專利名稱：智能電網電力電纜嵌入光纖傳感器的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于光纖傳感技術應用領域，涉及一種智能電網電力電纜嵌入光纖傳感器的方法及裝置。
背景技術：
電力工業屬于國民經濟發展的基礎行業，在經濟建設中有著舉足輕重的地位。隨著經濟的迅猛發展，各個國家對電力的需求都在日益增加，導致電力系統中額定電壓和額定電流等級逐年提高。由于電力電纜應用成本的下降，以及電力電纜自身所具有的供電可靠性高、不受地面、空間建筑物的影響、不受惡劣氣候侵害、安全隱蔽耐用等特點，電力電纜供電正在成為各國輸配電網發展的主流模式，特別在城市、發電廠與變電站進出線走廊擁擠地區、大江河湖泊或海峽地區，不能采用架空線路時，需要采用電力電纜輸電，而且電力電纜輸電又在朝著大長度、大截面方式轉變。
與架空輸電線路相比，電力電纜線路大多采用直埋式、構架式及水下敷設等方式， 因沿途的敷設環境、熱阻、臨近熱源等散熱條件差異，往往會導致電力電纜出現局部過熱點而形成載流量瓶頸效應，為后期電纜的運行和維護工作，特別是故障測距與定位帶來了較大的難度，尤其是線路故障不可觀測性等特點決定了電力電纜線路要求有更精確的故障監測方法；另一方面，電力電纜作為整個電力系統的重要組成部分，一旦發生故障將直接影響著整個電力系統的安全運行，并且如故障發現不及時，則可能導致火災、大規模停電等較大的事故后果，因此如何快速、準確地查找電力電纜故障，減少故障修復費用及停電損失，成為電力工程領域與研究界日益關注的問題。近年來不少研究者提出了電力電纜在線檢測方法
(1)熱電偶、半導體溫度傳感器、電子式溫度計測溫法由于每個監測點都需要供電、接線，布線復雜且電磁干擾嚴重、易損壞、維護量大；傳感器不具備自檢功能，需要經常校驗。
(2)感溫電纜式測溫系統將感溫電纜與電力電纜平行安放，當電力電纜溫度超過固定溫度值時，感測電纜被短路。系統僅能一次性使用，不能測出電力電纜的實際溫度值；由于電纜數量多，系統安裝及維護工作不夠方便，設備易損壞；不能進行早期故障預測，不能實時顯示測量值，無溫度趨勢分析。
(3)紅外成像測溫法主要適用于戶外終端和電纜連接點及接地點等部位，易受到電力電纜周圍環境變化，電磁干擾、氣霧影響及物體發射率的影響。
(4)分布式光纖溫度傳感器通過檢測故障點附近溫度變化情況來實現電纜故障定位，因所測溫度是一個范圍內的平均溫度，精度不高，不能精確反映每個點的溫度、導電線芯的溫度。
上述方法對電力電纜，特別是交聯聚乙烯電力電纜的運營監測有一定的參考價值。隨著迅速增長的電力需求，特別是超大容量發電機組的迅速發展，促進了超導電力電纜、大截面電力電纜等技術的發展。隨著電纜長度和截面的尺寸越來越大，相應的交接試驗因為對象的電壓等級和電容量增大給試驗設備帶來較大的困難。
提高用戶電能質量是智能電網在當前乃至未來實現的主要目標之一，狀態信息是智能電網狀態監測的基礎支撐，作為智能電網重要組成部分的電力電纜的實時運營監測的研究自在順應之中。

發明內容
