本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)配電技術(shù)和光通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于對光纖復(fù)合低壓電纜進行故障診斷的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)改造的實施，光纖復(fù)合纜oplc(opticalfibercompositelow-voltagescable)線路作為光通信與網(wǎng)絡(luò)供電傳輸主體，光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中光纖復(fù)合纜線路的敷設(shè)量越來越多，特別是隨著城市改造和建設(shè)的不斷深入，城市光纖網(wǎng)絡(luò)中光電復(fù)合纜所占的比重越來越大，光纖復(fù)合纜的運行管理、監(jiān)測維護工作量也日益增加。

運行電流和溫度是光纖復(fù)合纜運行涉及的兩個重要參數(shù)。當光纖復(fù)合纜在額定負荷下運行時，線芯溫度達到允許值。光纖復(fù)合纜一旦超過負荷，線芯溫度將急劇上升，加速絕緣老化，甚至發(fā)生熱擊穿。所以，必須對光纖復(fù)合纜的運行電流和溫度進行控制，這就要求光纖網(wǎng)絡(luò)運行部門對光纖復(fù)合纜的實際負荷進行合理調(diào)度。

在光纖復(fù)合纜的選型和敷設(shè)階段，由于缺少對實際運行環(huán)境進行全面的考慮，通常都是根據(jù)標準電纜外護套溫度進行的，這樣將導(dǎo)致光纖復(fù)合纜在電纜外護套溫度高或散熱條件不良時運行于過熱狀態(tài)，減少運行壽命。并且，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，由于缺少對光纖復(fù)合纜的負荷進行調(diào)整和調(diào)度，電力通信資源負荷能力不能得到充分發(fā)揮，也難以解決光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)調(diào)度中緊急情況下的電力供應(yīng)分配問題。

目前光纖復(fù)合纜故障預(yù)警以及故障定位主要依靠人工用專業(yè)儀器進行排查，效率很低。為了提高光纖復(fù)合纜的維護效率，就需要提高光纖復(fù)合纜故障監(jiān)測技術(shù)，使之向著集約化和自動化的方向發(fā)展。因此，迫切需要大力開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的oplc網(wǎng)絡(luò)故障診斷裝置，以在故障發(fā)生時應(yīng)能盡快并且準確地確定故障的類型和地點，對故障光電復(fù)合纜進行維修，保證光纖網(wǎng)正常通信運行，其經(jīng)濟效益和社會影響都是十分巨大的。

現(xiàn)有技術(shù)：cn:201320345836.6，《一種基于asp的光纖網(wǎng)絡(luò)故障診斷及維護系統(tǒng)》的實用新型公開了一種基于asp的光纖網(wǎng)絡(luò)故障診斷及維護系統(tǒng)，包括與光纖網(wǎng)絡(luò)連通的光纖配線柜，依次與所述光纖配線柜連接的光路切換單元、otdr測試模塊、監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和終端?，F(xiàn)有技術(shù)基于asp的光纖網(wǎng)絡(luò)故障診斷及維護系統(tǒng)，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中適用范圍小和定位準確性差等缺陷，以實現(xiàn)適用范圍大和定位準確性好的優(yōu)點。然而現(xiàn)有技術(shù)只解決了光通信傳輸?shù)膿p耗檢測問題，并不能解決光纖網(wǎng)絡(luò)配電故障診斷的問題。

因此，需要一種技術(shù)，以實現(xiàn)對對光纖復(fù)合低壓電纜進行故障進行實時診斷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種用于對光纖復(fù)合低壓電纜進行故障診斷的系統(tǒng)及方法，以解決對光纖復(fù)合低壓電纜進行故障診斷的問題。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于對光纖復(fù)合低壓電纜進行故障診斷的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

分布式光纖溫度監(jiān)測單元，用于對光纖復(fù)合低壓電纜的光纖進行不同位置的實時溫度監(jiān)測，獲取光纖不同位置的溫度，并將所述光纖的位置及溫度發(fā)送至信息處理單元；

