CN101750572B - 高压地埋长输电力电缆的安全实时监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种高压地埋长输电力电缆的安全实时监测系统，激光光源连接锯齿波调制器再连接光分路器；光分路器的输出的一路连接起偏器，起偏器连接沿地下高压电力输电电缆平行铺设的保偏光纤输入端，保偏光纤输出端依次连接保偏光电探测器、电压放大器、滤波器、数据采集卡1和计算机；光分路器输出另一路连接单模传感光纤输入端，单模传感光纤输出端依次连接锯齿波电压放大器、单模光电探测器、数据采集卡和计算机。该系统能够抗高压地埋长输电力电缆周围的强电流形成的交变磁场对此分布传感光纤形成很大的随机性干扰，该分布光纤传感系统能正确地做相关信号处理和分析工作。该系统的分布传感器的定位误差小于石油天然气管道预警系统专利技术的定位误差。
Description
技术领域：
本发明属于传感检测技术领域，具体地说涉及一种高压地埋长输电力电缆的安全实时监测方法及系统。
技术背景：
高压电力输送是能源运输的大动脉。为了减少占用土地资源，近年地埋高压电力输送工程建设发展很快，电力是国民经济和社会生活中日益不可或缺的能源。电力电缆是电力输送的重要载体，担负着为枢纽变电站和用户供电的任务。随之而来的人为电力电缆的偷窃和其它行业的开挖施工、地下盾构机械施工影响和破坏高压地埋长输电力电缆的安全、有效的运行的事件。不仅影响了电力的安全生产，造成巨大的经济损失，而且也严重威胁着周边沿线人民群众的财产与生命安全。
具不完全统计，我国每年因外界破坏而造成的高压地埋长输电力电缆千余次，直接经济损失达几亿元，环境破坏和社会影响等间接损失更是无法估量。为防止外界对高压地埋长输电力电缆的破坏，高压地埋长输电力电缆电力行业每年投入了大量的人力物力，但是仍然无法有效地预防和阻止破坏。高压地埋长输电力电缆的安全生产形式非常严峻，寻找确保高压地埋长输电力电缆安全生产的手段和方法已迫在眉睫。
电力电缆线路遭受外力破坏的事件不断发生，严重影响了电力系统的安全稳定运行，干扰了各级电力客户的正常用电。外力损坏的原因有机械挖掘、人力挖伤、钻探打桩、盾构、邻近水管爆炸等多种，其中以机械挖掘为最频繁。电力电缆由于埋设于地下，遭到破坏后，查找故障点困难，修复时间较长，影响范围大。如2002年7月24日22时30分，北京电网为紫竹院变电站、六郎庄变电站送电的两路110千伏电缆先后因机械挖掘遭严重破坏，两座变电站供电范围地区的正常用电受到极大威胁，一部分地区短时停电。经过电力工人两昼夜紧张抢修才修复完毕。
为了防止电缆的外力破坏，运行部门目前除了加强线路的巡视检查和守护工作外，难以采取更有效的措施及时发现、制止外力破坏行为，无法防患于未然。因此，能够及时发现、定位施工行为、防范外力破坏的技术手段，是防止电缆遭到外力破坏的当务之急。
随着高压地埋长输电力电缆的发展，各种高压地埋长输电力电缆的安全监测技术也在不断发展，目前已有的高压地埋长输电力电缆安全生产监测技术主要有两类。其一：高压地埋长输电力电缆安全事件发生后的监测技术，这种技术主要有分布式光纤温度和应力监测技术，光纤温度和应力监测技术是利用光纤的非线性特性(拉曼效应和布里渊效应)实时采集高压地埋长输电力电缆的介质对光纤的温度影响和冲击应力来确定非安全点的位置，这种技术受到光缆的结构和光缆与非安全点的距离限制而影响监测效果。其二，高压地埋长输电力电缆破坏事件发生前的预防监测技术，也就是高压地埋长输电力电缆破坏预警技术，目前已有的该类技术主要是“声波技术监测”，该技术是利用声波沿高压地埋长输电力电缆传输原理，在每隔1公里左右安装一个有源传感器，拾取高压地埋长输电力电缆沿线的声音信号加以分析，确定事件性质，进而对破坏高压地埋长输电力电缆的事件提前发现，但是每一个传感器件必须配备一套供电系统和通信系统，不仅增加设备的投资和维护成本，且这些设施本身也容易遭到破坏，使系统不能正常运行。
