光纖與電力電纜合理敷設的方法與系統的製作方法
2023-05-21 17:17:36
光纖與電力電纜合理敷設的方法與系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種光纖與電力電纜合理敷設的方法與系統，檢測電力電纜當前運行環境和光纖對振動波的靈敏度，計算光纖傳播振動波的衰減特性，根據上述數據，計算光纖能檢測到所述電力電纜振動的最大距離，識別電力電纜當前分布方式，根據閾值距離和電力電纜當前分布方式，確定光纖與電力電纜合理敷設方式。本發明光纖與電力電纜合理敷設的方法在一迴路三根高壓電力電纜線路上，根據電纜擊穿振動波在電纜之間介質的傳播衰減特性與分布式光纖振動波強度的敏感度，結合高壓電力電纜的空間分布，選擇分布式光纖敷設方式。整個光纖與電力電纜合理敷設的方法能夠根據不同的情況，選擇敷設光纖根數，避免材料的浪費，節約了材料。
【專利說明】光纖與電力電纜合理敷設的方法與系統【技術領域】
[0001]本發明涉及電力電纜【技術領域】，特別是涉及光纖與電力電纜合理敷設的方法與系統。
【背景技術】
[0002]目前，國內已經有學者提出利用分布式光纖瑞利散設原理對高壓電力電纜故障點進行定位的方法，並在實踐中得到了一定的應用，其定位原理是，當傳感光纖的某個位置受到振動或壓力變化時，傳感光纖內雷射信號的相位會發生改變，通過相位差可以計算出故障點與施加信號點的距離。
[0003]利用上述方法進行故障點定位有個前提，就是必須要讓光纖隨著電纜路徑敷設，然後將光纖檢測到的故障高壓電力電纜擊穿產生的振動波傳到計算機中。
[0004]目前，國內還沒有針對一迴路三根高壓電力電纜的情況下，光纖隨高壓電力電纜的敷設方法的專門研究，如果直接採用對每根電力電纜均平行緊貼敷設光纖，就需要同時敷設3根電力電纜，這樣必然會造成光纖的大量浪費，而且光纖的大量不合理使用必然會使整個定位方法的實施成本大大增加。
【發明內容】
[0005]基於此，有必要針對利用分布式光纖瑞利散設原理，在一迴路三根高壓電力電纜情況下，對電力電纜故障點進行定位的方法中，光纖不合理敷設造成光纖材料的大量浪費的問題，提供一種光纖與電力電纜合理敷設的方法與系統，以實現光纖與電力電纜的合理敷設，節約材料。
[0006]一種光纖與電力電纜合理敷設的方法，包括步驟:
[0007]檢測電力電纜當前運行環境和光纖對振動波的靈敏度，計算在當前運行環境下光纖傳播振動波的衰減特性，其中，所述電力電纜當前運行環境包括土壤、隧道和管道環境；
[0008]根據所述光纖傳播振動波的衰減特性和所述光纖對振動波的靈敏度，計算所述光纖能檢測到所述電力電纜振動的最大距離，定義所述光纖能檢測到所述電力電纜振動的最大距離為閾值距離；
[0009]識別電力電纜當前分布方式，其中，所述電力電纜當前分布方式包括空間分布和同一平面分布；
[0010]根據所述閾值距離和所述電力電纜當前分布方式，確定光纖與電力電纜合理敷設方式。
[0011]一種光纖與電力電纜合理敷設的系統，包括:
[0012]檢測計算模塊，用於檢測電力電纜當前運行環境和光纖對振動波的靈敏度，計算在當前運行環境下光纖傳播振動波的衰減特性，其中，所述電力電纜當前運行環境包括土壤、隧道和管道環境；
[0013]閾值距離計算模塊，用於根據所述光纖傳播振動波的衰減特性和所述光纖對振動波的靈敏度，計算所述光纖能檢測到所述電力電纜振動的最大距離，定義所述光纖能檢測到所述電力電纜振動的最大距離為閾值距離；
