基于少模光纤的高压电缆高分辨率连续测温系统及装置的制作方法

本发明涉及高压电缆监测与光纤传感，具体涉及一种基于少模光纤的高压电缆高分辨率连续测温系统及装置。

背景技术：

1、在十公里级地下高压电缆的连续运行监测场景中，电缆接头因内部金属连接面老化松动，极易引发局部异常发热。行业通常采用分布式光纤传感系统对电缆全线进行温度采集，从而判断电缆接头的健康状态。

2、为了保证光信号能量能够覆盖长距离探测，测温设备必须发射具有较长时间宽度的探测光脉冲。一方面，这种宽光脉冲在光纤中扫过电缆接头时，接头局部的真实高温会被两侧正常的低温电缆平均化，造成空间分辨率实质性下降。另一方面，在夏季气温升高或电网大负荷输电期间，电缆全线会产生整体环境升温，被宽光脉冲抹平的接头高温凸起，极易被正常的电缆整体升温现象完全掩盖，导致设备劣化漏报。因此，受上述因素的影响，现有技术在判断电缆接头的健康状态时，获取的评估指数准确率较低。

技术实现思路

1、为了解决现有技术在判断电缆接头的健康状态时，获取的评估指数准确率较低的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于少模光纤的高压电缆高分辨率连续测温系统及装置，所采用的技术方案具体如下：

2、本发明提出了一种基于少模光纤的高压电缆高分辨率连续测温装置，所述装置包括：

3、数据获取模块，用于获取当前测温周期内每个电缆节点的基模温度和高阶模温度，以及当前测温周期的高压电缆的等效负荷电流；

4、干扰特征分析模块，用于基于每个电缆节点的基模温度与高阶模温度的差异，确定每个电缆节点的发热温度增量；根据每个电缆节点与相邻电缆节点的发热温度增量的数据波动程度，确定每个电缆节点的噪声干扰特征；

5、热阻特征分析模块，用于融合所有电缆节点的发热温度增量和噪声干扰特征，确定每个电缆节点的真实温度增量；根据每个电缆节点与高压电缆上每个电缆接头之间的空间距离特征，结合每个电缆节点的真实温度增量和所述等效负荷电流，分析每个电缆接头的接触热阻参数；

6、结果输出模块，用于基于每个电缆接头的接触热阻参数与初始状态下每个电缆接头的接触热阻基准值之间的偏离程度，判断每个电缆接头的健康状态。

7、进一步地，所述基于每个电缆节点的基模温度与高阶模温度的差异，确定每个电缆节点的发热温度增量，包括：

8、根据每个电缆节点的基模温度与高阶模温度的差值绝对值，与少模光纤的额定模式灵敏差度之间的相对关系，得到每个电缆节点的发热温度增量。

9、进一步地，所述根据每个电缆节点与相邻电缆节点的发热温度增量的数据波动程度，确定每个电缆节点的噪声干扰特征，包括：

10、将当前测温周期内任意一个电缆节点作为目标电缆节点，将目标电缆节点作为预设空间窗口的中心，基于预设空间窗口内每相邻两个电缆节点的发热温度增量的差异的累积情况，得到目标电缆节点的温度波动特征；

11、基于所有电缆节点的温度波动特征的分布范围，对目标电缆节点的温度波动特征执行归一化操作，得到目标电缆节点的噪声干扰特征。

12、进一步地，所述基于所有电缆节点的温度波动特征的分布范围，对目标电缆节点的温度波动特征执行归一化操作，得到目标电缆节点的噪声干扰特征，包括：

13、将目标电缆节点的温度波动特征，与所有电缆节点的温度波动特征中的最大值的比值，作为目标电缆节点的噪声干扰特征。

14、进一步地，所述融合所有电缆节点的发热温度增量和噪声干扰特征，确定每个电缆节点的真实温度增量，包括：

15、基于当前测温周期内所有电缆节点的噪声干扰特征的数值特征，筛选噪声电缆节点；

16、根据所述噪声电缆节点的数量特征，以及所述噪声电缆节点的发热温度增量的离散程度，确定当前测温周期内的自适应惩罚系数；

17、基于当前测温周期内每个电缆节点的发热温度增量，构建局部温升列向量；

18、基于当前测温周期内每个电缆节点的噪声干扰特征，构建噪声特征对角矩阵；所述噪声特征对角矩阵的主对角线为每个电缆节点的噪声干扰特征；

19、利用正则化最小二乘算法融合所述自适应惩罚系数、局部温升列向量、噪声特征对角矩阵以及预设的脉冲展宽矩阵，得到重构节点温升列向量；所述重构节点温升列向量中的元素为每个电缆节点的真实温度增量。

