基于物联网的电力输电线缆复用分布式温度感知方法与流程

1.本发明属于电缆检测技术领域，特别是涉及一种基于物联网的电力输电线缆复用分布式温度感知方法。


背景技术：

2.随着信息化技术的逐步发展、网络技术的日益完善，移动互联网、物联网技术已逐步进入人们生活的方方面面，在移动互联网时代下，传统的信息产业运作模式正在被打破，新的运作模式正在形成，传统的电气安全监控系统亦向智慧电气安全监控方向靠拢。伴随着生活多元化的快速发展，供电系统的安全问题日益严峻，各类电气采集报警装置应用越来越普遍，且随着居民用电量的急剧增加，配电柜中超温度情况越来越严重，对电气线缆的温度监测则显得尤为重要。
3.目前对电力行业输电线缆的状态没有实时监控的系统，无法监控线缆的摆动幅度、是否断线、温度等状态。在电力行业中，输电线缆的检修一般处于中空作业，每次如台风、冰灾、火灾等灾害的侵蚀过后，均需要对电力行业输电线缆进行逐一检修，工程量大且效率低，也不能及时处理，造成供电问题。例如:高压线周围发生大火的时候，不能快速监测出线缆的温度过高，从而判断缺陷隐患及时应急处理；在台风和冰灾等灾难天气的情况下，无法监测出电缆的断线情况，不能及时进行物质调度抢修，延长故障时间。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于物联网的电力输电线缆复用分布式温度感知方法，通过通过构建电力输电线缆温度感知系统，使用光纤的拉曼散射效应来对不同距离的电缆温度进行测量，并判断温度所处的危险等级进行通告，解决了现有的输电线缆监控系统不完善、故障发现不及时、安全隐患大的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明为一种基于物联网的电力输电线缆复用分布式温度感知方法，包括如下步骤：
7.步骤s1：使用全分布式拉曼光纤传感技术构建电力输电线缆温度感知系统；
8.步骤s2：实时采集环境状态数据与输电线缆状态数据；
9.步骤s3：将环境状态量数据集合与输电线缆状态量集合影响因素进行权重分配分配；
10.步骤s4：对状态量集合中中每个影响因素的对于电缆的影响程度进行分类；
11.步骤s5：利用光纤的拉曼散射效应来对不同距离的电缆温度进行测量；
12.步骤s6：测量出来的温度与状态量集合中的数据进行比较，判断温度的危险等级；
13.步骤s7：后台监控主机对异常的危险等级进通告报警。
14.作为一种优选的技术方案，所述电力输电线缆温度感知系统包括测温主机、测温光纤和后台监控主机；
15.所述测温主机安装在监控室内，包括激光发射器、滤波器、光电转换模块、信号采集模块及处理模块；所述测温主机用于实时采集、处理并传输电缆的运行温度信息；
16.所述测温光纤安装于需要测温的光纤表面；
17.所述后台监控主机，用于实时显示线缆温度并进行图像化显示，对线缆温度的变化趋势进行预测进行超温预警。
18.作为一种优选的技术方案，所述处理模块为dsp处理器，用于发出控制脉冲，启动激光发射器开始工作，同时发出指令启动信号采集模块进行数据采集和处理；所述激光发射器发出的激光经过滤波器后分分别滤出stokes光和anti-stokes光；所述stokes光和anti-stokes光在光电转换模块中进行转换；所述stokes光和anti-stokes光在被光电转换模块转换成电信号后经过放大电路被输入到处理模块；所述处理模块用于将放大后的电信号处理成温度信息并将结果发送至后台监控主机。
19.作为一种优选的技术方案，所述步骤s3中，将权重从轻到重分为4个等级，其系数分别为1、2、3、4，所有权重之和为10；权重4为特别重要特征量，指需及时检修甚至停止运行以保证输电线缆的安全运行；权重3为重要特征量，指能够通过检修对输电线缆安全运行的不良因素进行消缺；权重2为比较重要特征量，指无需对输电线缆安全运行做紧急处理；权重1为一般重要特征量，指对输电线缆安全运行基本无影响。
20.作为一种优选的技术方案，所述步骤s4中，影响因素对于电缆劣化的影响程度根据每一类影响因素的实际情况进行分类，从轻到重分为4个等级，分别为i、ⅱ、ⅲ和ⅳ级，其对应的基本扣分值为2、4、8、10分。
21.作为一种优选的技术方案，所述步骤s5中，当测温光纤所处的外部环境温度为t时，在测温光纤l处的斯托克斯散射光功率为ps，反斯托克斯散射光功率为pa，将ps和pa进行作比，可得到温度t的函数，推导得到光纤上距离为l处的温度值t的公式为：
[0022][0023]
式中，h为普朗克常数，k为玻尔兹曼常数。
[0024]
作为一种优选的技术方案，所述步骤s6中，对推导得到光纤上距离为l处的温度值t进行求导得到温度阈值函数，并在多个输入脉冲下对监测到的电缆拉曼温度数据曲线进行对比分析；当温度曲线大于温度阈值曲线时,记录监测时刻并通过脉冲在光纤中传播时间来反演故障点即可查找故障点准确位置。
[0025]
本发明具有以下有益效果：
[0026]
本发明通过构建电力输电线缆温度感知系统，将状态量集合中每个影响因素的对于电缆的影响程度进行分类，使用光纤的拉曼散射效应来对不同距离的电缆温度进行测量，并判断温度所处的危险等级进行通告，提高了线缆在线监管力度，减少电力事故发生。
[0027]
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0028]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附
图。
[0029]
图1为本发明的一种基于物联网的电力输电线缆复用分布式温度感知方法流程图。
具体实施方式
[0030]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]