本發明針對上述現有技術的不足提供一種智能電網電力電纜嵌入光纖傳感器的方法及裝置。該裝置可以實時監測電力電纜導電線芯和外護套的運行溫度，實時定位電纜破壞點，減少事故的發生率，提高電纜載流量，最大的發揮電纜的傳輸能力，為電力電纜的安全運營提供保障；可以有效的監測電力電纜的運營能力，提高常規、高壓及超高壓電力電纜的安全性和可靠性，體積小，結構簡單，本質絕緣，不需接外電源，為智能電網的建設提供服務。
本發明所采用的技術方案是
一種智能電網電力電纜嵌入的光纖傳感器裝置，它包括光纖傳感探頭、輔助夾具、 傳輸光纖、阻水油膏、金屬套管、鎧裝層和外護套層組建的光纖傳感器、電力電纜、數據分析與處理裝置；所述的光纖傳感探頭經輔助夾具固定在金屬套管內，在金屬套管內的任意兩個光纖傳感探頭之間放置纏繞的傳輸光纖并接續，在金屬套管內的任意兩個光纖傳感探頭間填滿了阻水油膏，經所述的鎧裝層和外護套層封裝成單根所述的光纖傳感器；其單根傳感器或多根光纖傳感器嵌入在電力電纜導電線芯和外護套中，組成智能電網電力電纜，嵌入在電力電纜的導電線芯和外護套的一根或多根光纖傳感器經傳輸光纖和數據分析與處理裝置相連。
本發明的技術方案中，所述的光纖傳感探頭采用光纖傳感器或光纖光柵傳感器。
本發明的技術方案中，所述的光纖傳感器的光纖傳感探頭、輔助夾具、傳輸光纖、 阻水油膏、金屬套管、鎧裝層和外護套層均采用絕緣材料絕緣。
本發明的技術方案中，根據所述的智能電網電力電纜的導電線芯的數量和外護套監測位置，嵌入單根或多根光纖傳感器并與相應導電線芯的數量、規格、尺寸、材料相匹配。
本發明的技術方案中，在每根光纖傳感器內在金屬套管內借助輔助夾具等距或不等距地固定若干個分布式的光纖傳感探頭，并在智能電網電力電纜最外層印刷標注相應的標記。便于施工、運營和維護。
本發明的技術方案中，所述的數據分析與處理裝置預設嵌入到智能電網電力電纜的單根或多根光纖傳感器的安裝環境參數和電力電纜的結構參數。
本發明的一種智能電網電力電纜嵌入的光纖傳感器裝置的制備方法根據智能電網電力電纜監測的需要，將若干分布式光纖傳感探頭按照相應的間距經輔助夾具固定在金屬套管內；在所述的金屬套管內的光纖傳感探頭之間放置纏繞的傳輸光纖并接續；在金屬套管內的任意光纖傳感探頭間填滿阻水油膏，經鎧裝層和外護套層封裝成單根光纖傳感器；根據電力電纜導電線芯的數量和外護套監測位置的需要，將單根或多根光纖傳感器在電力電纜生產過程中嵌入到電力電纜的導電線芯和外護套中，組成智能電網電力電纜，嵌入到電力電纜導電線芯和外護套的一根或多根光纖傳感器經傳輸光纖和數據分析與處理裝置相連。
本發明的一種智能電網電力電纜嵌入的光纖傳感器裝置的使用，當智能電網電力電纜運營時，嵌入到電力電纜導電線芯和外護套的一根或多根光纖傳感器經傳輸光纖，將被測的智能電網電力電纜導電線芯和外護套的溫度信號傳輸到數據分析與處理裝置處理， 可以實時監測電力電纜導電線芯和外護套的運行溫度，實時定位電纜破壞點，減少事故的發生率，提高電纜載流量，最大的發揮電纜的傳輸能力，為電力電纜的安全運營提供保障。
本裝置可以有效的監測電力電纜的運營能力，提高常規、高壓及超高壓電力電纜的安全性和可靠性，體積小，結構簡單，本質絕緣，不需接外電源，為智能電網的運營提供服務。
在金屬套管內的任意兩個光纖傳感探頭間放置纏繞的傳輸光纖，當電力電纜截斷或接續時可以拉出光纖方便引出或接續后再次放進金屬套管；在金屬套管內任意兩個光纖傳感探頭間填滿阻水油膏可以防止水氣進入；鎧裝層保證分布式的光纖傳感探頭不被外力破壞；選擇外護套層的材料與電力電纜導電線芯和外護套材料相匹配。
