一种高压输电线路无线测温系统分布式光纤通信方法
阅读说明：本技术 一种高压输电线路无线测温系统分布式光纤通信方法 (Distributed optical fiber communication method for wireless temperature measurement system of high-voltage transmission line ) 是由 时峰 毛家旺 袁齐坤 湛留洋 陈宣林 张海东 刘林 张宇雄 刘有胜 邓中原 李文 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高压输电线路无线测温系统分布式光纤通信方法,属于电力领域,该高压输电线路无线测温系统分布式光纤通信方法基于高压输电线路无线测温系统,具体包括以下步骤：步骤1、半导体激光器产生窄脉宽光脉冲信号进入光纤,经过光波分复用装置,将产生的拉曼散射光耦合至发射模块；步骤2、温度传感器采集到的电压值经DSP高速处理芯片进行数据采集以及解调；步骤3、数据通过发射模块送入光纤在到接收模块进行接收后,在后台数据库中进行存储。通过本发明能够实现长距离,偏远地区的高压铁塔的高压线转接位置的温度测量,实现测量数据的远距离传输。(The invention discloses a distributed optical fiber communication method of a wireless temperature measurement system of a high-voltage transmission line, belonging to the field of electric power, and the distributed optical fiber communication method of the wireless temperature measurement system of the high-voltage transmission line is based on the wireless temperature measurement system of the high-voltage transmission line, and specifically comprises the following steps: step 1, a semiconductor laser generates a narrow pulse width optical pulse signal, the narrow pulse width optical pulse signal enters an optical fiber, and generated Raman scattering light is coupled to an emission module through an optical wavelength division multiplexing device; step 2, the voltage value acquired by the temperature sensor is subjected to data acquisition and demodulation through a DSP high-speed processing chip; and 3, sending the data into the optical fiber through the transmitting module, receiving the data in the receiving module, and storing the data in a background database. The invention can realize the temperature measurement of the high-voltage line switching position of the high-voltage iron tower in long distance and remote areas and realize the long-distance transmission of measurement data.)
技术领域
本发明属于电力领域，具体涉及一种高压输电线路无线测温系统分布式光纤通信方法。
背景技术
电阻、过负荷等因素引起的接头温度过高，使得接头处绝缘变差或烧崩，突发故障引起火灾，给工业生产现场带来了严重的不安全隐患，甚至导致被迫停机。又加上输电线路跳线处的断线一般不会有接地点，所以对故障定位将会有一定困难，这就进一步延长了停电时间，造成短时间无法恢复生产的严重事故，造成重大经济损失和社会影响。可见输电线路跳线接头是输电线路中的一个薄弱环节，一旦发生故障将直接中断线路输送的电能，危及到电网的安全稳定运行。