中石油研制的长距离油气管道预警系统是基于马赫-曾德(Mach-Zehnder)光纤干涉仪原理，形成同干涉调制信号相对传输的双端拾取结构的M-Z的利用与管道同沟敷设光缆中的普通通信光纤组成连续分布式的土壤振动检测传感器。拾取管道附近沿线土壤的振动信号，通过对拾取检测信号的处理与分析，可以实时有效地检测出管道附近沿线的土壤振动情况和振动点的位置。
上述专有技术和发明专利虽然能解决中石油天然气管道安全输送的预警问题，但是对于对于高压地埋长输电力电缆的安全、有效运行的实时监测却不能很好地得到应用，其原因是高压地埋长输电力电缆周围的强电流形成的交变磁场对《石油和天然气管道安全预警系统》的传感光纤形成很大的随机性干扰，使得这个分布光纤传感系统不能正确地做相关信号处理和分析工作，同时，由于高压地埋长输电力电缆段距离较之石油天然气管道输送段距离短，因此要求该分布传感器的定位误差小于石油天然气管道预警系统的定位误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电力高压地埋长输电力电缆的安全实时监测方法及系统。针对上述问题，本发明提出一种适合高压电力地埋电缆输送的高压地埋长输电力电缆的安全、有效运行的实时监测系统。
该方法使用本系统装置能够抗高压地埋长输电力电缆周围的强电流形成的交变磁场对此分布传感光纤形成很大的随机性干扰，该分布光纤传感系统能正确地做相关信号处理和分析工作，同时，该系统的分布传感器的定位误差小于石油天然气管道预警系统的定位误差。
本发明专利是这样实现的。
一种高压地埋长输电力电缆的安全实时监测方法，其特征在于：在电力电缆上平行铺设保偏光纤【4】，保偏光纤输入端连接由激光光源【1】通过锯齿波调制器【2】再通过光分路器【12】其输出的一路再通过起偏器【3】输出端的偏振光，其中锯齿波调制器【2】与锯齿波发生器【11】相连；调制的偏振光均匀激励保偏光纤的两个HEx、HEy正交模，在保偏光纤【4】的输出端依次通过检偏器【5】，保偏光电探测器【6】，电压放大器【7】，滤波器【8】和第一数据采集卡1【9】连接计算机【10】；光分路器【12】其输出的另一路连接单模传感光纤【13】，再依次连接第一锯齿波电压放大器【15.1】、单模光电探测器【14】、第二锯齿波电压放大器【15.2】和第二数据采集卡2【16】，第二数据采集卡2【16】再连接计算机【10】；
当电力电缆正常时其保偏光纤输出端为一个基本固定的值；与单模传感光纤【13】输出的信号共同由计算机处理得到电力电缆正常的数据；
当电力电缆有微振动的扰动时，保偏光纤的两个HEx、HEy正交模发生模间耦合干涉，耦合干涉波依次通过检偏器【5】，保偏光电探测器【6】，电压放大器【7】，滤波器【8】，第一数据采集卡1【9】连接到计算机【10】；同时与光分路器【12】其输出的另一路连接的单模传感光纤【13】依次连接的第一锯齿波电压放大器【15.1】、单模光电探测器【14】，第二锯齿波电压放大器【15.2】、第二数据采集卡2【16】的输出共同输入计算机【10】，由计算机【10】完成对两路光信号的数据处理得到电力电缆受到扰动的位置。
一种高压地埋长输电力电缆的安全实时监测系统，其特征在于：激光光源【1】连接锯齿波调制器【2】，其中锯齿波调制器【2】与锯齿波发生器【11】相连；锯齿波调制器【2】连接光分路器【12】；光分路器【12】的输出的一路连接起偏器【3】，起偏器【3】连接沿地下高压电力输电电缆平行铺设的保偏光纤【4】输入端，保偏光纤【4】输出端连接保偏光电探测器【6】，保偏光电探测器【6】连接电压放大器【7】，电压放大器【7】连接滤波器【8】，滤波器【8】连接第一数据采集卡1【9】，第一数据采集卡1【9】连接计算机【10】；
