光纤复合碳纤维导线运行温度应力监测系统及其监测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光纤复合碳纤维导线运行温度应力监测系统及其监测方法，属于智能电网碳纤维复合芯导线监控系统及其监测方法技术领域。系统包括光纤复合碳纤维导线、监控前端、监控管理平台、监控客户端、光纤跳线、光电分离器以及连接附件。监控前端可以实时监测其监控范围内每段光纤复合碳纤维导线的温度分布情况，并通过光纤复合碳纤维导线长度方向上的温度频谱曲线的形式输出到监控管理平台和监控客户端。电网可以据此信息了解各段线路的载流裕度及健康状况，排查光纤复合碳纤维导线缺陷，从而实现输电路由的智能调度。本发明专利技术向电网监控及调度人员提供了可靠的监控信息，有助于全面了解线路的健康状况及载流裕量。

【技术实现步骤摘要】
光纤复合碳纤维导线运行温度应力监测系统及其监测方法
本专利技术涉及一种光纤复合碳纤维导线运行温度应力监测系统及其监测方法，属于智能电网碳纤维复合芯导线监控系统及其监测方法

技术介绍
碳纤维复合芯导线的研究起始于20世纪90年代，由日本学者研发，2004年美国首次将碳纤维复合芯导线应用于输电线路。我国对碳纤维复合芯导线的研究始于2005年，该导线在我国的首次应用是在2006年的辽宁、福建的220kV线路扩容改造中。碳纤维复合芯导线具有强度大、载流量大、耐热性好、线膨胀系数小、重量轻、耐腐蚀性能好等特点，是一种节能、环保型导线，在架空输电线路中具有广阔的应用前景。由于碳纤维复合芯导线的材质和结构均与传统钢芯导线存在较大区别，芯棒基本承担了导线的全部载荷。由于碳纤维复合芯导线可以通过高温运行来实现线路容量的提升，但是目前的线路的检测手段无法实现对线路运行状况进行监测与管理，限制了碳纤维复合芯导线在高压输配电领域的发展前景。光纤复合碳纤维导线结合了复合材料导线技术和光纤技术，使得导线同时具有输送电能和通信的功能，解决了光缆远距离大跨度传输困难的问题，节约了资源，适应于智能电网的发展，能够实现对导线运行状态的监测与分析。申请号为201610304660.8专利技术专利申请公开了一种智能复合材料芯导线及其制备方法，该智能复合碳纤维芯导线具有高载流、高强度、低线损、重量轻、线膨胀系数小、耐腐蚀、光纤衰减小等优点，为智能型光纤复合碳纤维芯导线对输电线路运行温度和应力的在线监测系统提供了可靠的线路保证。
技术实现思路
针对现有的碳纤维复合芯导线存在的隐患，本专利技术提出了一种光纤复合碳纤维导线运行温度应力监测系统及其监测方法，监控面广，能够不间断的对线路运行健康状态进行监控与数据采集，并形成以时间和光纤复合碳纤维导线具体位置为变量的线路运行健康状态大数据库，实现电网的智能调度和隐患分析排查。本专利技术为解决其技术问题采用如下技术方案：一种光纤复合碳纤维导线运行温度应力监测系统，包括光纤复合碳纤维导线、监控前端、监控管理平台、监控客户端、光电分离器和光纤跳线；所述光纤复合碳纤维导线通过光纤跳线与光电分离器相连接，所述光电分离器和监控前端连接；所述监控前端、监控管理平台和监控客户端通过VPN或物联网顺序连接。所述光纤复合碳纤维导线内有预埋紧包光纤或预埋紧包光纤加松套光纤。光纤复合碳纤维导线运行温度应力在线监测系统的监测方法，包括如下步骤：第一步：将光纤复合碳纤维导线牵引到位，进行系统整体连通，将光纤复合碳纤维导线内的预埋紧包光纤或预埋紧包光纤加松套光纤剥离出来，并连接到光纤跳线上，光纤跳线与光电分离器相连接，将光纤复合碳纤维导线的电与光信号进行隔离，将光信号传递到监控前端中去；监控管理平台设置在监控前端和监控客户端之间，监控前端用于获取其监控范围内的监控信息，监控管理平台用于接收并保存各监控前端发来的监控信息，并将监控信息传递给监控客户端；第二步，在光纤复合碳纤维导线运行状态下启动监控前端，并获得该应力状态下的初始微应变频谱，根据光纤复合碳纤维导线在不同温度和应力下的微应变转换计算出光纤复合碳纤维导线的温度和应力；第三步，根据线路不同位置的实际情况，在监控管理平台的系统中设定温度和应力上限，当温度和应力超过或者接近上限值时，触发报警系统并通知监控客户端问题的原因与位置；第四步，在监控管理平台的系统中实时记录过程中的光纤复合碳纤维导线的温度和应力，对比相近环境条件和运行工况的微应变频谱，总结规律并对异常情况进行警告；第五步，监控管理平台采集光纤复合碳纤维导线的运行温度和应力；在每一个时间节点，监控管理平台接收并保存各监控前端发来的基于其监控范围内光纤复合碳纤维导线长度方向上的光频谱曲线，同时输出到监控客户端上；并在监控客户端上查询纳入其监控范围内所有光纤复合碳纤维导线长度方向上任一位置任一时间节点的温度及应力数据，以及该任一位置上的温度及应力数据在任一时间段内的变化趋势。本专利技术的有益效果如下：本专利技术采用技术成熟的散射光时域分布式传感器直接安装在基于PC架构的入门级工作站或服务器上，连同价格低廉的光纤共同构成监控前端，有效监控距离长达50km以上；监控管理平台和监控客户端同样采用基于PC架构的入门级工作站或服务器。监控前端、监控管理平台和监控客户端之间采用技术成熟的VPN(虚拟专用网络)或物联网等方式通讯。该监控系统接口简单、设计及安装方便、投资小等优点，且相对独立，无需对电网现有网络构架进行大量改动。附图说明图1为本专利技术具体实施方式的监控组网结构图，其中：1、光纤复合碳纤维导线；2、监控前端；3、监控管理平台；4、监控客户端、5、光纤跳线；7、光纤复合碳纤维芯棒；11、松套光纤的纤芯；13、光电分离器。图2(a)为本专利技术具体实施方式的集中式光纤复合碳纤维芯棒预埋光纤的截面示意图，图2(b)为本专利技术具体实施方式的对称分布式松紧结合光纤复合碳纤维芯棒预埋光纤的截面示意图，图2(c)为本专利技术具体实施方式的非对称分布式光纤复合碳纤维芯棒预埋光纤的截面示意图，其中：7、光纤复合碳纤维芯棒；8、预埋紧包光纤；9、预埋紧包光纤加松套光纤；10、紧包光纤的纤芯；11、松套光纤的纤芯；图3为本专利技术具体实施方式的光纤复合碳纤维导线应力监控示意图。图4为本专利技术具体实施方式的光纤复合碳纤维导线温度监控示意图。图5为本专利技术具体实施方式的光纤复合碳纤维导线应力及温度变化量监控及报警流程简图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术创造做进一步详细说明。一种光纤复合碳纤维导线运行温度应力监测系统及其监测方法，是基于光散射原理和材料力学理论，用于为电网的监控客户端提供监控信息。系统包括光纤复合碳纤维导线1、监控前端2、监控管理平3、监控客户端4、光纤跳线5、光电分离器13以及连接附件。其中光纤复合碳纤维导线1又由光纤复合碳纤维芯棒7、预埋紧包光纤8或预埋紧包光纤加松套光纤9和外层铝单线组成。预埋紧包光纤8中含有紧包光纤的纤芯10，预埋紧包光纤加松套光纤9中含有松套光纤的纤芯11、紧包光纤的纤芯10和光纤套管。所述监控前端2用于获取其监控范围内的监控信息，所述监控管理平台3用于接收并保存各监控前端发来的监控信息，并将监控信息传递给监控客户端4。所述光纤复合碳纤维导线1内有预埋紧包光纤8或预埋紧包光纤加松套光纤9，将监控段首端的紧包光纤的纤芯10和松套光纤的纤芯11连接到光纤跳线5上，光纤跳线5再与光电分离器13和监控前端2连接，其中预埋紧包光纤8可以用于监控该段光纤复合碳纤维导线1各点的应力和温度情况；所有的光纤之间采用熔接或光纤连接器对接；松套光纤的纤芯11只能用于监控该段光纤复合碳纤维导线1各点的温度情况。监控前端2的数据采集源基于拉曼散射光时域反射分布式光纤传感器和(或)布里渊散射光时域反射分布式光纤传感器，并集成在同一台主机上，用于获取采集其监控范围内的监控信息，监控信息为其监控范围内光纤复合碳纤维导线1每一个时间节点(例如1分钟)各点的温度及应力情况。所述监控管理平台3通过自动识别实时温度的上限值，并将实时光纤微应变与历史一般光纤微应变的平均值进行比对，以及将各相邻2个采样点的实时光纤微应变数据进行比较，对监控范围内各段光纤复合碳纤维导线1上的异常温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤复合碳纤维导线运行温度应力监测系统，其特征在于，包括光纤复合碳纤维导线(1)、监控前端(2)、监控管理平台(3)、监控客户端(4)、光电分离器(13)和光纤跳线(5)；所述光纤复合碳纤维导线(1)通过光纤跳线(5)与光电分离器(13)相连接，所述光电分离器(13)和监控前端(2)连接；所述监控前端(2)、监控管理平台(3)和监控客户端(4)通过VPN或物联网顺序连接。