[0014]分布方式識別模塊，用於識別電力電纜當前分布方式，其中，所述電力電纜當前分布方式包括空間分布和同一平面分布；
[0015]敷設方式確定模塊，用於根據所述閾值距離和所述電力電纜當前分布方式，確定光纖與電力電纜合理敷設方式。
[0016]本發明光纖與電力電纜合理敷設的方法與系統，在一迴路三根高壓電力電纜線路上，根據電纜擊穿振動波在電纜之間介質的傳播衰減特性與分布式光纖振動波強度的敏感度，結合高壓電力電纜的空間分布，選擇分布式光纖敷設方式。整個光纖與電力電纜合理敷設的方法能夠根據不同的情況，選擇敷設光纖根數，避免材料的浪費，節約了材料。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明光纖與電力電纜合理敷設的方法第一個實施例中流程示意圖；
[0018]圖2為本發明光纖與電力電纜合理敷設的方法第二個實施例中流程示意圖；
[0019]圖3為本發明光纖與電力電纜合理敷設的系統第一個實施例中結構示意圖；
[0020]圖4為本發明光纖與電力電纜合理敷設的系統第二個實施例中結構示意圖；
[0021]圖5為當電力電纜是空間分布時，單根光纖與電力電纜合理敷設的其中一個實施例的結構不意圖；
[0022]圖6為當電力電纜是空間分布時，兩根光纖與電力電纜合理敷設的其中一個實施例的結構不意圖；
[0023]圖7為當電力電纜是空間分布時，三根光纖與電力電纜合理敷設的其中一個實施例的結構不意圖；
[0024]圖8為當電力電纜是同一平面分布時，單光纖與電力電纜合理敷設的其中一個實施例的結構示意圖；
[0025]圖9為當電力電纜是同一平面分布時，兩光纖與電力電纜合理敷設的其中一個實施例的結構示意圖；
[0026]圖10為當電力電纜是同一平面分布時，三光纖與電力電纜合理敷設的其中一個實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下根據附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施僅僅用以解釋本發明，並不限定本發明。
[0028]如圖1所示，一種光纖與電力電纜合理敷設的方法，包括步驟:
[0029]S200:檢測電力電纜當前運行環境和光纖對振動波的靈敏度，計算在當前運行環境下光纖傳播振動波的衰減特性，其中，所述電力電纜當前運行環境包括土壤、隧道和管道環境；
[0030]S400:根據所述光纖傳播振動波的衰減特性和所述光纖對振動波的靈敏度，計算所述光纖能檢測到所述電力電纜振動的最大距離，定義所述光纖能檢測到所述電力電纜振動的最大距離為閾值距離；
[0031]S600:識別電力電纜當前分布方式，其中，所述電力電纜當前分布方式包括空間分布和同一平面分布；
[0032]S800:根據所述閾值距離和所述電力電纜當前分布方式，確定光纖與電力電纜合理敷設方式。
[0033]本發明光纖與電力電纜合理敷設的方法，在一迴路三根高壓電力電纜線路上，根據電纜擊穿振動波在電纜之間介質的傳播衰減特性與分布式光纖振動波強度的敏感度，結合高壓電力電纜的空間分布，選擇分布式光纖敷設方式。整個光纖與電力電纜合理敷設的方法能夠根據不同的情況，選擇敷設光纖根數，避免材料的浪費，節約了材料，降低了利用分布式光纖瑞利散設原理定位電力電纜故障的方法的實施成本。
[0034]在其中一個實施例中,所述步驟S800具體包括:
[0035]獲取所述閾值距離和所述電力電纜當前分布方式；
