本發(fā)明屬于電纜領(lǐng)域，涉及一種光纖復(fù)合地鐵電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)階段，地鐵因其可靠性高、運(yùn)載能力強(qiáng)、能夠在很短的時(shí)間運(yùn)輸大量的人群等諸多優(yōu)勢(shì)正迅速發(fā)展，因地鐵完全運(yùn)行在地下，列車(chē)行駛與站臺(tái)的照明都需要用電，如何對(duì)地鐵系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的供電，且在供電線路發(fā)生故障時(shí)第一時(shí)間確定故障位置進(jìn)行檢修就顯得尤為重要。在地鐵供電過(guò)程中，主要應(yīng)用35kv、10kv交流電纜。上述電纜主要安置于電纜溝或采用地下直埋，其在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障的最直接原因是絕緣降低而被擊穿，而造成絕緣擊穿的因素主要有：外力損傷、過(guò)負(fù)荷運(yùn)行、環(huán)境溫度影響以及接頭問(wèn)題，總結(jié)來(lái)看電纜發(fā)生故障的原因主要是受外力與溫度影響，

現(xiàn)階段，電纜故障檢測(cè)主要是溫度檢測(cè)和防盜報(bào)警。溫度檢測(cè)中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)有熱電偶測(cè)溫以及光纖測(cè)溫。熱電偶測(cè)溫的原理是熱電偶的電阻會(huì)隨著溫度的變化而變化，以此將溫度的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并進(jìn)行測(cè)量。熱電偶測(cè)溫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、技術(shù)成熟，但由于熱電偶只能進(jìn)行點(diǎn)式測(cè)溫，無(wú)法對(duì)整條電纜線路進(jìn)行溫度的在線監(jiān)測(cè)，所以具有一定的局限性。光纖具有成本低廉、不受電磁干擾、體積小重量輕、測(cè)量精度高、便于敷設(shè)等優(yōu)點(diǎn)，分布式光纖測(cè)溫技術(shù)利用一條光纖就可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)公里的線路進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，現(xiàn)階段光纖測(cè)溫電纜多停留在實(shí)驗(yàn)室階段，實(shí)際應(yīng)用較少。現(xiàn)有的光纖測(cè)溫電纜主要對(duì)電纜的接頭處進(jìn)行檢測(cè)，并將光纖敷設(shè)于電纜外部。其主要存在以下問(wèn)題：

(1)地鐵電纜溫度升高主要受載流量影響，載流量升高會(huì)導(dǎo)致電纜多處溫度升高，只對(duì)電纜接頭部分進(jìn)行測(cè)溫存在安全隱患；

(2)地鐵電纜敷設(shè)環(huán)境復(fù)雜，光纖敷設(shè)在電纜外部易對(duì)光纖物理結(jié)構(gòu)造成損壞；

(3)地鐵電纜敷設(shè)溝槽多有多條電纜，光纖敷設(shè)在電纜外部所測(cè)溫度會(huì)受到其他電纜溫升影響；

(4)地鐵電纜發(fā)生彎曲，則會(huì)導(dǎo)致測(cè)量精度下降；

(5)不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)溫、防盜報(bào)警功能。

因此，需要一種新的技術(shù)方案來(lái)解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種光纖復(fù)合地鐵電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法。

一種光纖復(fù)合地鐵電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括單芯電纜、設(shè)置在單芯電纜表皮外部的一號(hào)光纖和二號(hào)光纖、同時(shí)與一號(hào)光纖和二號(hào)光纖連接的光電轉(zhuǎn)換裝置，以及與光電轉(zhuǎn)換裝置連接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述單芯電纜表皮外部設(shè)置有至少兩個(gè)細(xì)管，以單芯電纜中心對(duì)稱(chēng)設(shè)置，一號(hào)光纖和二號(hào)光纖分別放置在細(xì)管中，細(xì)管安裝于單芯電纜的保護(hù)套內(nèi)。

在上述的一種光纖復(fù)合地鐵電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述的光電轉(zhuǎn)換裝置安裝于所述單芯電纜的起始段，包括：一號(hào)光電轉(zhuǎn)換器、二號(hào)光電轉(zhuǎn)換和報(bào)警器，所述的一號(hào)光電轉(zhuǎn)換器與所述的一號(hào)光纖連接，能夠發(fā)射光信號(hào)并接收設(shè)定的散射光信號(hào)，所述的二號(hào)光電轉(zhuǎn)換器與所述的二號(hào)光纖連接，能夠發(fā)射光信號(hào)并接收設(shè)定的散射光信號(hào)；所述的一號(hào)光電轉(zhuǎn)換器與所述的報(bào)警器電連接，通過(guò)將電信號(hào)輸送至所述的報(bào)警器實(shí)現(xiàn)電纜溫升報(bào)警；所述的一號(hào)光電轉(zhuǎn)換器與所述的二號(hào)光電轉(zhuǎn)換器電連接，可將溫度信息輸送至所述的二號(hào)光電轉(zhuǎn)換器；所述的二號(hào)光電轉(zhuǎn)換器與所述的報(bào)警器電連接，通過(guò)將電信號(hào)輸送至所述的報(bào)警器實(shí)現(xiàn)電纜受力報(bào)警。

