專利名稱：智能集合型故障診斷與在線測溫系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及輸電網絡，特別涉及到用于輸電及信息網絡上監控用的智能平臺，該智能平臺同時具有故障診斷與在線測溫功能。
背景技術：
近年來，伴隨我國經濟的快速增長、電網的迅速發展以及電網智能化的推進，以光纖通信為主的高速信息傳輸通道已經形成，但這也導致了電力通信網規模的不斷擴大，網絡結構的日趨復雜，電力通信基礎資源不能得到有效利用，嚴重制約了智能配用電的發展。光纖入戶是發展智能電網的內在要求，國家電網公司正在大力推進電力光纖入戶工程建設。傳統的光纖入戶FTTH (Fiber to the home)方案在用戶端鋪設的成本過 高，使得電網在用戶端的光纖化率幾乎為零。光纖復合低壓電纜OPLC (Optical fibercomposite low-voltages cable)將成為智能電網用戶接入端的首選方案,是智能電網實現用戶交互的重要途徑、是智能電網互動化特征的集中體現。在實際的PFTTH(電力光纖到戶)網絡光纜故障處理中，傳統的OTDR(光時域反射儀)無法滿足接入網多支路、單向高損耗的實時在線監測的要求，常常出現因無法迅速準確地找到故障點地理位置而延誤事故處理，導致損失增加的情況。同時，OPLC電纜具有分布網絡廣、跨越地理范圍大、故障偶發性強、日常巡檢難度大、災難損失大及恢復成本高的特點。因此，如何實時在線監測光纜及電纜運行狀態，快速、直觀、準確地判斷并找到PFTTH網絡光纜及傳輸電纜故障點的地理位置便成為OPLC故障診斷與在線溫度監測的關鍵所在，切實實現對傳輸網絡資源的綜合管理。
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術存在的不足，提供一種新型的智能集合型故障診斷與在線測溫系統。本發明智能平臺要能夠實現對光纖復合低壓電纜OPLC的故障診斷和在線測溫功能，并且可以集合在同一個監控平臺來上實現該監控。為達到上述目的，本發明提供的技術方案如下。所述的智能集合型故障診斷與在線測溫系統包括首先測試區域內設有一個共有供電場所，光纖復合低壓電纜從所述共有供電場所分別通入至不同用戶端；在所述共有供電場所內設有一個智能集合監控平臺，所述智能集合監控平臺分別連接第一上位計算機和第二上位計算機，所述的第一上位計算機連接故障診斷主機，第二上位計算機連接在線測溫主機；所述故障診斷主機與光纖復合低壓電纜內的光纖連接；所述在線測溫主機連接有測溫光纖，所述測溫光纖敷設于光纖復合低壓電纜的表面。所述故障診斷主機包括激光器、波分復用器、環形器和數據處理單元，光線路終端連接于波分復用器，該波分復用器通過主干光纖連接至光分配網絡，光分配網絡內設有光分路組件，光分路組件分出的分光支路分別通過分路光纖連接至對應的光網絡單元，在每個分光支路和光網絡單元之間的分路光纖上設置有一個反射元件；所述的波分復用器還連接至環形器上三個端口中的一個端口，該環形器的另外兩個端口分別連接激光器的輸出端和分光器的輸入端，所述分光器設有兩路輸出端口，第一路輸出端口依次連接第一光電探測模塊、第一信號放大模塊和第一數據采集單元，第二路輸出端口依次連接第二光電探測模塊、第二信號放大模塊和第二數據采集單元，所述第一數據采集單元和第二數據采集單元的輸出端均連接至數據處理單元。所述的在線測溫主機包括脈沖激光器、拉曼濾波器件、多通道切換設備、高頻低噪聲光電轉換器、高速數據采集系統和高速數據處理單元，所述的脈沖激光器發射的激光經過拉曼濾波器件和多通道切換設備進入至測溫光纜中，測溫光纜中反射的信號再經拉曼濾波器件傳輸至高頻低噪音光電轉換器中，高頻低噪音光電轉換器輸出的經過光電轉換的反饋信號連接至高速數據采集系統，高速數據采集系統的輸出再連接到高速數據處理單 J Li ο與所述故障診斷主機連接的監測光纜為單模光纜，使用扎帶或者尼龍繩將監測光纜緊密固定于入戶的光纖復合低壓電纜表面。