本發明的技術方案中，所述的光纖傳感探頭可以根據測試電力電纜運行狀態的需要，也可以傳感電力電纜的應力、應變、磁場信號等。
本發明的技術方案中，所述的數據分析與處理裝置可以預設嵌入到電力電纜的單根或多根光纖傳感器的安裝環境參數和電力電纜的結構參數；根據嵌入在一條或多條電力電纜的多根光纖傳感器的實際運行監測數據，可以獲取電力電纜的運行情況，比如電力電纜實時電流、實時溫度、電網相電流、超負荷狀態、故障定位、防偷防盜、環境溫度監測、非法入侵情況等；也可以載流量限度分析，保證在不超過電力電纜允許運行溫度的情況下，最大限度的發揮電力電纜的傳輸能力、提高經濟效益；積累電力電纜運營的歷史技術數據；發現電纜上的局部過熱點，及時采取降流降溫措施，延緩電纜老化速度；實時故障監測預警， 發現電纜運行過程中外界因素導致的破壞；電力電纜火情監測與報警等。
本發明中的智能電網電力電纜嵌入的光纖傳感器，可以實現電網電力電纜的多路多點的監測，測量精度和分辨率高；感測信號和傳輸信號均為光信號，不受電磁干擾、不受核輻射的影響；環境適應性好，穩定性好，可長期用于高溫、高濕及存在化學侵蝕等的惡劣環境；可以有效的監測電力電纜的運營能力，提高常規、高壓及超高壓電力電纜的安全性和可靠性，體積小，結構簡單，本質絕緣，不需接外電源，為智能電網的建設、維護及運營提供服務。


圖1為智能電網電力電纜嵌入的光纖傳感器結構示意圖
圖2為智能電網電力單芯電纜剖面圖
圖3為智能電網電力三芯電纜剖面圖
圖4為智能電網電力電纜嵌入的光纖傳感器的一個實施例，
圖中1-光纖傳感探頭，2-輔助夾具，3-傳輸光纖，4-阻水油膏，5-金屬套管， 6-鎧裝層，7-外護套層，8-光纖傳感器，9-電力電纜，10-智能電力電纜，11-數據分析與處理裝置，12-導電芯線，13-內屏蔽，14-絕緣層，15-外屏蔽，16金屬屏蔽，17-包帶，18內襯， 19-外護套。
具體實施例方式
本發明的一種智能電網電力電纜嵌入的光纖傳感器結構如圖1所示，它包括若干光纖傳感探頭1、輔助夾具2、傳輸光纖3、阻水油膏4、金屬套管5、鎧裝層6、外護套層7。根據電力電纜9監測點的需要將若干分布式光纖傳感探頭1按照相應的間距經輔助夾具2固定在金屬套管5內；在金屬套管5內的任意兩個光纖傳感探頭1之間放置纏繞的傳輸光纖 3并接續；在金屬套管5內的任意兩個光纖傳感探頭1間填滿阻水油膏4 ；經鎧裝層6和外護套層7封裝成單根光纖傳感器8 ；根據電力電纜9導電線芯的數量和外護套監測位置的需要，將單根或多根光纖傳感器8在電力電纜9生產過程中嵌入到電力電纜導電線芯和外護套，組成智能電網電力電纜10，見圖2和圖3所示。當智能電網電力電纜10運營時，見圖3示意，嵌入到電力電纜9導電線芯和外護套的一根或多根光纖傳感器8經傳輸光纖3， 將被測的智能電網電力電纜10導電線芯和外護套的溫度信號傳輸到數據分析與處理裝置 11。