在上述的一種光纖復(fù)合地鐵電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述的單芯電纜采取三角形敷設(shè)方式，單芯電纜包括：線芯、內(nèi)屏蔽層、絕緣物質(zhì)、外屏蔽層、保護(hù)套、防腐蝕層；線芯材質(zhì)為銅線或鋁線；所述的絕緣物質(zhì)環(huán)繞于所述的線芯和所述的內(nèi)屏蔽層外部；所述的內(nèi)屏蔽層環(huán)繞于所述線芯表面，與所述線芯等電位，防止所述線芯與所述絕緣物質(zhì)之間發(fā)生局部放電；所述外屏蔽層環(huán)繞于絕緣物質(zhì)表面，防止絕緣物質(zhì)與保護(hù)套之間產(chǎn)生局部放電，所述的保護(hù)套環(huán)繞于外屏蔽層表面；至少兩個(gè)細(xì)管安裝于保護(hù)套內(nèi)部，保護(hù)套的厚度大于細(xì)管的直徑，一號(hào)光纖、二號(hào)光纖分別放置于兩個(gè)細(xì)管內(nèi)部。

在上述的一種光纖復(fù)合地鐵電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述的線芯材質(zhì)為銅線或鋁線，導(dǎo)電性能良好；所述的絕緣物質(zhì)層材質(zhì)為交聯(lián)聚乙烯，絕緣性能良好，所述的內(nèi)屏蔽層由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，所述外屏蔽層由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，所述的保護(hù)套采用不含鹵的交聯(lián)聚乙烯阻燃材料；微型支架與所述的單芯電纜和外護(hù)套材料一致。

在上述的一種光纖復(fù)合地鐵電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述的一號(hào)光纖與所述的二號(hào)光纖長(zhǎng)度不可超過(guò)40千米，所測(cè)每段單芯電纜長(zhǎng)度不得超過(guò)10千米，在所述的單芯電纜末端，所述的一號(hào)光纖與所述的二號(hào)光纖以五至六厘米的曲率半徑進(jìn)行彎折，并穿過(guò)下一條單芯電纜上的細(xì)管?？赏瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)4條所述的單芯電纜的在線監(jiān)測(cè)。

一種光纖復(fù)合地鐵電纜在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：

步驟1，一號(hào)光電轉(zhuǎn)換器采用的是拉曼散射設(shè)定方式，一方面將采集到的溫升信息輸送至所述報(bào)警器，另一方面將各點(diǎn)溫度信息輸送至二號(hào)光電轉(zhuǎn)換器；所述的拉曼散射原理是通過(guò)采集散射光中的斯托克斯光強(qiáng)度和反斯托克斯光強(qiáng)度來(lái)反映溫度，可用如下公式推導(dǎo)得出：

斯托克斯散射光子頻率為：

vs＝v0-δv(0.1)

反斯托克斯散射光子散射光子頻率為：

vs＝v0+δv(0.2)

式中，δv為拉曼聲子頻率，v0為入射光子頻率；

設(shè)r(t)為上述兩種散射光強(qiáng)度的比值，如下式所示：

式中，h為普朗克常數(shù)，k為玻爾茲曼常數(shù)，t為絕對(duì)溫度；

選取光纖始端作為參考光纖，溫度為t0，則待測(cè)溫度t為：

步驟2，二號(hào)光電轉(zhuǎn)換器采用的是布里淵散射設(shè)定方式，通過(guò)將所述的一號(hào)光電轉(zhuǎn)換器輸送的溫度信息與自身采集到的溫度與受外力信息進(jìn)行差值處理，將得到的受外力信息輸送至所述報(bào)警器；所述的布里淵散射原理是通過(guò)采集光的頻率改變量，如下式所示：

δvb＝cvεδε+cvtδt(0.5)

式中δvb是布里淵頻率改變量，δε為應(yīng)變量，δt為溫度變化量，對(duì)于本文采用的1550nm的光源，常溫下，布里淵應(yīng)變系數(shù)一般為cvε＝0.0493mhz/με布里淵溫度系數(shù)一般為cvt＝1.2mhz/℃；

將步驟1得到的溫度代入式1.5，即可得到應(yīng)變值。

因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了地鐵電纜各點(diǎn)的溫度測(cè)定與受力檢測(cè)，采用內(nèi)置光纖排除了外界干擾，將光纖安裝于地鐵電纜內(nèi)部，提升了測(cè)量溫度與受力的均勻程度與準(zhǔn)確性。同時(shí)提升了光纖的使用壽命。對(duì)地鐵電纜故障檢測(cè)、防盜報(bào)警、隧道煙霧探測(cè)提供實(shí)現(xiàn)依據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的外部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的截面圖。