【技术特征摘要】
1.一种光纤复合碳纤维导线运行温度应力监测系统，其特征在于，包括光纤复合碳纤维导线(1)、监控前端(2)、监控管理平台(3)、监控客户端(4)、光电分离器(13)和光纤跳线(5)；所述光纤复合碳纤维导线(1)通过光纤跳线(5)与光电分离器(13)相连接，所述光电分离器(13)和监控前端(2)连接；所述监控前端(2)、监控管理平台(3)和监控客户端(4)通过VPN或物联网顺序连接。2.根据权利要求1所述的光纤复合碳纤维导线运行温度应力监测系统，其特征在于，所述光纤复合碳纤维导线(1)内有预埋紧包光纤(8)或预埋紧包光纤加松套光纤(9)。3.根据权利要求2所述的一种光纤复合碳纤维导线运行温度应力监测系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：将光纤复合碳纤维导线(1)牵引到位，进行系统整体连通，将光纤复合碳纤维导线(1)内的预埋紧包光纤(8)或预埋紧包光纤加松套光纤(9)剥离出来，并连接到光纤跳线(5)上，光纤跳线(5)与光电分离器(13)相连接，将光纤复合碳纤维导线(1)的电与光信号进行隔离，将光信号传递到监控前端(2)中去；监控管理平台(3)设置在监控前端(2)和监控客户端(4)之间，监控前端(2)用于获取其监控范围内的监控...

【专利技术属性】
技术研发人员：任桂芳，徐俊，田超凯，王志伟，陈中伟，张玉庆，庞中强，刁学煜，赵旺盛，马力，
申请(专利权)人：中复碳芯电缆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32