本發明的智能電網電力電纜嵌入的光纖傳感器工作原理當智能電網電力電纜 10載流時，導電線芯的金屬導體會發熱，并逐漸向外層散熱，借助分布式的光纖傳感探頭 1，可以實時地監測到智能電網電力電纜10的導電線芯12和外護套19監測位置的溫度信號；當智能電網電力電纜10的電流信號變化時，導電線芯的金屬導體發熱不同，導致嵌入的光纖傳感器8內的多個光纖傳感探頭1的傳感信號變化，并通過傳輸光纖3送至數據分析與處理裝置11進行數據處理和分析，實時監測智能電網電力電纜10導電線芯和外護套的運行溫度、實時電流、超負荷運行狀態、電網負荷狀態、電力電纜故障、電力電纜被盜等， 減少事故的發生率，提高電力電纜9載流量，可以最大的發揮智能電網電力電纜10的傳輸能力，為智能電網電力電纜的安全運營提供保障。
本發明所述的光纖傳感探頭1采用光纖傳感器或光纖光柵傳感器傳感智能電網電力電纜10導電線芯或外護套的溫度信號。
本發明所述的光纖傳感器8根據智能電網電力電纜10監測點的需要，將若干個光纖傳感探頭1經輔助夾具2固定在金屬套管內，在金屬套管5內的光纖傳感探頭1間放置纏繞的傳輸光纖3，當智能電網電力電纜10截斷或接續時可以拉出方便傳輸光纖3引出或接續后再次放進金屬套管5，在金屬套管5內的封入防止水氣進入的阻水油膏4，通過鎧裝層6和外護套層7保護光纖傳感探頭1不被外力破壞。
本發明所述的光纖傳感器8的光纖傳感探頭1、輔助夾具2、傳輸光纖3、阻水油膏 4、金屬套管5、鎧裝層6、外護套層7，設計成與相應導電線芯和規格的電力電纜9尺寸匹配所需的形狀，且均采用絕緣材料絕緣。
實施例1
圖4所示為智能電網電力電纜嵌入的光纖傳感器的一個實施例，它包括兩根光纖傳感器8、一根智能電網電力電纜10，一個數據分析與處理裝置11。每根光纖傳感器8由兩個光纖傳感探頭1、兩個輔助夾具2、傳輸光纖3、阻水油膏4、一根金屬套管5、鎧裝層6、外護套層7組成。智能電網電力電纜10由兩根光纖傳感器8和電力電纜9組成。智能電網電力電纜10的四個光纖傳感探頭1通過傳輸光纖3與數據分析與處理裝置11相連。
當智能電網電力電纜10運營時，導電線芯的金屬導體會發熱，并逐漸向電力電纜 9線纜外層散熱，導致嵌入到電力電纜9導電線芯和外護套的光纖傳感探頭1的信號發生變化，變化信號經傳輸光纖3傳輸到數據分析與處理裝置11，數據分析與處理裝置U進行數據處理和分析，實時監測智能電網電力電纜10導電線芯和外護套的運行溫度、實時電流、 超負荷運行狀態、電網負荷狀態、電力電纜故障、電力電纜被盜等，減少事故的發生率，提高電力電纜9載流量。
權利要求
1.一種智能電網電力電纜嵌入的光纖傳感器裝置，其特征在于它包括光纖傳感探頭(1)、輔助夾具⑵、傳輸光纖(3)、阻水油膏(4)、金屬套管(5)、鎧裝層(6)、外護套層(7) 組建的光纖傳感器(8)、電力電纜(9)、數據分析與處理裝置(11)；光纖傳感探頭(1)經輔助夾具O)固定在金屬套管(5)內，在金屬套管(5)內的任意兩個光纖傳感探頭(1)之間放置纏繞的傳輸光纖(3)并接續，在金屬套管(5)內的任意兩個光纖傳感探頭(1)間填滿了阻水油膏G)，經鎧裝層(6)和外護套層(7)封裝成單根光纖傳感器⑶；單根傳感器或多根光纖傳感器⑶嵌入在電力電纜導電線芯(12)和外護套(19)中，組成智能電網電力電纜(10)，嵌入在電力電纜(9)的導電線芯(12)和外護套(19)的一根或多根光纖傳感器 (8)經傳輸光纖C3)和數據分析與處理裝置(11)相連。