圖3為本發(fā)明的敷設(shè)方式截面圖。

圖4為本發(fā)明的光纖敷設(shè)示意圖。

圖5為本發(fā)明布置隧道示意圖。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)見(jiàn)圖1，本發(fā)明提供的一種光纖復(fù)合地鐵電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括單芯電纜1、一號(hào)光纖2、二號(hào)光纖3、光電轉(zhuǎn)換裝置4。所述的光電轉(zhuǎn)換裝置4安裝于所述單芯電纜1的起始段，包括：一號(hào)光電轉(zhuǎn)換器5、二號(hào)光電轉(zhuǎn)換器6和報(bào)警器7，所述的一號(hào)光電轉(zhuǎn)換器5與所述的一號(hào)光纖2連接，能夠發(fā)射光信號(hào)并接收設(shè)定的散射光信號(hào)，所述的二號(hào)光電轉(zhuǎn)換器6與所述的二號(hào)光纖3連接，能夠發(fā)射光信號(hào)并接收設(shè)定的散射光信號(hào)。所述的一號(hào)光電轉(zhuǎn)換器5與所述的報(bào)警器7電連接，通過(guò)將電信號(hào)輸送至所述的報(bào)警器7實(shí)現(xiàn)電纜溫升報(bào)警；所述的一號(hào)光電轉(zhuǎn)換器5與所述的二號(hào)光電轉(zhuǎn)換器6電連接，可將溫度信息輸送至所述的二號(hào)光電轉(zhuǎn)換器。所述的二號(hào)光電轉(zhuǎn)換器6與所述的報(bào)警器7電連接，通過(guò)將電信號(hào)輸送至所述的報(bào)警器7實(shí)現(xiàn)電纜受力報(bào)警。

請(qǐng)見(jiàn)圖2，所述的單芯電纜1采用的是三角形敷設(shè)方式，所述的單芯電纜1包括：線芯11、內(nèi)屏蔽層12、絕緣物質(zhì)13、外屏蔽層14、保護(hù)套15、防腐蝕層16、細(xì)管8。所述的線芯11材質(zhì)為銅線或鋁線，導(dǎo)電性能良好。所述的絕緣物質(zhì)13材質(zhì)為交聯(lián)聚乙烯，絕緣性能良好，環(huán)繞于所述的線芯11和所述的內(nèi)屏蔽層12外部。所述的內(nèi)屏蔽層12由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，環(huán)繞于所述線芯11表面，與所述線芯11等電位，防止所述線芯11與所述絕緣物質(zhì)13之間發(fā)生局部放電。所述外屏蔽層14由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，環(huán)繞于所述絕緣物質(zhì)13表面，防止絕緣物質(zhì)13與保護(hù)套15之間產(chǎn)生局部放電，所述的保護(hù)套15采用不含鹵的交聯(lián)聚乙烯阻燃材料。所述的細(xì)管8安裝于所述的護(hù)套15內(nèi)部，所述的一號(hào)光纖2、二號(hào)光纖3放置于所述的細(xì)管8內(nèi)部。

請(qǐng)見(jiàn)圖3，所述的單芯電纜1采用的是三角形敷設(shè)方式，三根所述的單芯電纜中心連線成等邊三角形。且所述的三根單芯電纜表皮緊密貼合。

請(qǐng)見(jiàn)圖4，為保證測(cè)量精度，所述的一號(hào)光纖2與所述的二號(hào)光纖3長(zhǎng)度不可超過(guò)40千米，所測(cè)每段單芯電纜1長(zhǎng)度不得超過(guò)10千米，在所述的單芯電纜1末端，所述的一號(hào)光纖2與所述的二號(hào)光纖3以五至六厘米的曲率半徑進(jìn)行彎折，并穿過(guò)下一條單芯電纜1上的細(xì)管8?？赏瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)4條所述的單芯電纜1的在線監(jiān)測(cè)。請(qǐng)見(jiàn)圖5，所述的煙霧報(bào)警器9每隔一定距離安裝于電纜隧道頂部，具體安裝距離需根據(jù)實(shí)際情況確定。

本實(shí)施例在使用時(shí)，實(shí)現(xiàn)了地鐵電纜各點(diǎn)的溫度測(cè)定與受力檢測(cè)，采用內(nèi)置光纖排除了外界干擾，將光纖安裝于地鐵電纜內(nèi)部，提升了測(cè)量溫度與受力的均勻程度與準(zhǔn)確性。同時(shí)提升了光纖的使用壽命。對(duì)地鐵電纜故障檢測(cè)、防盜報(bào)警、隧道煙霧探測(cè)提供實(shí)現(xiàn)依據(jù)。

盡管本說(shuō)明書(shū)較多地使用了單芯電纜1、一號(hào)光纖2、二號(hào)光纖3、光電轉(zhuǎn)換裝置4、一號(hào)光電轉(zhuǎn)換器5、二號(hào)光電轉(zhuǎn)換器6、報(bào)警器7、煙霧報(bào)警器等術(shù)語(yǔ)，但并不排除使用其他術(shù)語(yǔ)的可能性。使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便的描述本發(fā)明的本質(zhì)，把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書(shū)未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。