[發明專利]一種基于分布式光纖測溫技術的電纜載流量監測方法及系統

在審

• 申請號: 201710775110.9
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107422215A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 徐朝;嚴加義;毛天奇;曾憲武;陳劍;周龍興;周仲波;李偉
• 申請（專利權）人: 貴州電網有限責任公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01K11/32
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所52100
• 代理人: 商小川

1.一種基于分布式光纖測溫技術的電纜載流量監測系統，包括信號處理主機(1)，測溫光纖(2)，載流量計算服務器(3)，其特征在于：信號處理主機(1)分別與載流量計算服務器(3)和測溫光纖(2)相連接，測溫光纖(2)纏繞于被測電纜表面。

2.如權利要求1所述的一種基于分布式光纖測溫技術的電纜載流量監測系統，其特征在于：所述信號處理主機(1)包括調制激光器(4)、隔離器(5)、分路器(6)、波分復用器(7)、光電二極管探測器(9)、雪崩光電二極管a探測器(10)、雪崩光電二極管b探測器(11)、信號處理與控制系統(12)、信號驅動器(13)，調制激光器(4)、隔離器(5)、分路器(6)、波分復用器(7)與測溫光纖(2)依次電氣連接形成第一條支路，分路器(6)再與光電二極管探測器(9)電氣連接形成第二條支路，波分復用器(7)分別與雪崩光電二極管a探測器(10)、雪崩光電二極管b探測器(11)電氣連接形成第三條、第四條支路，光電二極管探測器(9)、雪崩光電二極管a探測器(10)、雪崩光電二極管b探測器(11)分別連接信號處理與控制系統(12)，信號處理與控制系統(12)再依次與信號發生器(13)、調制激光器(11)電氣相連。

3.如權利要求1所述的一種基于分布式光纖測溫技術的電纜載流量監測系統，其特征在于：所述載流量計算服務器(3)包括電流采集模塊(14)、載流量計算模塊(15)、報警監控模塊(16)，電流采集模塊(14)與載流量計算模塊(15)、報警監控模塊(16)依次進行電氣連接。

4.如權利要求1至3中任一權利要求所述的一種基于分布式光纖測溫技術的電纜載流量監測系統，監測方法包括以下步驟：

步驟1：信號驅動器(13)控制調制激光器(4)產生重復頻率的激光脈沖，通過隔離器(5)，進入分路器(6)；

步驟2：經過分路器(6)分離的光信號，其中0.1％的光被光電二極管探測器(9)探測后轉變成電信號，進入信號處理與控制系統(12)并作為初始相位參考信號，99.9％的光信號經波分復用器(7)進入到測溫光纖(2)中；

步驟3：測溫光纖(2)中光信號發生拉曼散射，產生斯托克斯光和反斯托克斯光，通過波分復用器(7)進行濾波，將斯托克斯光和反斯托克斯光分離；

步驟4：分離出的斯托克斯光和反斯托克斯光分別入射到雪崩光電二極管a探測器(10)和雪崩光電二極管b探測器(11)，將光信號轉變為電信號并進入信號處理與控制系統(12)進行處理分析，解調出光纖沿線的溫度信息；

步驟5：載流量計算服務器(3)中電流采集模塊(14)通過測溫光纖(2)獲取電纜的實時電流信息，并接收來自信號處理主機(1)的溫度信息，輸送于載流量計算模塊(15)，對載流量和導體內部溫度進行計算；

步驟6：根據載流計算模塊的計算結果，當電纜實時電流大于載流量計算值時，觸發報警監控模塊(16)，產生預警信息。

5.如權利要求4所述的一種基于分布式光纖測溫技術的電纜載流量監測系統，其特征在于：所述的載流量計算模塊(15)計算方法為穩態熱分析法，計算式為

∂2T∂2x2+∂2T∂2y2=-qv]]>

式中T為點處的溫度，單位℃；q_v為體積發熱率，W/m³。

6.如權利要求4所述的一種基于分布式光纖測溫技術的電纜載流量系統，步驟5所述的載流量計算模塊，包括以下計算步驟：

步驟5.1：建立電纜結構模型；

步驟5.2：對模型各材料參數進行選擇和設定；

步驟5.3：對模型進行網格設定和刨分單元格；

步驟5.4：對模型設置邊界條件；邊界控制方程式為

T＝T(x,y)|_r

λ∂T∂n|r+q=0]]>

-λ∂T∂n|r=α(T-Tf)|r]]>

式中，T為(x,y)點處的溫度，單位℃；λ為電纜周邊空氣的導熱系數，單位W/(m·K)；α為空氣的換熱系數，單位W/(m²·℃)；為邊界法向量；為物體邊界；q為已知熱流密度值，單位W/㎡；

步驟5.5：對電纜施加電流，產生焦耳熱，對溫度場分析；導體的生熱率式中I_C為電纜負荷電流，R_c為導體交流電阻。

步驟5.6：獲取電纜橫向和縱向各部分的溫度信息，計算電纜臨界溫度時的載流量。