光分路器【12】的输出另一路连接单模传感光纤【13】输入端，单模传感光纤【13】输出端连接第一锯齿波电压放大器【15.1】，第一锯齿波电压放大器【15.1】连接单模光电探测器【14】，单模光电探测器【14】连接第二锯齿波电压放大器【15.2】，第二锯齿波电压放大器【15.2】连接第二数据采集卡2【16】，第二数据采集卡2【16】连接计算机【10】。
本发明的特点
本系统具有以下突出特点：
一种用于电力高压地埋长输电力电缆的安全实时监测系统能够抗高压地埋长输电力电缆周围的强电流形成的交变磁场对此分布传感光纤形成很大的随机性干扰，该分布光纤传感系统能正确地做相关信号处理和分析工作，同时，该系统的分布传感器的定位误差小于石油天然气管道预警系统的定位误差。
附图说明
图1是高压地埋长输电力电缆的安全实时监测方法及系统原理图
具体实施方式
如图所示的一种高压地埋长输电力电缆的安全实时监测系统：激光光源【1】，锯齿波调制器【2】，起偏器【3】，沿地下高压电力输电电缆平行铺设的保偏光纤(最多25公里)【4】，检偏器【5】，保偏光电探测器【6】，电压放大器【7】，滤波器【8】，数据采集卡1【9】，计算机【10】，锯齿波发生器【11】，光分路器【12】，单模传感光纤【13】，单模光电探测器【14】，锯齿波电压放大器【15.1】【15.2】，数据采集卡2【16】。
其中，激光光源【1】，锯齿波调制器【2】，光分路器【12】，起偏器【3】，沿地下高压电力输电电缆平行铺设的保偏光纤(最多25公里)【4】，检偏器【5】，保偏光电探测器【6】，电压放大器【7】，滤波器【8】，数据采集卡1【9】，计算机【10】顺次一一相连。
其中，锯齿波调制器【2】与锯齿波发生器【11】相连，锯齿波调制器【2】与光分路器【12】，单模传感光纤【13】，单模光电探测器【14】，第一、第二锯齿波电压放大器【15.1】【15.2】，数据采集卡2【16】，计算机【10】顺次一一相连。
本系统这样实现一种用于电力高压地埋长输电力电缆的安全实时监测。该系统能够抗高压地埋长输电力电缆周围的强电流形成的交变磁场对此分布传感光纤形成很大的随机性干扰，该分布光纤传感系统能正确地做相关信号处理和分析工作，同时，该系统的分布传感器的定位误差小于石油天然气管道预警系统的定位误差。
这样的方法，定位精度也很高，达到数米距离，满足高压地埋长输电力电缆的安全、有效运行的实时监测系统的技术要求。
发明专利操作方法
本系统这样实现一种用于电力高压地埋长输电力电缆的安全实时监测。该系统能够抗高压地埋长输电力电缆周围的强电流形成的交变磁场对此分布传感光纤形成很大的随机性干扰，该分布光纤传感系统能正确地做相关信号处理和分析工作，同时，该系统的分布传感器的定位误差小于石油天然气管道预警系统的定位误差。
激光光源【1】通过锯齿波调制器【2】光分路器【12】起偏器【3】，进入沿地下高压电力输电电缆平行铺设的保偏光纤(最多25公里)【4】，激光器输出的频率调制光均匀激励保偏光纤的两个HEx、HEy正交模，因此，通过检偏器【5】，保偏光电探测器【6】，电压放大器【7】，滤波器【8】，数据采集卡1【9】，计算机【10】其输出为一个基本固定的值，当有微振动的扰动时，保偏光纤的两个HEx、HEy正交模发生模间耦合(干涉)，通过检偏器【5】，保偏光电探测器【6】，电压放大器【7】，滤波器【8】，数据采集卡1【9】，计算机【10】则输出一个与保偏光纤的两个HEx、HEy正交模发生模间耦合(干涉)程度大小有关的量值。其灵敏度很高。同时，当有微振动的扰动时的位置为光纤调制锯齿波的入射端与发生微振动耦合过来的光束之间的时间差，光纤调制锯齿波的入射端的信号获取则通过锯齿波调制器【2】与锯齿波发生器【11】相连，锯齿波调制器【2】与光分路器【12】，单模传感光纤【13】，单模光电探测器【14】，锯齿波电压放大器【15.1】【15.2】，数据采集卡2【16】，计算机【10】完成。这样的方法，定位精度也很高，达到数十米距离，满足高压地埋长输电力电缆的安全、有效运行的实时监测系统的技术要求。