20、进一步地，所述基于当前测温周期内所有电缆节点的噪声干扰特征的数值特征，筛选噪声电缆节点，包括：

21、若任意一个电缆节点的噪声干扰特征大于等于预设的高频噪声阈值，则将任意一个电缆节点筛选为噪声电缆节点。

22、进一步地，所述根据所述噪声电缆节点的数量特征，以及所述噪声电缆节点的发热温度增量的离散程度，确定当前测温周期的自适应惩罚系数，包括：

23、若所述噪声电缆节点的总数量小于2，则基于预设的环境底噪值确定自适应惩罚系数；若所述噪声电缆节点的总数量大于等于2，则基于所述噪声电缆节点的发热温度增量的离散程度，得到自适应惩罚系数。

24、进一步地，所述根据每个电缆节点与高压电缆上每个电缆接头之间的空间距离特征，结合每个电缆节点的真实温度增量和所述等效负荷电流，分析每个电缆接头的接触热阻参数，包括：

25、将任意一个电缆接头作为目标接头，根据目标接头与每个电缆节点之间的空间距离特征，确定目标接头的目标电缆节点；每相邻两个目标电缆节点之间的空间距离的累加和大于目标接头的总长度；

26、基于所述目标电缆节点的真实温度增量的平均水平，得到接头温升特征；

27、将所述接头温升特征与所述等效负荷电流的平方的比值，作为目标接头的接触热阻参数。

28、进一步地，所述基于每个电缆接头的接触热阻参数与初始状态下每个电缆接头的接触热阻基准值之间的偏离程度，判断每个电缆接头的健康状态，包括：

29、将目标接头的接触热阻参数与对应的接触热阻基准值的差值，和对应的接触热阻基准值进行除法运算，得到劣化偏离度；

30、若所述劣化偏离度小于等于预设的偏离警戒阈值，则目标接头的状态为健康；否则目标接头的状态为不健康。

31、本发明还提出了一种基于少模光纤的高压电缆高分辨率连续测温系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种基于少模光纤的高压电缆高分辨率连续测温装置的方案。

32、本发明具有如下有益效果：

33、本发明基于每个电缆节点的基模温度与高阶模温度的差异，确定每个电缆节点的发热温度增量，能够消除共模干扰的环境背景温度，防止正常的电缆整体升温掩盖微弱的接头局部发热，从源头消除了设备劣化漏报和全线误报的风险，保障了底层测温数据提取的高抗扰性与高精度。根据每个电缆节点与相邻电缆节点的发热温度增量的数据波动程度，确定每个电缆节点的噪声干扰特征，能够准确识别并区分出真实的温升信号与虚假的高频噪声干扰，为后续消除高频仪器噪声、防止误删真实发热极值提供准确的数据支撑。

34、融合所有电缆节点的发热温度增量和噪声干扰特征，确定每个电缆节点的真实温度增量，消除了高频仪器噪声干扰和探测光脉冲造成的局部温度平均化效应，代表在每个电缆节点上提取出的、不受随机光学底噪掩盖的纯净发热温度数值。根据每个电缆节点与高压电缆上每个电缆接头之间的空间距离特征，结合每个电缆节点的真实温度增量和所述等效负荷电流，分析每个电缆接头的接触热阻参数，能够有效平滑和抵消由于局部光纤接触不良引起的温度波动，从根源上抵消了高压电缆的电流变化引起的温升数据波动，使得到的接触热阻参数能够纯粹地反映电缆接头内部金属导电连接面的实质性劣化程度，提升了后续判断电缆接头健康状态的准确性。

35、基于每个电缆接头的接触热阻参数与初始状态下每个电缆接头的接触热阻基准值之间的偏离程度，判断每个电缆接头的健康状态，能够实现对电缆接头内部氧化老化或机械松动等隐蔽故障的精确量化，排除不同规格型号电缆接头基础热阻大小的差异，提升高压电缆长期连续运行监测的报警准确性与设备故障诊断的可靠性。