专利名称：一种电缆应力和载流量测量计算系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力输送领域，尤其是涉及一种既能实时监测导线芯三维应力、又能计算电缆载流量的电缆应力和载流量测量计算系统。
背景技术：
架空输电导线作为输电力的载体，在输电线路中占有极为重要的地位。长期以来，架空导线主要使用钢芯铝绞线。近年来我国工农业生产迅猛发展，部分地区的电力线路已经跟不上发展的需要，急需改造，但基于投资成本和投资时间的约束，使如何利用有效的走廊资源提高输电容量成为电力建设的一大课题。目前，探索新的导线线型、以高效低耗地传送电能是我国电力科技工作者的不断追求。 目前各国都在研制新型复合材料合成导线，以美国3M公司生产的铝基陶瓷纤维复合芯加强导线(ACCR)为例，这种新型导线与传统导线相比具有重量轻、强度大、电导率高、线膨胀系数小、耐腐蚀使用寿命长等优点。ACCR导线整体上无疑是一种性能优良的新型架空输电导线，但也有其自身的缺点，该导线芯增强纤维为陶瓷纤维，复合芯受弯时容易脆断。一旦导线断裂将会造成大范围的停电并且抢修工作困难，造成巨大的人力物力的损失。传统上，对输电导线的应力监控系统是将应力传感器置于导线容易发生故障的位置，但由于导线芯被外围导体所包裹因此不便对导线芯进行直接测量，而且这种方法只能检测输电导线的局部应力。另外目前大多数应力传感器为一维传感器，不能监测任意方向上的应力大小。电缆是发电厂、变电站的重要组成部分。由于电缆分布广，又易燃烧，近两年来电缆火灾事故频频发生。由于电缆一般布置于地下或是竖井中，特别是在狭窄的电缆夹层和具有辐射�：Φ那颍痹诘娜毕莺屠匣灰妆蝗嗣欠⑾郑孀攀奔涞耐埔疲缋鹿然蚨搪芳自斐苫鹪�。但是，常规电缆火灾消防报警系统通常局限于点的监测和事故后报警，缺乏有效的实时在线监测及预警功能，效果不理想。光纤测温技术可以为电缆火灾预警系统实现从点的检测向线、面、空间监测的发展，并能够实现真正意义上的预警系统。光纤测温系统工作原理光纤光栅是利用光敏特性，通过光波的变化反应温度变化的。如图I所示，光纤光栅测温系统开始工作时，首先由控制信号触发宽带激光光源，发出一个宽带光谱，光信号传送到各个光纤光栅温度传感器上，各个传感器反射回具有自身特性的窄带光谱。各反射的窄带光谱再由传导光纤送回光纤探测部分，再经解调系统进行转换，放大以及A/D转换电路处理后，送到计算机处理数据，进而得出被检测设备的温度情况。
实用新型内容本实用新型是针对复合材料合成导线存在的安全隐患，提供一种既能实时监测导线芯三维应力、又能计算电缆载流量的电缆应力和载流量测量计算系统。由三根光纤光栅等角度粘贴在复合材料芯侧壁，只需在接口处添加相应的测量设备便能够实时监测芯线任意位置任意方向上应力的大�。坏┠骋环较蛴α蟊惴⒊霰ň藕牛固峁┗诜植际焦庀瞬馕碌牡缋略亓髁考扑慵霸ぞ低�。为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案一种电缆应力和载流量测量计算系统，包括应力测量子系统和载流量测量子系统，其特征在于，所述应力测量子系统的导线包括复合材料芯及其外层的铝合金导体，铝合金导体铰合在复合材料芯周围，还有三根光纤光栅等角度粘贴在复合材料芯侧壁上；所述载流量测量子系统包括若干个埋入电缆接头内部的光纤温度传感器阵列，光纤温度传感器阵列通过传输光纤与温度在线监测仪相连，温度在线监测仪与具有显示屏的上位机连接，上位机通过通信接口将温度数据传至集中监测中心服务器，集中监测中心服务器与载流量数据处理�？楹臀露仍ぞ？橄嗔樱凰鑫露仍谙呒嗖庖桥渲糜蠻SB外挂存储器接口和标准RS232及以太网计算机通信接口。本实用新型的有益效果是能够实时监测复合材料芯三维空间内任意角度的应力·大�。乐褂α笮鞠叨狭�。本实用新型具有以下的一些特征I、重量轻。复合材料的密度约为钢的1/4。2、强度大。复合材料芯的抗拉强度是一般钢丝的I. 93倍。3、抗电磁干扰。导线通电后会产生磁场,传统的机电传感器受磁场的影响较大,本实用新型是通过测量光的波长来确定芯线的应力，而光的传播是不受电磁场影响的，因此具有很好的抗电磁干扰能力。4、三维空间应力监测。传统的应力传感器多为一维传感器，本实用新型采用新的布置结构能够监测复合材料芯三维空间内任意角度的应力大小。此外,本系统在传统温度传感器的基础上,利用光纤光栅传感器来监测电力电缆接头的温度，克服了目前电缆接头温度监测难的问题。运用温度预测技术及早对可能出现温度过高的电缆异常接头给出报警提示，从而实现对故障的预警功能，也便于维护人员提前采取措施。系统多点温度实时在线监测，用光纤光栅感知温度信息，本质安全，绝缘性能强；温度信息通过光信号传输，不受电磁干扰，防潮湿；接触式测温，精确度高，响应快，定位准确；光纤传输温度信号，传输距离长，损耗极�。幌低吃诵形榷�、可靠，容易扩展。另外，监测系统记录保存的电缆接头运行温度的历史信息，对电缆工作状态分析和生命周期分析也具有重要的参考价值。