[0036]當所述電力電纜的分布方式為空間分布時，確定空間上到每根所述電力電纜距離相等的點，計算該點到所述電力電纜的距離，定義該點到所述電力電纜的距離為測量距離，若所述測量距離小於所述閾值距離，敷設單根光纖，若所述測量距離大於所述閾值距離且小於2倍所述閾值距離，敷設兩根光纖，所述測量距離大於2倍所述閾值距離，敷設三根光纖。
[0037]如圖5所示，敷設單根光纖時，單根光纖將穿過所述空間上到每根所述電力電纜距離相等的點。如圖6所示，敷設兩根光纖時，選取三根電力電纜的橫切面，三根電力電纜在橫切面上的點構成一個三角形，選取邊長較短兩條邊的中點，兩根光纖將分別穿過所述中點。如圖7所示，敷設三根光纖時，每根電力電纜都相鄰敷設光纖，且與相鄰光纖的距離小於所述閾值距離。
[0038]當所述電力電纜的分布方式為同一平面分布時，計算三根所述電力電纜中相距最遠兩根所述電力電纜之間的距離，定義所述最遠兩根所述電力電纜之間的距離為第一計算距離，分別計算三根所述電力電纜中相鄰兩根電力電纜之間的距離，分別定義三根電力電纜中相鄰兩根所述電力電纜之間的距離為第二計算距離和第三計算距離，若所述第一計算距離小於2倍所述閾值距離，則敷設單根光纖，若所述第一計算距離大於2倍所述閾值距離且所述第二計算距離和所述第三計算距離均小於2倍所述閾值距離，若所述第一計算距離大於2倍所述閾值距離且所述第二計算距離和/或所述第三計算距離大於2倍所述閾值距離，則敷設三根光纖。
[0039]下面將用一個具體實施例，並結合圖5、圖6、圖7、圖8、與9、圖10詳細說明本發明光纖與電力電纜合理敷設的方法中，判斷敷設光纖數量以及具體的敷設方式。為便於解釋說明，定義圖5、圖6、圖7、圖8、與9、圖10中電力電力電纜用A表示，光纖用B表示。
[0040]計算故障電纜擊穿振動波傳播衰減特性與光纖對振動波的靈敏度雙重要求所確定的最大距離為R。
[0041 ] 當電力電纜為空間分布時，圖5、圖6和圖7中電力電纜為空間分布的情況，首先研究高壓電力電纜的空間分布的橫切面上由電纜確定的點，將空間上線的問題轉化為平面上點的問題，確定空間上到每根電力電纜距離相等的點，計算該點到所述電力電纜的距離，定義該點到所述電力電纜的距離為測量距離rl，空間上到每根電力電纜距離相等的點即為平面上三角形的外接圓的圓心。如圖5所示，若rl〈R時，敷設單根光纖，圓心的位置即為光纖的敷設位置。如圖6所示，若外接圓半徑rl>R且rl〈2R時，則採用兩根光纖敷設模式。取三角形三條邊中兩條較小的邊的中點為光纖的敷設位置。如圖7所示，若rl>2R，則採用三根光纖敷設模式。採用三根光纖敷設模式時，控制光纖與高壓電力電纜的最大距離小於R。
[0042]當電力電纜為同一平面分布時，圖8、圖9和圖10中電力電纜為同一平面分布，計算三根所述電力電纜中相距最遠兩根所述電力電纜之間的距離，定義所述最遠兩根所述電力電纜之間的距離為第一計算距離r2，分別計算三根所述電力電纜中相鄰兩根電力電纜之間的距離，分別定義三根電力電纜中相鄰兩根所述電力電纜之間的距離為第二計算距離r3和第三計算距離r4，如圖8所示，若所述第一計算距離r2〈2R，則敷設單根光纖，所述單根光纖沿三根所述電力電纜軸向敷設路徑S形上敷設，且S形中每個臺階的寬度和高度均小於所述閾值距離，如圖9所示，若所述第一計算距離r2>2R且r3〈2R、r4〈2R，則敷設兩根光纖，所述兩根光纖分別敷設在相鄰兩根電力電纜之間，且所述光纖到相鄰兩根所述電力電纜的距離均小於R，如圖10所示，若所述第一計算距離大於2倍所述閾值距離且所述第二計算距離和/或所述第三計算距離大於2倍所述閾值距離，則敷設三根光纖，每根所述電力電纜均相鄰敷設有單根所述光纖，且所述電力電纜到相鄰光纖的距離均小於R。
