專利名稱：一種電纜應力和載流量測量計算系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力輸送領域，尤其是涉及一種既能實時監測導線芯三維應力、又能計算電纜載流量的電纜應力和載流量測量計算系統。
背景技術：
架空輸電導線作為輸電力的載體，在輸電線路中占有極為重要的地位。長期以來，架空導線主要使用鋼芯鋁絞線。近年來我國工農業生產迅猛發展，部分地區的電力線路已經跟不上發展的需要，急需改造，但基于投資成本和投資時間的約束，使如何利用有效的走廊資源提高輸電容量成為電力建設的一大課題。目前，探索新的導線線型、以高效低耗地傳送電能是我國電力科技工作者的不斷追求。 目前各國都在研制新型復合材料合成導線，以美國3M公司生產的鋁基陶瓷纖維復合芯加強導線(ACCR)為例，這種新型導線與傳統導線相比具有重量輕、強度大、電導率高、線膨脹系數小、耐腐蝕使用壽命長等優點。ACCR導線整體上無疑是一種性能優良的新型架空輸電導線，但也有其自身的缺點，該導線芯增強纖維為陶瓷纖維，復合芯受彎時容易脆斷。一旦導線斷裂將會造成大范圍的停電并且搶修工作困難，造成巨大的人力物力的損失。傳統上，對輸電導線的應力監控系統是將應力傳感器置于導線容易發生故障的位置，但由于導線芯被外圍導體所包裹因此不便對導線芯進行直接測量，而且這種方法只能檢測輸電導線的局部應力。另外目前大多數應力傳感器為一維傳感器，不能監測任意方向上的應力大小。電纜是發電廠、變電站的重要組成部分。由于電纜分布廣，又易燃燒，近兩年來電纜火災事故頻頻發生。由于電纜一般布置于地下或是豎井中，特別是在狹窄的電纜夾層和具有輻射危害的區域，潛在的缺陷和老化不易被人們發現，隨著時間的推移，電纜過熱或短路極易造成火災。但是，常規電纜火災消防報警系統通常局限于點的監測和事故后報警，缺乏有效的實時在線監測及預警功能，效果不理想。光纖測溫技術可以為電纜火災預警系統實現從點的檢測向線、面、空間監測的發展，并能夠實現真正意義上的預警系統。光纖測溫系統工作原理光纖光柵是利用光敏特性，通過光波的變化反應溫度變化的。如圖I所示，光纖光柵測溫系統開始工作時，首先由控制信號觸發寬帶激光光源，發出一個寬帶光譜，光信號傳送到各個光纖光柵溫度傳感器上，各個傳感器反射回具有自身特性的窄帶光譜。各反射的窄帶光譜再由傳導光纖送回光纖探測部分，再經解調系統進行轉換，放大以及A/D轉換電路處理后，送到計算機處理數據，進而得出被檢測設備的溫度情況。
實用新型內容本實用新型是針對復合材料合成導線存在的安全隱患，提供一種既能實時監測導線芯三維應力、又能計算電纜載流量的電纜應力和載流量測量計算系統。由三根光纖光柵等角度粘貼在復合材料芯側壁，只需在接口處添加相應的測量設備便能夠實時監測芯線任意位置任意方向上應力的大小，一旦某一方向應力過大便發出報警信號，還提供基于分布式光纖測溫的電纜載流量計算及預警系統。為實現上述目的，本實用新型采用下述技術方案一種電纜應力和載流量測量計算系統，包括應力測量子系統和載流量測量子系統，其特征在于，所述應力測量子系統的導線包括復合材料芯及其外層的鋁合金導體，鋁合金導體鉸合在復合材料芯周圍，還有三根光纖光柵等角度粘貼在復合材料芯側壁上；所述載流量測量子系統包括若干個埋入電纜接頭內部的光纖溫度傳感器陣列，光纖溫度傳感器陣列通過傳輸光纖與溫度在線監測儀相連，溫度在線監測儀與具有顯示屏的上位機連接，上位機通過通信接口將溫度數據傳至集中監測中心服務器，集中監測中心服務器與載流量數據處理模塊和溫度預警模塊相連接；所述溫度在線監測儀配置有USB外掛存儲器接口和標準RS232及以太網計算機通信接口。