[发明专利]一种基于多参量的光纤复合电缆专家诊断系统

说明书

技术领域

本发明属于煤矿安全生产与电力设备运行状态评估诊断技术领域，是评估光纤复合电缆剩余寿命和健康状态的关键所在，涉及一种基于多参量的光纤复合电缆专家诊断系统。

背景技术

高压电缆作为煤矿供电系统中的主要设备之一，其运行可靠性和连续性是保证煤矿安全和高效生产的关键。煤矿井下工况条件恶劣，湿度大，电缆又需要经常移动、拖拽或弯曲，有研究表明，由电缆引发的事故约占矿井下供电事故的70％左右。高压电缆在实际运行过程中，不可避免的会受到电、热、机械应力以及酸、碱、盐、煤炭粉尘的作用，造成绝缘老化，降低电缆的绝缘性能，导致电缆出现局部放电，甚至沿面火花或电弧放电。由于煤矿井下存在瓦斯爆炸危险，放电将有可能引发火灾或爆炸，严重影响井下人员及财产安全。

随着科学技术的发展，故障诊断技术发展主要经历了三个阶段：初级阶段，所有设备在此阶段的故障诊断主要依靠专家经验来完成，一般精度不是很高，而且无法实现在线诊断，所以此类方法具有很大的局限性；中级阶段，此阶段的故障诊断主要以故障信号处理和故障建模为主要手段，诊断效果往往由信号检测水平来决定；此阶段的故障诊断技术己经处于智能诊断技术阶段，通过检测直流分量法、局部放电法、低频叠加法和工频法等单一特征量对设备进行寿命评估。但是在电气设备这类复杂系统的诊断过程中，会受到谐波分量的测量误差影响测量精度，单一特征量显然具有局限性。

针对现有的光纤复合电缆评估诊断方法未形成一种基于多参量的专家诊断系统，难以实现高效评估诊断光纤复合电缆的剩余寿命和健康状态。本发明提供了基于多参量的光纤复合电缆专家诊断系统，将热力学参量、电气参量及机械参量等单维信息融合起来形成多维信息，综合全面地评估诊断光纤复合电缆的运行状态。此系统实现了光纤复合电缆工程的温度监测与预警、连续监测光纤复合电缆运行温度与精确定位，也实现了局部放电在线监测与评估、介质损耗在线监测与评估等电气参量以及断裂伸长率、机械应力等机械参量诊断与评估，具有较高的实际应用价值。

发明内容

本发明的一种多参量光纤复合电缆专家诊断系统实现了温度监测与预警、连续监测光纤复合电缆运行温度与精确定位，实现了局部放电量、介质损耗等电气参量的在线监测与诊断评估，实现了断裂伸长率、机械应力等机械参量的监测与诊断评估，突破了现有技术的不足，充分发挥该专家诊断系统的高效、精确、多参量的综合诊断评估，最大程度地监测光纤复合电缆的运行状态，实现光纤复合电缆寿命的精确预测与高效安全应用的目标。

本发明的技术方案：

一种基于多参量的光纤复合电缆专家诊断系统，包括温度与定位测量系统、局部放电量测量系统、介质损耗测量系统、断裂伸长率测量系统、机械应力测量系统、专家诊断主机系统及上位机。

温度与定位测量系统光纤测温主机和声光报警系统。

光纤测温主机包括电源模块、主板、液晶控制模块、通信模块、光路设计路模块和电路设计模块；电源模块为液晶控制模块及主板供电；主板控制液晶控制模块、通信模块和信号处理模块(光路模块和电路模块)，实现主板与各模块的连接配置；通信模块实现光纤测温主机的数据通信。

光路设计模块由光发射模块和光解调模块组成；光发射模块包括激光器模块和光纤放大器模块；光解调模块包括光纤耦合器和光滤波器，光纤耦合器包括拉曼散射模块、光电探测模块和传感光缆模块；激光器模块发出脉冲光信号，经由光纤放大器模块提升脉冲光能量，将提升后的脉冲光经拉曼散射模块直接传输至光纤复合电缆内置感温光纤中，在光纤复合电缆中传播，同时不断有后向散射光，回到拉曼散射模块，经由两路光滤波器，分别筛选出后向散射光中的斯托克斯光与反斯托克斯光，直接进入电路模块的光电转换模块中。

电路设计模块包括采集处理模块和光电转换模块；采集处理模块包括终端管理系统、处理单元和采集电路；光电转换模块包括光电探测器和双路放大器；光电转换模块对接收到的光路模块中的光滤波器选择的斯托克斯光和反斯托克斯光，经由双路放大器将信号放大并实现光电转换，将光信号转变为电信号，直接进入采集处理模块；采集处理模块的终端管理系统、处理单元和采集电路集成于主板，主板采用MCU+FPGA架构；FPGA控制采集电路，MCU控制外设初始化；FPGA采集的数据与终端管理系统的CPU进行通信，再通过LAN网口把数据传输至专家诊断主机系统后存储，在专家诊断主机系统的集中监控中心模块进行数据运算，并将结果通过温度曲线、热谱图、电子地图着色显示等方式在上位机显示。