[0043]如圖2所示,在其中一個實施例中,所述步驟S200具體包括:
[0044]S220:設置光纖振動傳感系統,將所述光纖與所述光纖振動傳感系統連接；
[0045]S240:確定所述電力電纜當前運行環境，並對所述光纖施加已知的振動波；
[0046]S260:通過所述光纖振動傳感系統獲取光纖在施加已知的振動波後產生的波動數據；
[0047]S280:根據所述已知的振動波和所述波動數據，計算所述光纖對振動波的靈敏度和在當前運行環境下光纖傳播振動波的衰減特性。
[0048]利用光纖振動傳感系統能夠準確、快速捕捉到光纖的振動情況，通過多次試驗分別加載已知的振動波數據，就可以準確計算出光纖對振動波的靈敏度和在當前運行環境下光纖傳播振動波的衰減特性，為了進一步確保獲得數據的準確性還可以多次試驗加載相同和不同的振動波數據，之後求取平均值。
[0049]在其中一個實施例中，所述光纖振動傳感系統為分布式光纖振動傳感系統。
[0050]如圖3所示，一種光纖與電力電纜合理敷設的系統，包括:
[0051]檢測計算模塊100，用於檢測電力電纜當前運行環境和光纖對振動波的靈敏度，計算在當前運行環境下光纖傳播振動波的衰減特性，其中，所述電力電纜當前運行環境包括土壤、隧道和管道環境；
[0052]閾值距離計算模塊200，用於根據所述光纖傳播振動波的衰減特性和所述光纖對振動波的靈敏度，計算所述光纖能檢測到所述電力電纜振動的最大距離，定義所述光纖能檢測到所述電力電纜振動的最大距離為閾值距離；
[0053]分布方式識別模塊300，用於識別電力電纜當前分布方式，其中，所述電力電纜當前分布方式包括空間分布和同一平面分布；
[0054]敷設方式確定模塊400，用於根據所述閾值距離和所述電力電纜當前分布方式，確定光纖與電力電纜合理敷設方式。
[0055]本發明光纖與電力電纜合理敷設的系統，在一迴路三根高壓電力電纜線路上，根據電纜擊穿振動波在電纜之間介質的傳播衰減特性與分布式光纖振動波強度的敏感度，結合高壓電力電纜的空間分布，選擇分布式光纖敷設方式。整個光纖與電力電纜合理敷設的方法能夠根據不同的情況，選擇敷設光纖根數，避免材料的浪費，節約了材料。
[0056]在其中一個實施例中，所述敷設方式確定模塊400具體包括:
[0057]獲取單元，用於獲取所述閾值距離和所述電力電纜當前分布方式；
[0058]空間分布式敷設單元，用於當所述電力電纜的分布方式為空間分布，確定空間上至IJ每根所述電力電纜距離相等的點，計算該點到所述電力電纜的距離，定義該點到所述電力電纜的距離為測量距離，若所述測量距離小於所述閾值距離，敷設單根光纖，若所述測量距離大於所述閾值距離且小於2倍所述閾值距離，敷設兩根光纖，所述測量距離大於2倍所述閾值距離時，敷設三根光纖；
[0059]平面分布式敷設單元，用於當所述電力電纜的分布方式為同一平面分布時，計算三根所述電力電纜中相距最遠兩根所述電力電纜之間的距離，定義所述最遠兩根所述電力電纜之間的距離為第一計算距離，分別計算三根所述電力電纜中相鄰兩根電力電纜之間的距離，分別定義三根電力電纜中相鄰兩根所述電力電纜之間的距離為第二計算距離和第三計算距離，若所述第一計算距離小於2倍所述閾值距離，則敷設單根光纖，若所述第一計算距離大於2倍所述閾值距離且所述第二計算距離和所述第三計算距離均小於2倍所述閾值距離，則敷設兩根光纖，若所述第一計算距離大於2倍所述閾值距離且所述第二計算距離和/或所述第三計算距離大於2倍所述閾值距離，則敷設三根光纖。