本實用新型的有益效果是能夠實時監測復合材料芯三維空間內任意角度的應力·大小，防止應力過大芯線斷裂。本實用新型具有以下的一些特征I、重量輕。復合材料的密度約為鋼的1/4。2、強度大。復合材料芯的抗拉強度是一般鋼絲的I. 93倍。3、抗電磁干擾。導線通電后會產生磁場,傳統的機電傳感器受磁場的影響較大,本實用新型是通過測量光的波長來確定芯線的應力，而光的傳播是不受電磁場影響的，因此具有很好的抗電磁干擾能力。4、三維空間應力監測。傳統的應力傳感器多為一維傳感器，本實用新型采用新的布置結構能夠監測復合材料芯三維空間內任意角度的應力大小。此外,本系統在傳統溫度傳感器的基礎上,利用光纖光柵傳感器來監測電力電纜接頭的溫度，克服了目前電纜接頭溫度監測難的問題。運用溫度預測技術及早對可能出現溫度過高的電纜異常接頭給出報警提示，從而實現對故障的預警功能，也便于維護人員提前采取措施。系統多點溫度實時在線監測，用光纖光柵感知溫度信息，本質安全，絕緣性能強；溫度信息通過光信號傳輸，不受電磁干擾，防潮濕；接觸式測溫，精確度高，響應快，定位準確；光纖傳輸溫度信號，傳輸距離長，損耗極小；系統運行穩定、可靠，容易擴展。另外，監測系統記錄保存的電纜接頭運行溫度的歷史信息，對電纜工作狀態分析和生命周期分析也具有重要的參考價值。
圖I是本實用新型的應力測量子系統的導線結構示意圖。圖2是本實用新型應力測量子系統的光纖光柵布置示意圖。圖3是本實用新型的載流量測量子系統的結構示意圖。其中I-光纖光柵,2-復合材料芯,3-保護層,4-招合金導體,5-電纜接頭,6-光纖溫度傳感器陣列，7-傳輸光纖，8-溫度在線監測儀，9-上位機，10-集中監測中心服務器，11-載流量數據處理模塊，12-溫度預警模塊。
具體實施方式
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以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步的說明。如圖I所示，本實用新型實施例的應力測量子系統由三根光纖光柵1，復合材料芯2，保護層3和外層鋁合金導體4組成，三根光纖光柵I等角度粘貼在復合材料芯2側壁上，外圍再包裹一層保護層3，鋁合金導體4鉸合在復合材料芯2周圍，鋁合金導體4截面可以是梯形或圓形或其它形狀。復合材料芯2由至少一種高強度纖維材料與至少一種基體材料復合而成；其中高強度纖維選自碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或金屬纖維中的一種或幾種；基體材料選自環氧樹脂、陶瓷、金屬基體或酚醛樹脂的一種或幾種。復合材料芯2外圍保護層3由至少一種纖維材料與至少一種基體材料復合而成；纖維選自碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或鋼纖維的一種或幾種；基體材料選自環氧樹脂、陶瓷、金屬基體或酚醛樹脂的一種或幾種。三根光纖光柵I等角度粘貼在復合材料芯2側壁，這樣布置就可以測任意方向的 應力，如果只用一根或兩根光纖光柵I就只能測單方向的應力。當光柵上應力發生變化時，會引起光柵周期的變化和折射率的變化(稱彈光效應)，從而使光柵的布喇格波長發生變化，產生布喇格波長的漂移，通過檢測光柵波長漂移的大小，就可以獲得相應的應力信息，這就是光纖光柵應力傳感的基本原理。