與所述在線測溫主機連接的測溫光纜為多模光纜，所述測溫光纜用扎帶或者尼龍繩緊密固定于待測電纜的回路表面，測溫光纜既作為感溫光纜，同時也作為信號傳輸光纜。所述反射元件可以是一個波分復用器，或是一個濾光片，或光纖光柵。基于上述技術方案，本發明具有如下優點本發明是一種智能集合故障診斷與在線測溫功能的平臺，其采用先進的分布式光纖測溫技術及光時域反射技術對OPLC進行在線監測，使其對同一測試區域內的不同小區域分別監控測試，并且采用同一個相同的監控平臺來完成監控，具有智能集成化程度高，操作方便，監控實時有效的優點。能夠充分滿足OPLC傳輸網絡配用電及光纖通信傳輸性能分析和管理的要求，切實實現對傳輸網絡資源的綜合管理
圖I是本發明智能集合型故障診斷與在線測溫系統的結構連接示意圖。圖2是本發明中的故障診斷部分的結構示意圖。圖3是本發明中的在線測溫部分的結構示意圖。
具體實施例方式下面我們結合附圖和具體的實施例來對本發明做進一步的詳細闡述。如圖I所示，對于本發明所述的智能平臺來說，作為前提條件，要在測試區域內設立一個共有供電場所，光纖復合低壓電纜從該共有供電場所分別通入至不同用戶端。本發明是在所述的共有供電場所內設有一個智能集合監控平臺21，該智能集合監控平臺分別連接第一上位機22和第二上位機23，所述的第一上位機22連接故障診斷主機24，第二上位機23連接在線測溫主機25，所述故障診斷主機24與所述光纖復合低壓電纜內的光纖連接，所述在線測溫主機25連接有測溫光纖，該測溫光纖敷設于所述光纖復合低壓電纜的表面。所述的第一上位計算機22設有監測段光纖的健康狀況的上位軟件模塊。第二上位計算機23設有實現異常點的掃描與判斷、報警輸出功能、DTS主機測溫數據采集的上位軟件模塊。
在本發明中，OTDR測試是通過發射光脈沖到光纖內，然后在OTDR端口接收返回的信息來進行。當光脈沖在光纖內傳輸時，會由于光纖本身的性質、連接器、接合點、彎曲或其它類似的事件而產生散射、反射。其中一部分的散射和反射就會返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探測器來測量，它們就作為光纖內不同位置上的時間或曲線片斷。從發射信號到返回信號所用的時間，再確定光在玻璃物質中的速度，就可以計算出距離。分布式光纖測溫使用一個特定頻率的光脈沖照射光纖內的玻璃芯。測溫主機通過測量背向拉曼散射光的變化實現對外部溫度變化的監測。在時域中，利用OTDR技術，根據光在光纖中的傳輸速率和入射光與后向拉曼散射光之間的時間差，可以對不同的溫度點進行定位，這樣就可以得到整根光纖沿線上的溫度并精確定位。與所述故障診斷主機連接的監測光纜為單模光纜，使用扎帶或者尼龍繩將監測光纜緊密固定于入戶的OPLC電纜表面。與所述在線測溫主機連接的測溫光纜為多模光纜，所述測溫光纜用扎帶或者尼龍繩緊密固定于待測電纜的回路表面，測溫光纜既作為感溫光纜，同時也作為信號傳輸光纜。
·
圖2是本發明中的故障診斷部分的結構連接原理示意圖。由圖可知，所述故障診斷主機24所包括的光網絡中有光線路終端(OLT) 4、波分復用器3、光分配網絡(ODN) 6和光網絡單元(ONU) 8。其中，光線路終端4連接于波分復用器3上，該波分復用器3通過主干光纖5連接至光分配網絡6。在光分配網絡6內設有光分路組件，光分路組件分出的分光支路分別通過分路光纖連接至對應的光網絡單元8上。為了達到判斷發生故障的分支支路，我們在每個分光支路和光網絡單元8之間的分路光纖上設置一個反射元件7。反射元件7可以是一個波分復用器，也可以是一個濾光片，還可以選擇使用光纖光柵。其作用是將分光支路上的監測光信號反射回去，經分光器、光電探測模塊、信號放大模塊、數據采集單元、數據處理單元進行信號的提取和分析，獲得每支分支光路的反射信息，進而準確判斷和確定故障分支光路。