当前我国电力系统推行定期检修制度，这是一种以时间周期为基础的设备定期检修制度。对输电线路的多个线路搭接点的巡检，是日常运行维护工作的一项重点工作。现阶段主要采用目测是否有过热痕迹，或者红外测温仪、红外热成像仪的手段进行相关部位的温度监测。人工现场勘查测量，设备购置高昂。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种高压输电线路无线测温系统分布式光纤通信方法。
本发明采用的技术方案为：
一种高压输电线路无线测温系统分布式光纤通信方法，该高压输电线路无线测温系统分布式光纤通信方法基于高压输电线路无线测温系统，具体包括以下步骤：
步骤1、半导体激光器产生窄脉宽光脉冲信号进入光纤，经过光波分复用装置，将产生的拉曼散射光耦合至发射模块；
步骤2、温度传感器采集到的电压值经DSP高速处理芯片进行数据采集以及解调；
步骤3、数据通过发射模块送入光纤在到接收模块进行接收后，在后台数据库中进行存储。
进一步，步骤2、温度传感器采集到的电压值经DSP高速处理芯片进行数据采集以及解调；
具体解调算法如下：
首先利用公式1和公式2对温度信息T进行分析；
公式1为：
公式1中，k为玻尔兹曼常数；h为普朗克常数；c为真空中的光速；V0为入射光频度；T为绝对温度；R为传感器电阻；T0为传感器采集到的温度；
引入一段定标光纤，对于的温度数据有公式2；
公式2为：
公式2中，k为玻尔兹曼常数；h为普朗克常数；c为真空中的光速；V0为入射光频度；T为绝对温度；R为传感器电阻；T0为传感器采集到的温度；λa为反斯托克斯光光子强度；λs为斯托克光光子强度；
由公式1和公式2可以看出，温度信息T只是与光纤固定参数以及定标温度有关的量；当激光脉冲在光纤中传输时，产生后向散射；入射光经过光纤中散射点返回到光纤入射端所需时间为t，则光纤中散射点与光纤入射端的距离L：
式中，V为光在光纤中传输速度；c为真空中的光速；n为光纤折射率；
利用光时域反射能够确定沿光纤温度场中每个温度采集点的位置及异常温度点、光纤故障点、断点的距离定位信息。
进一步，所述高压输电线路无线测温系统包括测温模块、通信模块、后台数据库、后台服务器、移动终端，其中，测温模块、监控模块通过通信模块与后台数据库连接，后台服务器与后台数据库连接，移动终端通过移动网络与后台数据库连接。
进一步，所述测温模块包括导热铜片、供电模块、温差发电装置、温度传感器、测温处理器；其中，导热铜片由螺栓固定在电缆接头处；温差发电装置的热端安装于导热铜片上方；温度传感器安装在导热铜片上，温度传感器的信号输出端与测温处理器的信号输入端连接，测温处理器的信号输出端与通讯模块的信号输入端连接；温差发电装置的输出端与锂电池组输入端连接，温差发电装置还包括温差发电片、冷端散热片、热端传热介质，热端传热介质采用液态金属紧密安装在温差发电片下方，冷端散热片安装于温差发电片上方。
进一步，所述供电模块由温差发电装置和锂电池组组成，供电模块能够为温度传感器、测温处理器提供电力。
进一步，所述通信模块采用分布式光纤通信模块，通信模块包括光信号发射模块、光信号接收模块、光波分复用模块、DSP数据处理模块，测温模块输出端与DSP数据处理模块连接，DSP数据处理模块与光波分复用模块连接，光波分复用模块输出端与发射模块输入端连接，发射模块输出端通过光纤与后端光信号接收模块连接。
进一步，所述后台数据库采用Mysql数据库，所述后台服务器用于整个系统的运算和分析处理，以及结果显示及报警；所述移动终端采用智能手机或者pad，能够远程的对后台数据库进行管理。
本发明的有益效果是：
本发明通过的温度传感器具有自发电功能，能够自动发电解决温度传感器在野外长时间使用后更换电池的困境，在其使用生命周期内不需要更换电池，所产生的电力能够供给其他相关电子元器件进行使用，采用分布式光纤通信，与远距离无线通讯方法相比，能够提高通信效率以及保证信号的高保真，避免非无线网络覆盖区无法进行数据传输的问题。
附图说明
图1为本发明系统框图；
图2为本发明分布式光纤通信系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，一种高压输电线路无线测温系统分布式光纤通信方法，该高压输电线路无线测温系统分布式光纤通信方法基于高压输电线路无线测温系统。
该高压输电线路无线测温系统包括测温模块、通信模块、后台数据库、后台服务器、移动终端，所述的测温模块、监控模块通过通信模块与后台数据库连接，将数据传输到后台数据库，后台服务器与后台数据库连接，移动终端通过移动网络与后台数据库连接。