2.如權利要求1所述的一種智能電網電力電纜嵌入的光纖傳感器裝置，其特征在于 光纖傳感探頭(1)采用光纖傳感器或光纖光柵傳感器。
3.如權利要求1所述的一種智能電網電力電纜嵌入的光纖傳感器裝置，其特征在于 光纖傳感器(8)的光纖傳感探頭(1)、輔助夾具O)、傳輸光纖(3)、阻水油膏0)、金屬套管(5)、鎧裝層(6)、外護套層(7)均采用絕緣材料絕緣。
4.如權利要求1所述的一種智能電網電力電纜嵌入的光纖傳感器裝置，其特征在于 根據智能電網電力電纜(10)的導電線芯的數量和外護套監測位置，嵌入單根或多根光纖傳感器(8)并與相應導電線芯的數量、規格、尺寸、材料相匹配。
5.如權利要求1所述的一種智能電網電力電纜嵌入的光纖傳感器裝置，其特征在于 在每根光纖傳感器(8)內在金屬套管(5)內借助輔助夾具( 等距或不等距地固定若干個分布式的光纖傳感探頭(1)，并在智能電網電力電纜(10)最外層印刷標注相應的標記。
6.如權利要求1所述的一種智能電網電力電纜嵌入的光纖傳感器裝置，其特征在于 數據分析與處理裝置(11)預設嵌入到智能電網電力電纜(10)的單根或多根光纖傳感器(8)的安裝環境參數和電力電纜(9)的結構參數。
7.一種智能電網電力電纜嵌入的光纖傳感器裝置的制備方法其特征是根據智能電網電力電纜(10)監測的需要，將若干分布式光纖傳感探頭(1)按照相應的間距經輔助夾具(2)固定在金屬套管5內；在金屬套管(5)內的光纖傳感探頭(1)之間放置纏繞的傳輸光纖(3)并接續；在金屬套管(5)內的任意光纖傳感探頭(1)間填滿阻水油膏；經鎧裝層(6)和外護套層(7)封裝成單根光纖傳感器(8)；根據電力電纜(9)導電線芯的數量和外護套監測位置的需要，將單根或多根光纖傳感器(8)在電力電纜(9)生產過程中嵌入到電力電纜(9)的導電線芯(12)和外護套(19)中，組成智能電網電力電纜(10)，嵌入到電力電纜(9)導電線芯(12)和外護套(19)的一根或多根光纖傳感器(8)經傳輸光纖(3)和數據分析與處理裝置(11)相連。
8.權利要求1所述的一種智能電網電力電纜嵌入的光纖傳感器裝置的使用，其特征是當智能電網電力電纜(10)運營時，嵌入到電力電纜(9)導電線芯和外護套的一根或多根光纖傳感器⑶經傳輸光纖(3)，將被測的智能電網電力電纜(10)導電線芯(12)和外護套(19)的溫度信號傳輸到數據分析與處理裝置(11)處理，為智能電網電力電纜的安全運營提供保障。
全文摘要
一種智能電網電力電纜嵌入光纖傳感器的方法及裝置。它將分布式的光纖傳感探頭借助輔助夾具、光纖、阻水油膏、金屬套管、鎧裝層、外護套層構建的光纖傳感器，根據智能電網電力電纜導電線芯的數量和外護套監測位置的需要，在電力電纜生產過程中嵌入到電力電纜導電線芯和外護套，組成智能電網電力電纜。智能電網電力電纜導電線芯和外護套嵌入的光纖傳感探頭，實時監測導電線芯和外護套的運行溫度，實時定位電纜破壞點，減少事故的發生率，提高電纜載流量，為電力電纜的安全運營提供保障。本裝置體積小，結構簡單，本質絕緣，不需接外電源。
文檔編號G01R31/00GK102507042SQ201110366240
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者姚遠, 董世龍 申請人:華中師范大學