環(huán)境監(jiān)測單元，用于獲取所述光纖復(fù)合低壓電纜的電纜外護套溫度，并將所述電纜外護套溫度發(fā)送至所述信息處理單元；

電流采集單元，用于獲取所述光纖復(fù)合低壓電纜的導(dǎo)體的在實際運行時的載流量，并將所述實際運行的載流量發(fā)送至所述信息處理單元；

信息處理單元，用于根據(jù)接收到的所述光纖的位置及溫度、電纜外護套溫度以及實際運行的負荷電流進行分析，包括：

利用光纖的溫度、所述電纜外護套溫度，計算所述導(dǎo)體的溫度；

利用所述導(dǎo)體的溫度與所述導(dǎo)體的最大載流量的函數(shù)關(guān)系，計算所述導(dǎo)體的最大載流量；

判斷所述實際運行的載流量是否大于所述最大載流量，若是，則所述光纖復(fù)合低壓電纜運行故障。

優(yōu)選地，所述信息處理單元通過tcp/ip通信方式與所述分布式光纖溫度監(jiān)測單元進行連接。

優(yōu)選地，所述信息處理單元通過rs485總線與所述環(huán)境監(jiān)測單元進行連接。

優(yōu)選地，所述分布式光纖溫度監(jiān)測單元用于監(jiān)測5公里內(nèi)的光纖的位置及溫度。

優(yōu)選地，所述信息處理單元還用于，獲取所述光纖最高溫度對應(yīng)的位置，建立所述位置導(dǎo)體的溫度與實際運行的載流量的數(shù)據(jù)關(guān)系。

優(yōu)選地，所述利用所述導(dǎo)體的溫度與所述導(dǎo)體的最大載流量的函數(shù)關(guān)系，計算所述導(dǎo)體的最大載流量，包括：

通過熱歐姆定律進行反演計算，計算所述導(dǎo)體的最大載流量。

優(yōu)選地，所述電流采集單元包括電流采集器和電流互感器，其中：

所述電流采集器進行電流模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換；

所述電流互感器將負載大電流轉(zhuǎn)變?yōu)闇y量用小電流。

優(yōu)選地，所述分布式光纖溫度監(jiān)測單元通過內(nèi)部總線與所述環(huán)境監(jiān)測單元、電源單元進行連接。

基于本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供一種用于對光纖復(fù)合低壓電纜進行故障診斷的方法，所述方法包括：

對光纖復(fù)合低壓電纜的光纖進行不同位置的實時溫度監(jiān)測，獲取光纖不同位置的溫度；

獲取所述光纖復(fù)合低壓電纜的電纜外護套溫度；

獲取所述光纖復(fù)合低壓電纜的導(dǎo)體的在實際運行時的載流量；

利用所述導(dǎo)體的溫度與所述導(dǎo)體的最大載流量的函數(shù)關(guān)系，計算所述導(dǎo)體的最大載流量；

判斷所述實際運行的載流量是否大于所述最大載流量，若是，則所述光纖復(fù)合低壓電纜運行故障。

優(yōu)選地，通過tcp/ip通信方式傳送所述光纖的溫度。

優(yōu)選地，通過rs485總線傳送所述電纜外護套溫度。

優(yōu)選地，用于監(jiān)測5公里內(nèi)的光纖的位置及溫度。

優(yōu)選地，獲取所述光纖最高溫度對應(yīng)的位置，建立所述位置導(dǎo)體的溫度與實際運行的載流量的數(shù)據(jù)關(guān)系。

優(yōu)選地，所述利用所述導(dǎo)體的溫度與所述導(dǎo)體的最大載流量的函數(shù)關(guān)系，計算所述導(dǎo)體的最大載流量，包括：

通過熱歐姆定律進行反演計算，計算所述導(dǎo)體的最大載流量。

本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一種用于對光纖復(fù)合低壓電纜進行故障診斷的系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)采集光電復(fù)合纜光纖的溫度、電纜運行電流和敷設(shè)電纜的電纜外護套溫度進行分析、計算出電纜的導(dǎo)體溫度，通過導(dǎo)體溫度計算出通過導(dǎo)體的載流量，并根據(jù)光纖溫度、運行電流和電纜電纜外護套溫度之間的關(guān)系，分析oplc復(fù)合纜的運行安全狀態(tài)，使配電光網(wǎng)絡(luò)具有更佳的穩(wěn)定性和可靠性。

附圖說明

通過參考下面的附圖，可以更為完整地理解本發(fā)明的示例性實施方式：

圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施方式的一種用于對光纖復(fù)合低壓電纜進行故障診斷的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施方式的單芯電纜等值；

圖3為根據(jù)本發(fā)明一實施方式的三芯電纜等值；以及

圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施方式的一種用于對光纖復(fù)合低壓電纜進行故障診斷的方法流程圖。