请参阅图1所示，本发明为一种基于物联网的电力输电线缆复用分布式温度感知方法，包括如下步骤：
[0032]
步骤s1：使用全分布式拉曼光纤传感技术构建电力输电线缆温度感知系统；
[0033]
步骤s2：实时采集环境状态数据与输电线缆状态数据；环境状态信息包括湿度信息、温度信息、烟雾浓度信息、雨量信息和视频监控信息；
[0034]
步骤s3：将环境状态量数据集合与输电线缆状态量集合影响因素进行权重分配分配；
[0035]
步骤s4：对状态量集合中中每个影响因素的对于电缆的影响程度进行分类；
[0036]
步骤s5：利用光纤的拉曼散射效应来对不同距离的电缆温度进行测量；
[0037]
步骤s6：测量出来的温度与状态量集合中的数据进行比较，判断温度的危险等级；
[0038]
步骤s7：后台监控主机对异常的危险等级进通告报警。
[0039]
电力输电线缆温度感知系统包括测温主机、测温光纤和后台监控主机；
[0040]
测温主机安装在监控室内，包括激光发射器、滤波器、光电转换模块、信号采集模块及处理模块；测温主机用于实时采集、处理并传输电缆的运行温度信息；
[0041]
测温光纤安装于需要测温的光纤表面；
[0042]
后台监控主机，用于实时显示线缆温度并进行图像化显示，对线缆温度的变化趋势进行预测进行超温预警。
[0043]
(1)告警信息监视与处理：电力输电线缆温度感知系统的功能包括：对于异常告警的监测信息,系统进行故障段的精准定位,通过监视屏幕视窗提醒或响铃告警、与短信平台接入通过短信提醒相关人员,系统提供异常信息及处理结果的记录功能并进行存储,作为运行巡视、检测、检修、大修的依据。
[0044]
(2)监测信息组合监视：主要提供状态监视的灵活组合功能,可以对多个设备、多个监测类型进行多维度自有组合,在一个监视界面上显示跨监测点、跨监测类型的多种信息,为用户在不同应用场景下提供更有针对性的状态监视功能。如,监视施工区域的电缆、监视保电区域的电缆、监视刚刚投运的电缆、监视水灾地震等特殊区域的电缆；对于高温天气可重点监视设备的温度属性等。
[0045]
(3)设备监测信息综合展示：可以在gs地图上,通过点选具体设备(电缆段、中间接头、终端头、电缆分支箱、接地箱、交叉互联箱等)进行定位以组态图、表格等方式展示电缆单体设备的状态监测详细信息,可以将状态监测信息与pms中的其他生产类信息(台账信息、缺陷信息、故障信息、检修信息等)组合展示给用户,同时提供针对单体设备的状态评
价、诊断等功能。
[0046]
(4)监测信息综合展示：通过gis的集成,依托gs图形,以“业务主题”的方式从宏观上展示整个电网电缆设备的状态监测情况。可以按监测类型进行分层展示,对于状态异常的电缆段可以通过高亮、冒泡提醒或者铃声提醒的方式进行告警。
[0047]
(5)监测报表：此类应用提供常规的状态监测报表功能,包括监测装置的故障率统计报表、误报率统计报表、覆盖率统报表以及状态告警分布和处理情况统计报表等,提供报表的导出与打印功能。
[0048]
处理模块为dsp处理器，用于发出控制脉冲，启动激光发射器开始工作，同时发出指令启动信号采集模块进行数据采集和处理；激光发射器发出的激光经过滤波器后分分别滤出stokes光和anti-stokes光；stokes光和anti-stokes光在光电转换模块中进行转换；stokes光和anti-stokes光在被光电转换模块转换成电信号后经过放大电路被输入到处理模块；处理模块用于将放大后的电信号处理成温度信息并将结果发送至后台监控主机。
[0049]
步骤s3中，将权重从轻到重分为4个等级，其系数分别为1、2、3、4，所有权重之和为10；权重4为特别重要特征量，指需及时检修甚至停止运行以保证输电线缆的安全运行；权重3为重要特征量，指能够通过检修对输电线缆安全运行的不良因素进行消缺；权重2为比较重要特征量，指无需对输电线缆安全运行做紧急处理；权重1为一般重要特征量，指对输电线缆安全运行基本无影响。
[0050]
步骤s4中，影响因素对于电缆劣化的影响程度根据每一类影响因素的实际情况进行分类，从轻到重分为4个等级，分别为i、ⅱ、ⅲ和ⅳ级，其对应的基本扣分值为2、4、8、10分。
[0051]
步骤s5中，当激光发射器产生的光在光纤中传输时,光脉冲与光纤中的分子相互作用而发生散射,发生的散射光包含多种类型。其中拉曼散射是由于光纤中分子的热振动与光脉冲相互作用发生能量交换而产生的,因此拉曼散射光的强度与温度有关,对温度变化敏感,利用拉曼散射中的斯托克斯光和反斯托克斯光可以推算出光纤所处外部温度。当测温光纤所处的外部环境温度为t时，在测温光纤l处的斯托克斯散射光功率为ps，反斯托克斯散射光功率为pa，将ps和pa进行作比，可得到温度t的函数，推导得到光纤上距离为l处的温度值t的公式为：
[0052][0053]
式中，h为普朗克常数，k为玻尔兹曼常数，通过该函数即可以计算出光纤的温度值。
[0054]
步骤s6中，对推导得到光纤上距离为l处的温度值t进行求导得到温度阈值函数，并在多个输入脉冲下对监测到的电缆拉曼温度数据曲线进行对比分析；当温度曲线大于温度阈值曲线时,记录监测时刻并通过脉冲在光纤中传播时间来反演故障点即可查找故障点准确位置。
[0055]
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
[0056]
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤
是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。
[0057]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。