上述波分復用器3還連接至環形器2上，在環形器2上設有三個端口，而波分復用器3則連接其中的一個端口。該環形器2的另外兩個端口分別連接激光器I的輸出端和分光器9的輸入端。上述分光器9設有兩路輸出端口，其第一路輸出端口依次連接第一光電探測模塊10、第一信號放大模塊11和第一數據采集單元12。而第二路輸出端口依次連接第二光電探測模塊13、第二信號放大模塊14和第二數據采集單元15。上述第一數據采集單元12和第二數據采集單元15的輸出端均連接至數據處理單元16。激光器I依次向主干光纖5中注入兩種不同脈寬和功率的監測光信號，其中一種輸出脈寬稍寬的激光脈沖用于對背向散射信號的探測，另一種輸出脈寬極窄的激光脈沖用于對反射信號的探測。本發明中利用分光器9將返回的背向散射信號和反射信號按分光比分成兩路信號，其中第一路信號經第一光電探測器10、第一信號放大模塊11和第一數據采集單元12輸入到數據處理單元16中；第二路信號經第二光電探測器13、第二信號放大模塊14和第二數據采集單元15輸入到數據處理單元16中。數據處理單元16對第一路信號的處理采用軟件濾波算法消除微弱的背向散射信號，通過計算、分析無源光網絡PON由每支分光支路的反射元件反射回的光信號，從而得到每支分支光路光網絡單元的位置和反射信號的具體信息，進而判斷和確定故障分支光路。數據處理單元16對第一路信號和第二路信號依次進行處理，處理完成第一路信號后將處理結果存儲在緩存中，接著處理第二路信號，然后再調用兩路處理后信息輸出處理結果。判定分光支路的方法如下在監測裝置中，消除背向散色信號的影響，每個分光支路上反射信號與傳輸距離之間的關系波形中，每個波峰對應一支分光支路。一旦每支分光支路出現波峰消失的狀況，則表明該分光支路出現故障，根據對應關系，可以判定出現故障的分光支路。 數據處理單元16對第二路信號采用累加平均、軟件濾波等算法，提取從光線路終端到光網絡單元整個無源光網絡線路的背向散射信號，以獲得線路的光損耗數據信息，去除由每支分支光路的反射元件反射回的光信號，進而判斷和定位光網絡線路的故障點。背向散射信號與傳輸距離對應關系圖中，一端某處光損耗衰弱加劇，圖形上呈現出突然下滑，則表明該處出現故障，而根據圖形下滑對應的位置，判斷出出現故障的具體位置。上述利用背向散射信號判定發生故障的位置點在DTS系統(分布式光纖測溫系統)中應用比較常見，在先申請的專利ZL201020128219. 7已經有提及。數據處理單元16還對處理后的第一路信號和第二路信號進行整合處理，得到從光線路終端4到光網絡單元8整個無源光網絡線路的光損耗數據信息和反射信號信息。數據處理單元16最后輸出發生故障的具體的分光支路和故障在整個光網絡上的具體位置。光纖測溫部分的工作流程將測溫光纜敷設到OPLC電纜上，通過對電纜表面溫度的測量，結合自主的載流量算法，可實時提供被測電纜內部導體溫度。光纖測溫主機用于發送激光信號，探測返回的光信號，并對此光信號進行解調、信號處理，得到溫度信號。如圖3所示，所述在線測溫主機25包括多通道切換設備、拉曼Raman濾波器件、脈沖激光器、高頻低噪聲光電轉換器、高速數據采集系統、高速數據處理單元，主要實現電力電纜溫度數據的采集、處理、識別以及報警輸出等功能。測溫光纜既作為傳感元件，用于探測物質狀態參數信息，又作為通信媒介，用于傳輸參數信息。所述的脈沖激光器發射的激光經過拉曼濾波器件和多通道切換設備進入至測溫光纜中，測溫光纜中反射的信號再經拉曼濾波器件傳輸至高頻低噪音光電轉換器中，經過光電轉換的反饋信號傳輸至高速數據采集系統，高速數據采集系統采集的信號傳輸至高速數據處理單元中。綜上，本發明采用先進的分布式光纖測溫技術及光時域反射技術對OPLC進行在線監測，具有智能集成化程度高，操作方便，監控實時有效的優點。
權利要求