具體實施方式

現(xiàn)在參考附圖介紹本發(fā)明的示例性實施方式，然而，本發(fā)明可以用許多不同的形式來實施，并且不局限于此處描述的實施例，提供這些實施例是為了詳盡地且完全地公開本發(fā)明，并且向所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員充分傳達本發(fā)明的范圍。對于表示在附圖中的示例性實施方式中的術(shù)語并不是對本發(fā)明的限定。在附圖中，相同的單元/元件使用相同的附圖標記。

除非另有說明，此處使用的術(shù)語(包括科技術(shù)語)對所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員具有通常的理解含義。另外，可以理解的是，以通常使用的詞典限定的術(shù)語，應(yīng)當被理解為與其相關(guān)領(lǐng)域的語境具有一致的含義，而不應(yīng)該被理解為理想化的或過于正式的意義。

圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施方式的一種用于對光纖復(fù)合低壓電纜進行故障診斷的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明實施方式提供了一種電力系統(tǒng)的光纖復(fù)合低壓電纜oplc運行狀態(tài)進行評估、故障診斷以及無源網(wǎng)絡(luò)pon網(wǎng)絡(luò)的光纖到戶ftth運維的網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)與裝置。如圖1所示，光纖復(fù)合低壓電纜oplc網(wǎng)絡(luò)故障診斷系統(tǒng)100由信息處理單元、dts分布式光纖溫度監(jiān)測單元101、環(huán)境監(jiān)測單元102、電源模塊、電流采集單元103組成。通過采集的光電復(fù)合低壓電纜不同位置的纖芯溫度、電纜導(dǎo)體運行時電流的載流量和電纜外護套溫度數(shù)據(jù)進行分析，計算出導(dǎo)體的溫度和變化規(guī)律。信息處理單元監(jiān)測分布式光纖溫度監(jiān)測單元101、環(huán)境監(jiān)測單元102和電流采集單元103的測量信息，并通過光纖的纖芯、導(dǎo)線的溫度變化信息，評估光纖復(fù)合低壓電纜oplc導(dǎo)線、光纖的運行安全狀態(tài)和故障信息，并可以對故障發(fā)生部位進行定位。

本發(fā)明實施方式提供的一種用于對光纖復(fù)合低壓電纜進行故障診斷的系統(tǒng)100，包括：

分布式光纖溫度監(jiān)測單元101，用于對光纖復(fù)合低壓電纜的光纖進行不同位置的實時溫度監(jiān)測，獲取光纖不同位置的溫度，并將光纖的位置及溫度發(fā)送至信息處理單元。

環(huán)境監(jiān)測單元102，用于獲取光纖復(fù)合低壓電纜的電纜外護套溫度，并將電纜外護套溫度發(fā)送至信息處理單元。

電流采集單元103，用于獲取光纖復(fù)合低壓電纜的導(dǎo)體的在實際運行時的載流量，并將實際運行的載流量發(fā)送至信息處理單元。

信息處理單元104，用于根據(jù)接收到的光纖的位置及溫度、電纜外護套溫度以及實際運行的負荷電流進行分析，包括：

利用電纜外護套溫度，計算導(dǎo)體的溫度；利用導(dǎo)體的溫度與導(dǎo)體的最大載流量的函數(shù)關(guān)系，計算導(dǎo)體的最大載流量；判斷實際運行的載流量是否大于最大載流量，若是，則光纖復(fù)合低壓電纜運行故障。優(yōu)選地，信息處理單元通過tcp/ip通信方式與分布式光纖溫度監(jiān)測單元進行連接。

優(yōu)選地，信息處理單元通過rs485總線與環(huán)境監(jiān)測單元進行連接。

優(yōu)選地，分布式光纖溫度監(jiān)測單元用于監(jiān)測5公里內(nèi)的光纖的位置及溫度。

優(yōu)選地，信息處理單元還用于，獲取光纖最高溫度對應(yīng)的位置，建立位置導(dǎo)體的溫度與實際運行的載流量的數(shù)據(jù)關(guān)系。

優(yōu)選地，利用導(dǎo)體的溫度與導(dǎo)體的最大載流量的函數(shù)關(guān)系，計算導(dǎo)體的最大載流量，包括：

通過熱歐姆定律進行反演計算，計算導(dǎo)體的最大載流量。

優(yōu)選地，電流采集單元包括電流采集器和電流互感器，其中：電流采集器進行電流模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換；電流互感器將負載大電流轉(zhuǎn)變?yōu)闇y量用小電流。