其中，无线测温模块装置包括导热铜片、供电模块、温差发电装置、温度传感器、测温处理器、所述的导热铜片由螺栓固定在电缆接头处；温差发电装置的热端安装于导热铜片上方；温度传感器安装在导热铜片；温度传感器的信号输出端与测温处理器的信号输入端连接；测温处理器的信号输出端与通讯模块的信号输入端连接；温差发电装置的输出端与锂电池组输入端连接；温差发电装置还包括温差发电片、冷端散热片、热端传热介质，热端传热介质采用液态金属紧密安装在温差发电片下方，冷端散热片安装于温差发电片上方。所述的供电模块由温差发电装置和锂电池组组成，供电模块为温度传感器、测温处理器提供电力。
导热铜片由螺栓固定在电缆接头处；当电缆接头处发热时，导热铜片将热量传递至温差发电装置的热端；安装在导热铜片上的温度传感器的工作环境温度：-40℃～+90℃、测量范围：-55℃～+120℃、工作周期：1min超温、15min告警、30min正常；温度传感器的信号输出端与测温处理器的信号输入端连接，将测得的温度数据输入至测温处理器内进行处理；测温处理器的信号输出端与通讯模块2的信号输入端连接；能在110kV-500kV的高压电场环境内正常工作。
温差发电装置的输出端与锂电池组输入端连接，其中温差发电装置由温差发电片、冷端散热片、热端传热介质组成；热端传热介质采用液态金属紧密安装在温差发电片下方作为热端，冷端散热片安装于温差发电片上方作为冷端，两者存在温差，通过温差发电片产生一个电势，从而产生电流，然后经过连接端口输入到锂电池组中储存；锂电池组产品型号:ER26500、标称容量:9000mAh、标准电压:3.6V、工作温度范围:-45℃～+80℃、最大脉冲电流:400mA、最大连续放电电流:200mA；供电模块为温度传感器、测温处理器提供电力，供电采用电池+温差发电混动模式，热发电温差为待测表面与环境温度之差，要求：不低于3℃。
通信模块采用分布式光纤通信模块，所述的通信模块包括光信号发射模块、光信号接收模块、光波分复用模块、DSP数据处理模块，测温模块输出端与DSP数据处理模块连接，DSP数据处理模块与光波分复用模块连接，光波分复用模块输出端与发射模块输入端连接，发射模块输出端通过光纤与后端光信号接收模块连接。
该高压输电线路无线测温系统分布式光纤通信方法采用以下步骤实现：
步骤1、半导体激光器产生窄脉宽光脉冲信号进入光纤，经过光波分复用装置，将产生的拉曼散射光耦合至发射模块；由于受温度影响的反斯托克斯光信号很弱，采用双路微信号光电探测以及信号放大电路进行光信号和电信号之间的转换。
步骤2、温度传感器采集到的电压值经DSP高速处理芯片进行数据采集以及解调；解调算法如下：
首先利用公式1和公式2对温度信息T进行分析；
公式1为：
公式1中，k为玻尔兹曼常数；h为普朗克常数；c为真空中的光速；V0为入射光频度；T为绝对温度；R为传感器电阻；T0为传感器采集到的温度。
引入一段定标光纤，对于的温度数据有公式2：
公式2为：
公式2中，k为玻尔兹曼常数；h为普朗克常数；c为真空中的光速；V0为入射光频度；T为绝对温度；R为传感器电阻；T0为传感器采集到的温度；λa为反斯托克斯光光子强度；λs为斯托克光光子强度。
由公式1和公式2可以看出，温度信息T只是与光纤固定参数以及定标温度有关的量。
当激光脉冲在光纤中传输时，由于光纤中存在折射率的微观不均匀性，会产生后向散射。入射光经过光纤中散射点返回到光纤入射端所需时间为t，则光纤中散射点与光纤入射端的距离L：
式中，V为光在光纤中传输速度；c为真空中的光速；n为光纤折射率。
因此利用光时域反射技术可以确定沿光纤温度场中每个温度采集点的位置及异常温度点、光纤故障点、断点的距离定位信息。
步骤3、数据通过发射模块送入光纤在到接收模块进行接收后，在后台数据库中进行存储。光信号接收模块将接收到的光信号转换为电信号，转换成电信号后，将温度数据存储于后台数据库中。方便移动终端和后台服务器的调用。
后台数据库、后台服务器和移动终端：
后台数据库采用Mysql数据库，后台服务器用于整个系统的运算和分析处理，以及结果显示及报警；移动终端采用智能手机或者pad，能够远程的对后台数据库进行管理，移动终端也可以连接至后台服务器进行数据共享。用户可在移动终端上实时的监控系统内的温度数据，并且可以查看后台数据库内保存的历史温度数据。后台服务器对后台数据库内的温度数据进行计算，可以得出温度的变化历史，当温度数据超过设定值时，后台服务器会发出报警，同时将报警信号传输到移动终端。
本发明通过的温度传感器具有自发电功能，能够自动发电解决温度传感器在野外长时间使用后更换电池的困境，在其使用生命周期内不需要更换电池，所产生的电力能够供给其他相关电子元器件进行使用，采用分布式光纤通信，与远距离无线通讯方法相比，能够提高通信效率以及保证信号的高保真，避免非无线网络覆盖区无法进行数据传输的问题。
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