[0060]如圖4所示，在其中一個實施例中，所述檢測計算模塊100具體包括:
[0061]設置單元120，用於設置光纖振動傳感系統，將所述光纖與所述光纖振動傳感系統連接；
[0062]加載單元140，用於確定所述電力電纜當前運行環境，並對所述光纖施加已知的振動波；
[0063]數據獲取單元160，用於通過所述光纖振動傳感系統獲取光纖在施加已知的振動波後產生的波動數據；
[0064]計算單元180，用於根據所述已知的振動波和所述波動數據，計算所述光纖對振動波的靈敏度和在當前運行環境下光纖傳播振動波的衰減特性。
[0065]在其中一個實施例中，所述光纖振動傳感系統為分布式光纖振動傳感系統。
[0066]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種光纖與電力電纜合理敷設的方法，其特徵在於，包括步驟: 檢測電力電纜當前運行環境和光纖對振動波的靈敏度，計算在當前運行環境下光纖傳播振動波的衰減特性，其中，所述電力電纜當前運行環境包括土壤、隧道和管道環境； 根據所述光纖傳播振動波的衰減特性和所述光纖對振動波的靈敏度，計算所述光纖能檢測到所述電力電纜振動的最大距離，定義所述光纖能檢測到所述電力電纜振動的最大距離為閾值距離； 識別電力電纜當前分布方式，其中，所述電力電纜當前分布方式包括空間分布和同一平面分布； 根據所述閾值距離和所述電力電纜當前分布方式，確定光纖與電力電纜合理敷設方式。
2.根據權利要求1所述的光纖與電力電纜合理敷設的方法，其特徵在於，所述步驟根據所述閾值距離和所述電力電纜當前分布方式，確定光纖與電力電纜合理敷設方式具體包括: 獲取所述閾值距離和所述電力電纜當前分布方式； 當所述電力電纜的分布方式為空間分布時，確定空間上到每根所述電力電纜距離相等的點，計算該點到所述電力電纜的距離，定義該點到所述電力電纜的距離為測量距離，若所述測量距離小於所述閾值距離，敷設單根光纖，若所述測量距離大於所述閾值距離且小於2倍所述閾值距離，敷設 兩根光纖，若所述測量距離大於2倍所述閾值距離，敷設三根光纖； 當所述電力電纜的分布方式為同一平面分布時，計算三根所述電力電纜中相距最遠兩根所述電力電纜之間的距離，定義所述最遠兩根所述電力電纜之間的距離為第一計算距離，分別計算三根所述電力電纜中相鄰兩根電力電纜之間的距離，分別定義三根電力電纜中相鄰兩根所述電力電纜之間的距離為第二計算距離和第三計算距離，若所述第一計算距離小於2倍所述閾值距離，則敷設單根光纖，若所述第一計算距離大於2倍所述閾值距離且所述第二計算距離和所述第三計算距離均小於2倍所述閾值距離，則敷設兩根光纖，若所述第一計算距離大於2倍所述閾值距離且所述第二計算距離和/或所述第三計算距離大於2倍所述閾值距離，則敷設三根光纖。
3.根據權利要求1或2所述的光纖與電力電纜合理敷設的方法，其特徵在於，所述步驟檢測電力電纜當前運行環境和光纖對振動波的靈敏度，計算在當前運行環境下光纖傳播振動波的衰減特性具體包括: 設置光纖振動傳感系統，將所述光纖與所述光纖振動傳感系統連接； 確定所述電力電纜當前運行環境，並對所述光纖施加已知的振動波； 通過所述光纖振動傳感系統獲取光纖在施加所述已知的振動波後產生的波動數據； 根據所述已知的振動波和所述波動數據，計算所述光纖對振動波的靈敏度和在當前運行環境下光纖傳播振動波的衰減特性。