Claims (2)
1.一种高压地埋长输电力电缆的安全实时监测方法，其特征在于：在电力电缆上平行铺设保偏光纤【4】，保偏光纤输入端连接由激光光源【1】通过锯齿波调制器【2】再通过光分路器【12】其输出的一路再通过起偏器【3】输出端的偏振光，其中锯齿波调制器【2】与锯齿波发生器【11】相连；调制的偏振光均匀激励保偏光纤的两个HEx、HEy正交模，在保偏光纤【4】的输出端依次通过检偏器【5】，保偏光电探测器【6】，电压放大器【7】，滤波器【8】和第一数据采集卡1【9】连接计算机【10】；光分路器【12】其输出的另一路连接单模传感光纤【13】，再依次连接第一锯齿波电压放大器【15.1】、单模光电探测器【14】、第二锯齿波电压放大器【15.1】和第二数据采集卡2【16】，第二数据采集卡2【16】再连接计算机【10】；
当电力电缆正常时其保偏光纤输出端为一个基本固定的值；与单模传感光纤【13】输出的信号共同由计算机处理得到电力电缆正常的数据；
当电力电缆有微振动的扰动时，保偏光纤的两个HEx、HEy正交模发生模间耦合干涉，耦合干涉波依次通过检偏器【5】，保偏光电探测器【6】，电压放大器【7】，滤波器【8】，第一数据采集卡1【9】连接到计算机【10】；同时与光分路器【12】其输出的另一路连接的单模传感光纤【13】依次连接的第一锯齿波电压放大器【15】、单模光电探测器【14】，第二锯齿波电压放大器【15】、第二数据采集卡2【16】的输出共同输入计算机【10】，由计算机【10】完成对两路光信号的数据处理得到电力电缆受到扰动的位置。
2.一种高压地埋长输电力电缆的安全实时监测系统，其特征在于：激光光源【1】连接锯齿波调制器【2】，其中锯齿波调制器【2】与锯齿波发生器【11】相连；锯齿波调制器【2】连接光分路器【12】；光分路器【12】的输出的一路连接起偏器【3】，起偏器【3】连接沿地下电力电缆平行铺设的保偏光纤【4】输入端，保偏光纤【4】输出端依次通过检偏器【5】，保偏光电探测器【6】，保偏光电探测器【6】连接电压放大器【7】，电压放大器【7】连接滤波器【8】，滤波器【8】连接第一数据采集卡1【9】，第一数据采集卡1【9】连接计算机【10】；光分路器【12】的输出另一路连接单模传感光纤【13】输入端，单模传感光纤【13】输出端连接第一锯齿波电压放大器【15.1】，第一锯齿波电压放大器【15.1】连接单模光电探测器【14】，单模光电探测器【14】连接第二锯齿波电压放大器【15.2】，第二锯齿波电压放大器连接第二数据采集卡2【16】，第二数据采集卡2【16】连接计算机【10】。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Effective date: 20121127 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20121127 Address after: 300010 Tianjin city Hebei District Wujing Road No. 35 Patentee after: Tianjin Electric Power Corp. Patentee after: State Grid Corporation of China Address before: 300010 Tianjin city Hebei District Wujing Road No. 35 Patentee before: Tianjin Electric Power Corp. |