光纖光柵I是現有商品，可根據工作環境需要選擇，例如用銅合金耐高溫光纖，就可以增加使用場合，可以提高應力測量范圍，也可以提高強度和溫度范圍。由于電纜隧道中的電纜接頭分布范圍大，長距離傳輸時，數量多，因此，利用光纖光柵的波分復用技術，實現多點的分布實時測量。為達到溫度的實時監測目的，要將一系列傳感器預先埋入接頭內部，以對接頭溫度進行監測。如圖3所示，載流量測量子系統包括若干個埋入電纜接頭5內部的光纖溫度傳感器陣列6，每個光纖溫度傳感器陳列6為分布式光纖測溫傳感器。光纖溫度傳感器陣列6通過傳輸光纖7 (光纜)與溫度在線監測儀8相連，溫度在線監測儀8為光纖溫度傳感器陣列6提供輸入光源并對光纖光柵傳感器輸出的光信號進行解析，溫度在線監測儀8與具有顯示屏的上位機9連接，上位機9通過通信接口將溫度數據傳至集中監測中心服務器10，集中監測中心服務器10與載流量數據處理模塊11和溫度預警模塊12相連接。所述溫度在線監測儀8內嵌功能強大的嵌入式計算機，配置有USB外掛存儲器接口和標準RS232及以太網計算機通信接口，可以通過上位機液晶屏直觀顯示所有被測量的數值以方便操作人員讀取，也可通過標準通信接口將溫度測量值傳送給集中監測中心服務器10。光纖光柵傳感器實時采集多個接頭的溫度數據，溫度數據通過通信接口最后傳至集中監測中心服務器10，經過后臺處理后實時顯示、打印、記錄各接頭溫度值。通過分析實時數據可判斷系統當前運行狀態。并將收集好的數據通過載流量數據處理模塊11和溫度預警模塊12分別進行計算，對整個電纜的溫度進行監測與預警工作。溫度預警模塊12利用監測的歷史數據，預測未來電纜接頭溫度的變化，可以及早發現故障隱患，發出報警，讓工作人員及時采取相應措施，從而有效避免不安全因素的進一步擴大，達到故障預警的目的。而選用適當的預測方法能夠正確反應溫度趨勢的變化。載流量數據處理模塊11通過分析集中監測中心服務器10傳輸來的數據來進行載流量預測計算。
權利要求1. 一種電纜應力和載流量測量計算系統，包括應力測量子系統和載流量測量子系統，其特征在于，所述應力測量子系統的導線包括復合材料芯及其外層的鋁合金導體，鋁合金導體鉸合在復合材料芯周圍，還有三根光纖光柵等角度粘貼在復合材料芯側壁上；所述載流量測量子系統包括若干個埋入電纜接頭內部的光纖溫度傳感器陣列，光纖溫度傳感器陣列通過傳輸光纖與溫度在線監測儀相連，溫度在線監測儀與具有顯示屏的上位機連接，上位機通過通信接口將溫度數據傳至集中監測中心服務器，集中監測中心服務器與載流量數據處理模塊和溫度預警模塊相連接；所述溫度在線監測儀配置有USB外掛存儲器接口和標準RS232及以太網計算機通信接口。
專利摘要本實用新型涉及一種電纜應力和載流量測量計算系統，包括應力測量子系統和載流量測量子系統，其特征在于，所述應力測量子系統的導線包括復合材料芯及其外層的鋁合金導體，鋁合金導體鉸合在復合材料芯周圍，還有三根光纖光柵等角度粘貼在復合材料芯側壁上；所述載流量測量子系統包括若干個埋入電纜接頭內部的光纖溫度傳感器陣列，光纖溫度傳感器陣列通過傳輸光纖與溫度在線監測儀相連，溫度在線監測儀與具有顯示屏的上位機連接，上位機通過通信接口將溫度數據傳至集中監測中心服務器，集中監測中心服務器與載流量數據處理模塊和溫度預警模塊相連接。該系統可以實時監測電纜的應力和載流量。
文檔編號G01R31/00GK202599575SQ201220174760
公開日2012年12月12日 申請日期2012年4月24日 優先權日2012年4月24日
發明者不公告發明人 申請人:河南科信電纜有限公司