1.智能集合型故障診斷與在線測溫系統，其特征是測試區域內設有一個共有供電場所，光纖復合低壓電纜從所述共有供電場所分別通入至不同用戶端；在所述共有供電場所內設有一個智能集合監控平臺(21)，所述智能集合監控平臺(21)分別連接第一上位計算機(22 )和第二上位計算機(23 )，所述的第一上位計算機(22 )連接故障診斷主機(24 )，第二上位計算機(23)連接在線測溫主機(25);所述故障診斷主機(24)與光纖復合低壓電纜內的光纖連接；所述在線測溫主機(25)連接有測溫光纖，所述測溫光纖敷設于光纖復合低壓電纜的表面。
2.根據權利要求I所述的智能集合型故障診斷與在線測溫系統，其特征在于，所述故障診斷主機包括激光器(I)、波分復用器(3)、環形器(2)和數據處理單元(16)，光線路終端(4)連接于波分復用器(3)，該波分復用器(3)通過主干光纖(5)連接至光分配網絡(6)，光分配網絡(6)內設有光分路組件，光分路組件分出的分光支路分別通過分路光纖連接至對應的光網絡單元(8)，在每個分光支路和光網絡單元(8)之間的分路光纖上設置有一個反射元件(7);所述的波分復用器(3)還連接至環形器(2)上三個端口中的一個端口，該環形器(2)的另外兩個端口分別連接激光器(I)的輸出端和分光器(9)的輸入端，所述分光器(9)設有兩路輸出端口，第一路輸出端口依次連接第一光電探測模塊(10)、第一信號放大模塊(11)和第一數據采集單元(12)，第二路輸出端口依次連接第二光電探測模塊(13)、第二信號放大模塊(14)和第二數據采集單元(15)，所述第一數據采集單元(12)和第二數據采集單元(15)的輸出端均連接至數據處理單元(16)。
3.根據權利要求I所述的智能集合型故障診斷與在線測溫系統，其特征在于，所述的在線測溫主機包括脈沖激光器、拉曼濾波器件、多通道切換設備、高頻低噪聲光電轉換器、高速數據采集系統和高速數據處理單元，所述的脈沖激光器發射的激光經過拉曼濾波器件和多通道切換設備進入至測溫光纜中，測溫光纜中反射的信號再經拉曼濾波器件傳輸至高頻低噪音光電轉換器中，高頻低噪音光電轉換器輸出的經過光電轉換的反饋信號連接至高速數據采集系統，高速數據采集系統的輸出再連接到高速數據處理單元。
4.根據權利要求I所述的智能集合型故障診斷與在線測溫系統，其特征在于，與所述故障診斷主機連接的監測光纜為單模光纜，使用扎帶或者尼龍繩將監測光纜緊密固定于入戶的光纖復合低壓電纜表面。
5.根據權利要求I所述的智能集合型故障診斷與在線測溫系統，其特征在于，與所述在線測溫主機連接的測溫光纜為多模光纜，所述測溫光纜用扎帶或者尼龍繩緊密固定于待測電纜的回路表面，測溫光纜既作為感溫光纜，同時也作為信號傳輸光纜。
6.根據權利要求I所述的智能集合型故障診斷與在線測溫系統，其特征在于，所述反射兀件(7)是一個波分復用器,或濾光片,或光纖光柵。
全文摘要
本發明涉及一種智能集合型故障診斷與在線測溫系統，測試區域內設有一個共有供電場所，光纖復合低壓電纜從該共有供電場所分別通入至不同用戶端，在所述的共有供電場所內設有一個智能集合監控平臺，該智能集合監控平臺分別連接第一上位機和第二上位機，所述的第一上位機連接故障診斷主機，第二上位機連接在線測溫主機，所述故障診斷主機與光纖復合低壓電纜內的光纖連接，所述在線測溫主機連接有測溫光纖，該測溫光纖敷設于光纖復合低壓電纜的表面。本智能平臺將兩種不同功能的裝置集中在同一個監控平臺中，在同一個平臺內即可完成測試區域內光纖復合低壓電纜中電纜溫度在線監測和光纜故障實時判斷，具有智能先進性和經濟實用性的優點。
文檔編號H04B10/07GK102928740SQ20121043826
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月6日 優先權日2012年11月6日
發明者王建明, 孫繼成, 臧革偉, 陳孝蓮, 李敏, 周琦 申請人:江蘇省電力公司無錫供電公司, 國網電力科學研究院, 國家電網公司, 江蘇省電力公司