優(yōu)選地，分布式光纖溫度監(jiān)測單元通過內(nèi)部總線與環(huán)境監(jiān)測單元、電源單元進行連接。

以下對本發(fā)明的實施方式進行舉例說明：

光纖復(fù)合低壓電纜oplc進行故障診斷的系統(tǒng)由信息處理單元104，顯示單元，dts分布式光纖溫度監(jiān)測單元101，環(huán)境監(jiān)測單元102，電源單元，電流采集單元103，優(yōu)選地，電流采集單元103包含電流采集器和電流互感器兩個部分。電流采集器實現(xiàn)電流的模擬量和數(shù)字量的之間的轉(zhuǎn)換；電流互感器實現(xiàn)將負載大電流變換成測量用的小電流。

信息處理單元104用于，利用采集的電纜電纜外護套溫度計算出電纜的導(dǎo)體溫度，按照導(dǎo)體溫度與載流量函數(shù)關(guān)系，計算出通過導(dǎo)體的載流量，如下公式1至公式4。通過分布式光纖溫度監(jiān)測單元給出電纜光纖對應(yīng)分區(qū)的最高溫度，通過電流采集單元給出電纜運行電流。將實時采集的光電復(fù)合纜光纖不同位置的溫度、通過分布式光纖測溫模塊、電流采集單元和電纜外護套溫度采集單元給出電纜運行安全狀態(tài)評估，并通過顯示單元進行數(shù)據(jù)顯示。

導(dǎo)體溫度與導(dǎo)體的載流量關(guān)系通過熱路法計算。熱路法將電流作用于電纜的熱平衡視為一維形式的熱流場，利用與電路中歐姆定律相似的熱歐姆定律求解導(dǎo)體溫度，通過導(dǎo)體溫度計算電纜載流量(國際標準iec60287)。該方法將場轉(zhuǎn)化為路的問題，簡化了運算。

圖2為單芯電纜等值熱路圖，導(dǎo)體溫度和載流量預(yù)測計算公式為：

tc＝t0+wc[t1+(1+λ1)t2+(1+λ1+λ2)t3]+wd(0.5t1+t2+t3)

公式1，

在已知導(dǎo)體最高工作溫度tcmax的情況下，可由公式(1)推導(dǎo)出長期運行載流量ia

圖3為三芯電纜等值熱路圖，導(dǎo)體溫度和載流量預(yù)測計算公式為：

tc＝t0+wc[t1+(1+λ1)3t2+(1+λ1+λ2)3t3]+wd(0.5t1+3t2+3t3)

公式3,

其中，tc為電纜導(dǎo)體溫度，單位為k；t0為電纜敷設(shè)環(huán)境外界溫度，單位為k；wc為電纜導(dǎo)體損耗，單位為w/m；wd為電纜導(dǎo)體絕緣單位長度的介質(zhì)損耗，單位為w/m；λ1為電纜金屬套損耗相對于所有導(dǎo)體總損耗的比率；λ2為電纜鎧裝層損耗相對于所有導(dǎo)體總損耗的比率；t1為一根導(dǎo)體與金屬套之間單位長度熱阻，單位為k·m/w；t2為金屬套和鎧裝之間內(nèi)護層單位長度熱阻，單位為k·m/w；t3為電纜外護層單位長度熱阻，單位為k·m/w。

根據(jù)gb/t29839額定電壓1kv及以下光纖復(fù)合低壓電纜規(guī)定，在絕緣材料為聚錄乙烯時，正常工作溫度不超過70℃,；在絕緣材料是交聯(lián)聚乙烯時，正常工作溫度不超過90℃；光纖衰減系數(shù)，在1310nm時，不高于0.4db,在1550nm時，不高于0.3db；在上述范圍以外的情況，均認為是有故障的。

通過試驗建立電纜電纜外護套溫度、運行電流和理想情況下分布式光纖采集的電纜溫度tc三者之間如下結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)關(guān)系。

表1某種oplc運行電流、電纜外護套溫度和光纖采集電纜溫度關(guān)系

根據(jù)表1的狀態(tài)量關(guān)系，利用采集的電纜外護套溫度tn、運行電流im查找出理想情況下電纜溫度tc，把電纜測溫光纖采集的實際運行電纜溫度tf與查找出來的理想情況下測溫光纖電纜溫度tc進行對比，計算出二者之間的差異，根據(jù)這個差異評估電纜的運行安全狀態(tài)，符號x代表測量光纖tc。

