[发明专利]一种基于分布式光纤测温技术的电缆载流量监测方法及系统

权利要求书

1.一种基于分布式光纤测温技术的电缆载流量监测系统，包括信号处理主机(1)，测温光纤(2)，载流量计算服务器(3)，其特征在于：信号处理主机(1)分别与载流量计算服务器(3)和测温光纤(2)相连接，测温光纤(2)缠绕于被测电缆表面。

2.如权利要求1所述的一种基于分布式光纤测温技术的电缆载流量监测系统，其特征在于：所述信号处理主机(1)包括调制激光器(4)、隔离器(5)、分路器(6)、波分复用器(7)、光电二极管探测器(9)、雪崩光电二极管a探测器(10)、雪崩光电二极管b探测器(11)、信号处理与控制系统(12)、信号驱动器(13)，调制激光器(4)、隔离器(5)、分路器(6)、波分复用器(7)与测温光纤(2)依次电气连接形成第一条支路，分路器(6)再与光电二极管探测器(9)电气连接形成第二条支路，波分复用器(7)分别与雪崩光电二极管a探测器(10)、雪崩光电二极管b探测器(11)电气连接形成第三条、第四条支路，光电二极管探测器(9)、雪崩光电二极管a探测器(10)、雪崩光电二极管b探测器(11)分别连接信号处理与控制系统(12)，信号处理与控制系统(12)再依次与信号发生器(13)、调制激光器(11)电气相连。

3.如权利要求1所述的一种基于分布式光纤测温技术的电缆载流量监测系统，其特征在于：所述载流量计算服务器(3)包括电流采集模块(14)、载流量计算模块(15)、报警监控模块(16)，电流采集模块(14)与载流量计算模块(15)、报警监控模块(16)依次进行电气连接。

4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的一种基于分布式光纤测温技术的电缆载流量监测系统，监测方法包括以下步骤：

步骤1：信号驱动器(13)控制调制激光器(4)产生重复频率的激光脉冲，通过隔离器(5)，进入分路器(6)；

步骤2：经过分路器(6)分离的光信号，其中0.1％的光被光电二极管探测器(9)探测后转变成电信号，进入信号处理与控制系统(12)并作为初始相位参考信号，99.9％的光信号经波分复用器(7)进入到测温光纤(2)中；

步骤3：测温光纤(2)中光信号发生拉曼散射，产生斯托克斯光和反斯托克斯光，通过波分复用器(7)进行滤波，将斯托克斯光和反斯托克斯光分离；

步骤4：分离出的斯托克斯光和反斯托克斯光分别入射到雪崩光电二极管a探测器(10)和雪崩光电二极管b探测器(11)，将光信号转变为电信号并进入信号处理与控制系统(12)进行处理分析，解调出光纤沿线的温度信息；

步骤5：载流量计算服务器(3)中电流采集模块(14)通过测温光纤(2)获取电缆的实时电流信息，并接收来自信号处理主机(1)的温度信息，输送于载流量计算模块(15)，对载流量和导体内部温度进行计算；

步骤6：根据载流计算模块的计算结果，当电缆实时电流大于载流量计算值时，触发报警监控模块(16)，产生预警信息。

5.如权利要求4所述的一种基于分布式光纤测温技术的电缆载流量监测系统，其特征在于：所述的载流量计算模块(15)计算方法为稳态热分析法，计算式为

∂2T∂2x2+∂2T∂2y2=-qv]]>

式中T为点处的温度，单位℃；q_v为体积发热率，W/m³。

6.如权利要求4所述的一种基于分布式光纤测温技术的电缆载流量系统，步骤5所述的载流量计算模块，包括以下计算步骤：

步骤5.1：建立电缆结构模型；

步骤5.2：对模型各材料参数进行选择和设定；

步骤5.3：对模型进行网格设定和刨分单元格；

步骤5.4：对模型设置边界条件；边界控制方程式为

T＝T(x,y)|_r

λ∂T∂n|r+q=0]]>

-λ∂T∂n|r=α(T-Tf)|r]]>

式中，T为(x,y)点处的温度，单位℃；λ为电缆周边空气的导热系数，单位W/(m·K)；α为空气的换热系数，单位W/(m²·℃)；为边界法向量；为物体边界；q为已知热流密度值，单位W/㎡；

步骤5.5：对电缆施加电流，产生焦耳热，对温度场分析；导体的生热率式中I_C为电缆负荷电流，R_c为导体交流电阻。

步骤5.6：获取电缆横向和纵向各部分的温度信息，计算电缆临界温度时的载流量。