4.根據權利要求3所述的光纖與電力電纜合理敷設的方法，其特徵在於，所述光纖振動傳感系統為分布式光纖振動傳感系統。
5.一種光纖與電力電纜合理敷設的系統，其特徵在於，包括: 檢測計算模塊，用於檢測電力電纜當前運行環境和光纖對振動波的靈敏度，計算在當前運行環境下光纖傳播振動波的衰減特性，其中，所述電力電纜當前運行環境包括土壤、隧道和管道環境； 閾值距離計算模塊，用於根據所述光纖傳播振動波的衰減特性和所述光纖對振動波的靈敏度，計算所述光纖能檢測到所述電力電纜振動的最大距離，定義所述光纖能檢測到所述電力電纜振動的最大距離為閾值距離； 分布方式識別模塊，用於識別電力電纜當前分布方式，其中，所述電力電纜當前分布方式包括空間分布和同一平面分布； 敷設方式確定模塊，用於根據所述閾值距離和所述電力電纜當前分布方式，確定光纖與電力電纜合理敷設方式。
6.根據權利要求5所述的光纖與電力電纜合理敷設的系統，其特徵在於，所述敷設方式確定模塊具體包括: 獲取單元，用於獲取所述閾值距離和所述電力電纜當前分布方式； 空間分布式敷設單元，用於當所述電力電纜的分布方式為空間分布時，確定空間上到每根所述電力電纜距離相等的點，計算該點到所述電力電纜的距離，定義該點到所述電力電纜的距離為測量距離，若所述測量距離小於所述閾值距離，敷設單根光纖，若所述測量距離大於所述閾值距離且小於2倍所述閾值距離，敷設兩根光纖，所述測量距離大於2倍所述閾值距離，敷設三根光纖； 平面分布式敷設單元，用於當所述電力電纜的分布方式為同一平面分布時，計算三根所述電力電纜中相距最遠兩根所述電力電纜之間的距離，定義所述最遠兩根所述電力電纜之間的距離為第一計算距離，分別計算三根所述電力電纜中相鄰兩根電力電纜之間的距離，分別定義三根電力電纜中相鄰兩根所述電力電纜之間的距離為第二計算距離和第三計算距離，若所述第一計算距離小於2倍所述閾值距離，則敷設單根光纖，若所述第一計算距離大於2倍所述閾值距離且所述第二計算距離和所述第三計算距離均小於2倍所述閾值距離，則敷設兩根光纖，若所 述第一計算距離大於2倍所述閾值距離且所述第二計算距離和/或所述第三計算距離大於2倍所述閾值距離，則敷設三根光纖。
7.根據權利要求5或6所述的光纖與電力電纜合理敷設的系統，其特徵在於，所述檢測計算模塊具體包括: 設置單元，用於設置光纖振動傳感系統，將所述光纖與所述光纖振動傳感系統連接； 加載單元，用於確定所述電力電纜當前運行環境，並對所述光纖施加已知的振動波； 數據獲取單元，用於通過所述光纖振動傳感系統獲取光纖在施加所述已知的振動波後產生的波動數據； 計算單元，用於根據所述已知的振動波和所述波動數據，計算所述光纖對振動波的靈敏度和在當前運行環境下光纖傳播振動波的衰減特性。
8.根據權利要求7所述的光纖與電力電纜合理敷設的系統，其特徵在於，所述光纖振動傳感系統為分布式光纖振動傳感系統。
【文檔編號】H02G1/06GK103439780SQ201310342876
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月7日 優先權日:2013年8月7日
【發明者】黃嘉盛, 金尚兒, 劉剛, 陳繼鑫, 慕容啟華, 陳文教 申請人:廣州供電局有限公司