2耦合器4的入射端电连接，所述1×2耦合器4的第一出射端与光纤传感器5电连接，所述1×2耦合器4的第二出射端与光滤波器6的入射光端电连接，所述光滤波器6的出射光端与所述PIN光电探测器7输入端电连接，所述PIN光电探测器7输出端与双路放大器8输入端电连接，所述双路放大器8输出端与采集卡9的信号输入端电连接，所述采集卡9的信号输出端连接计算机10的总线插口。由此结构，计算机10控制采集卡9采集输电线路中光纤电缆的相关数据，通过监测光纤整条线路上光纤的温度，对地下线缆过热进行预警。

[0024] 所述计算机10的信号输出端连接有报警器11，用于对输电线路过热进行预警。

[0025] 所述光纤电缆13包括PVC绝缘层1301和电缆铠装层1302，所述PVC绝缘层1301位于电缆铠装层1302外表面，所述PVC绝缘层1301与电缆铠装层1302之间设有抗拉钢丝1303，所述电缆铠装层1302内设有火线1304、零线1305、地线1306、光纤1307和液氮导流槽1308。

[0026] 所述电缆铠装层1302为不锈钢螺纹铠装层。由此结构，PVC绝缘层1301具有耐热性、电气绝缘性、耐磨性，可防止鼠蚁啃咬和外部温度引起绝缘老化；抗拉钢丝1303一定程度防止PVC绝缘层1301破坏；不锈钢螺纹铠装层：二段保护，PVC绝缘层1301受到破坏时能够正常工作以及进一步保护内部电线和光纤1307的作用。液氮导流槽1308用于液氮导流并降温。

[0027] 所述计算机10连接有液氮注入系统，液氮注入系统连接到光纤电缆13的液氮导流槽1308。光纤电缆13过热触发温度报警时的控制液氮注入系统，引流液氮进入光纤电缆13内进行降温。

[0028] 本实用新型的工作过程：驱动脉冲器1发出高强度的光脉冲，输出给高速激光器2，高速激光器2发射的光纤温度测试激光经过光纤放大器3放大处理后，进入1×2耦合器4耦合，1×2耦合器4输出的光纤温度测试激光输入到被测输电线路中的光纤光缆13，光纤温度测试激光在光纤光缆13内传播，并进行反射，反射回的信号经过1×2耦合器4处理后，反馈给光滤波器6，光滤波器6将散射光滤出瑞利散射光和反斯托斯拉曼散射光，将再通过PIN光电探测器7将瑞利散射光和反斯托斯拉曼散射光两路转换成电信号，并通过双路放大器8进行放大将放大电信号传输给采集卡9，计算机10对上述由反馈光转换的电信号进行运算处理，得到该电信号(由反馈光转换而来)所对应的温度数据以及温度数据中各个温度点所对应的距离。计算机10根据上述温度数据以及温度数据中各个温度点所对应的距离即可判断出输电线路中的各个位置是否发生线路过热，若发现线路温度异常经由报警器11报警。

[0029] 脉冲驱动器1用于增强高速激光器2光脉冲强度和反馈回的反射光信号强度，通过光纤放大器3提高光功率有利于提取有用的温度信号，延长监测装置的工作距离。

[0030] 实施例2：

[0031] 液氮注入系统采用范宇峰、龚领会，徐向东等的《HTS电缆过冷液氮冷却系统》公开的电缆过冷液氮冷却系统，本实施例中，将冷源分别通过液氮管连接到电缆两端的液氮导流槽1308，利用过冷液氮的显热，把热量从电缆的工作区带到制冷区，冷却后的过冷液氮再送到电缆的工作区，实现液氮在闭环回路的循环过程。

[0032] 驱动脉冲器1采用Hasler5.860型光脉冲发生器；

[0033] 高速激光器2采用 Axsun公司的型号为 SSOCT-1310的高速扫频激光器；

[0034] 光纤放大器3采用OMRON欧姆龙的型号为E3X-HD10-V；

[0035] 1×2耦合器4采用型号为FCMM625-50A；

[0036] 光纤传感器采用KEYENCE的型号为FS-N18N光纤传感器；

[0037] 光滤波器6采用WDM滤波器；

[0038] PIN光电探测器7采用美国Optilab公司30GHz高线性InGaAs PIN光电探测器型号为PD-30/PD-30-MM；

[0039] 双路放大器8采用型号为JRC4565；

[0040] 采集卡9采用型号为HW-1401 数据采集卡；

[0041] 光纤光缆13采用型号为GYTA53轻铠型光缆。

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