[发明专利]一种衰减自补偿的光纤拉曼电缆温度监测与报警系统

说明书

技术领域

本发明属于分布式光纤传感测温领域，特别涉及一种衰减自补偿的光纤拉曼电缆温度监测与报警系统，其为监测电力电缆温度分布以及异常报警的系统。

背景技术

目前随着智能电网的发展，对电缆的工作状态监测提出了越来越高的要求。传统的温度传感器由于其点式测温的特性，给安装和组网带来的很大的不便。基于光纤拉曼散射的温度传感系统是一种真正意义上的分布式温度传感系统，光纤既可以传输光信号，其本身也是传感器，所以其测温监测范围大，加上其不受电磁干扰的特点，使得它易于安装和组网，大大降低了获取信息的成本。

在电缆沿线铺设传感光缆时，一般有两种方法可供选择。第一种方法是最理想的安装方式，即直接将光纤内置于电缆导线线芯上（或绝缘屏蔽层间），这样光纤的温度即为电缆的温度，获得的电缆工作状态的信息较为准确，但是这也带来了两个问题：1需要特制的电缆，2这种特殊电缆的安装连接比较不便，所以这种方案目前没有得到推广。第二种方法是比较实际的安装方式，即将光纤安装在电缆的外表面，这种方式安装比较方便，但也存在两个问题，一方面出现故障时虽然电缆纤芯的温度很高，可是电缆表面的温度较低，平均温升在10摄氏度左右，但由于电缆铺设位置的差异，且电缆表面的温度受外界的环境影响较大，不同地点不同时间的电缆温度差就有10摄氏度，所以温度的报警需要针对不同位置的温升情况而定；另一方面，光纤长期处在不同的环境下（如温度和湿度）在一段时间后，将会导致光纤各段的衰减系数的差异，而这对温度值的准确标定影响较大，所以在这样的系统中，测温噪声水平并不是特别突出的问题，而消除光纤沿线衰减变化对温度标定的影响，从而提高温度标定的精度，显得尤其重要。

稳定性，可靠性和低成本是电力系统中技术的基本要求，本专利针对电力电缆测温的特点，提出了一种适合于中短距离应用的衰减自补偿的光纤拉曼电缆温度监测与报警系统。

发明内容

本发明要解决的问题在于：针对电力电缆分布式测温的需求，设计了一种能长期稳定、可靠运行并且成本较低的，适用于中短距离应用的衰减自补偿的光纤拉曼电缆温度监测与报警系统。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种衰减自补偿的光纤拉曼电缆温度监测与报警系统，包括光纤脉冲激光器、光纤波分复用器、第一光电接收模块、第二光电接收模块、数据采集模块、计算机、标定光缆、传感光缆、反光镜和点式温度传感器。

光纤波分复用器具有4个端口，其中1550nm输入端口A与光纤脉冲激光器相连，输出端口B与标定光缆任意一端相连，1450nm输出端口C与第一光电接收模块的输入端相连，1663nm输出端口D与第二光电接收模块的输入端相连；第一光电接收模块和第二光电接收模块的输出端与数据采集模块的两个输入端相连，数据采集模块的触发信号由光纤脉冲激光器产生，数据采集模块的输出端与计算机相连；标定光缆的剩余端口与传感光缆的任意一端相连，传感光缆另一端与反光镜相连；点式温度传感器与计算机相连。

所述的光纤脉冲激光器的中心波长为1550nm，光谱3dB带宽为0.3nm，激光脉冲宽度为15ns，峰值功率0～100W可调，重复频率0.5～20kHz。

所述的光纤波分复用器的带宽为7nm。

所述的第一光电接收模块和第二光电接收模块分别把反斯托克斯光和斯托克斯光转换成电信号并放大，使其电压范围与数据采集模块的输入电压范围匹配，光电接收模块采用的是APD探测电路，其3dB带宽为80MHz。

所述的数据采集模块的采样率为100MHz。

所述的标定光缆和传感光缆是相同的62.5-125um的渐变折射率多模光纤，标定光缆长度为220m，包括200m盲区，传感光缆安装在电缆表面。

所述的反光镜对于1550nm、1450nm和1663nm光的反射率应达到99%。

所述的点式温度传感器与计算机相连，用于反馈标定光缆的温度信息。

计算机软件包括三个部分：温度实时监测部分，历史数据保存部分和温升故障报警部分，温度实时监测部分用于显示电缆当前的温度状态；历史数据保存部分用于保存电缆工作状态的数据，方便查阅电缆工作历史状态并为温升故障报警提供数据基础；升故障报警部分通过比较当前的温度状态和历史数据，分析出可能将要出现故障的位置，并指示出已经出现故障的位置。

本发明和现有技术相比的优点在于：