信息處理單元104與顯示單元相連接，信息處理單元104與dts分布式光纖溫度監(jiān)測單元101通過tcp/ip通信方式連接起來，信息處理單元104與環(huán)境監(jiān)測單元102通過rs485總線連接起來。

dts分布式光纖溫度監(jiān)測單元101用于實時監(jiān)測oplc線纜徑向不少于5公里的線纜分布式的連續(xù)溫度數(shù)據(jù)，定位精度高。

環(huán)境監(jiān)測單元102用于監(jiān)測光電復(fù)合纜的運行電纜外護套溫度。

優(yōu)選地，電源單元用于為光纖復(fù)合低壓電纜進行故障診斷系統(tǒng)提供供電與保護。

dts分布式光纖溫度監(jiān)測單元101、環(huán)境監(jiān)測單元102、電源單元通過dts內(nèi)部總線連接起來實現(xiàn)一體化控制功能。

優(yōu)選地，電流采集單元103包括電流采集器和電流互感器，其中電流采集器進行電流模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換；電流互感器將負載大電流轉(zhuǎn)變?yōu)闇y量用小電流。

信息處理單元104用于將實時采集的光電復(fù)合纜光纖不同位置的溫度、導(dǎo)體在實際運行時的載流量和電纜外護套溫度數(shù)據(jù)進行分析，計算出電纜的導(dǎo)體的溫度，通過導(dǎo)體的溫度計算出通過導(dǎo)體的載流量，并給出電纜光纖對應(yīng)位置分區(qū)的最高溫度、導(dǎo)體的運行溫度和導(dǎo)體的運行電流之間的關(guān)系。

圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施方式的一種用于對光纖復(fù)合低壓電纜進行故障診斷的方法流程圖。如圖4所示，方法400從步驟401開始：

優(yōu)選地，在步驟401：對光纖復(fù)合低壓電纜的光纖進行不同位置的實時溫度監(jiān)測，獲取光纖不同位置的溫度。

優(yōu)選地，在步驟402：獲取光纖復(fù)合低壓電纜的電纜外護套溫度。

優(yōu)選地，在步驟403：獲取光纖復(fù)合低壓電纜的導(dǎo)體的在實際運行時的載流量。

優(yōu)選地，在步驟404：獲取oplc電纜的結(jié)構(gòu)參數(shù)和電纜外護套溫度，計算導(dǎo)體的溫度；

優(yōu)選地，在步驟405：利用導(dǎo)體的溫度與導(dǎo)體的最大載流量的函數(shù)關(guān)系，計算導(dǎo)體的最大載流量；

優(yōu)選地，在步驟406：判斷實際運行的載流量是否大于最大載流量，若是，則光纖復(fù)合低壓電纜運行故障。

優(yōu)選地，分布式光纖溫度監(jiān)測單元通過tcp/ip通信方式傳送光纖的溫度至信息處理單元。

優(yōu)選地，環(huán)境監(jiān)測單元通過rs485總線傳送電纜外護套溫度至信息處理單元。

優(yōu)選地，分布式光纖溫度監(jiān)測單元用于監(jiān)測5公里內(nèi)的光纖的位置及溫度。優(yōu)選地，信息處理單元獲取光纖最高溫度對應(yīng)的位置，建立位置導(dǎo)體的溫度與實際運行的載流量的數(shù)據(jù)關(guān)系。

優(yōu)選地，信息處理單元利用導(dǎo)體的溫度與導(dǎo)體的最大載流量的函數(shù)關(guān)系，計算導(dǎo)體的最大載流量，包括：

通過熱歐姆定律進行反演計算，計算導(dǎo)體的最大載流量。

已經(jīng)通過參考少量實施方式描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，正如附帶的專利權(quán)利要求所限定的，除了本發(fā)明以上公開的其他的實施例等同地落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

通常地，在權(quán)利要求中使用的所有術(shù)語都根據(jù)他們在技術(shù)領(lǐng)域的通常含義被解釋，除非在其中被另外明確地定義。所有的參考“一個/所述/該[裝置、組件等]”都被開放地解釋為所述裝置、組件等中的至少一個實例，除非另外明確地說明。這里公開的任何方法的步驟都沒必要以公開的準確的順序運行，除非明確地說明。