图I是本实用新型的应力测量子系统的导线结构示意图。图2是本实用新型应力测量子系统的光纤光栅布置示意图。图3是本实用新型的载流量测量子系统的结构示意图。其中I-光纤光栅,2-复合材料芯,3-保护层,4-招合金导体,5-电缆接头,6-光纤温度传感器阵列，7-传输光纤，8-温度在线监测仪，9-上位机，10-集中监测中心服务器，11-载流量数据处理�？椋�12-温度预警�？�。
具体实施方式
[0020]
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。如图I所示，本实用新型实施例的应力测量子系统由三根光纤光栅1，复合材料芯2，保护层3和外层铝合金导体4组成，三根光纤光栅I等角度粘贴在复合材料芯2侧壁上，外围再包裹一层保护层3，铝合金导体4铰合在复合材料芯2周围，铝合金导体4截面可以是梯形或圆形或其它形状。复合材料芯2由至少一种高强度纤维材料与至少一种基体材料复合而成；其中高强度纤维选自碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或金属纤维中的一种或几种；基体材料选自环氧树脂、陶瓷、金属基体或酚醛树脂的一种或几种。复合材料芯2外围保护层3由至少一种纤维材料与至少一种基体材料复合而成；纤维选自碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或钢纤维的一种或几种；基体材料选自环氧树脂、陶瓷、金属基体或酚醛树脂的一种或几种。三根光纤光栅I等角度粘贴在复合材料芯2侧壁，这样布置就可以测任意方向的 应力，如果只用一根或两根光纤光栅I就只能测单方向的应力。当光栅上应力发生变化时，会引起光栅周期的变化和折射率的变化(称弹光效应)，从而使光栅的布喇格波长发生变化，产生布喇格波长的漂移，通过检测光栅波长漂移的大�。涂梢曰竦孟嘤Φ挠απ畔ⅲ饩褪枪庀斯庹びαΥ械幕驹�。光纤光栅I是现有商品，可根据工作环境需要选择，例如用铜合金耐高温光纤，就可以增加使用场合，可以提高应力测量范围，也可以提高强度和温度范围。由于电缆隧道中的电缆接头分布范围大，长距离传输时，数量多，因此，利用光纤光栅的波分复用技术，实现多点的分布实时测量。为达到温度的实时监测目的，要将一系列传感器预先埋入接头内部，以对接头温度进行监测。如图3所示，载流量测量子系统包括若干个埋入电缆接头5内部的光纤温度传感器阵列6，每个光纤温度传感器陈列6为分布式光纤测温传感器。光纤温度传感器阵列6通过传输光纤7 (光缆)与温度在线监测仪8相连，温度在线监测仪8为光纤温度传感器阵列6提供输入光源并对光纤光栅传感器输出的光信号进行解析，温度在线监测仪8与具有显示屏的上位机9连接，上位机9通过通信接口将温度数据传至集中监测中心服务器10，集中监测中心服务器10与载流量数据处理�？�11和温度预警�？�12相连接。所述温度在线监测仪8内嵌功能强大的嵌入式计算机，配置有USB外挂存储器接口和标准RS232及以太网计算机通信接口，可以通过上位机液晶屏直观显示所有被测量的数值以方便操作人员读�。部赏ü曜纪ㄐ沤涌诮露炔饬恐荡透屑嗖庵行姆衿�10。光纤光栅传感器实时采集多个接头的温度数据，温度数据通过通信接口最后传至集中监测中心服务器10，经过后台处理后实时显示、打印、记录各接头温度值。通过分析实时数据可判断系统当前运行状态。并将收集好的数据通过载流量数据处理�？�11和温度预警�？�12分别进行计算，对整个电缆的温度进行监测与预警工作。温度预警�？�12利用监测的历史数据，预测未来电缆接头温度的变化，可以及早发现故障隐患，发出报警，让工作人员及时采取相应措施，从而有效避免不安全因素的进一步扩大，达到故障预警的目的。而选用适当的预测方法能够正确反应温度趋势的变化。载流量数据处理�？�11通过分析集中监测中心服务器10传输来的数据来进行载流量预测计算。
权利要求1. 一种电缆应力和载流量测量计算系统，包括应力测量子系统和载流量测量子系统，其特征在于，所述应力测量子系统的导线包括复合材料芯及其外层的铝合金导体，铝合金导体铰合在复合材料芯周围，还有三根光纤光栅等角度粘贴在复合材料芯侧壁上；所述载流量测量子系统包括若干个埋入电缆接头内部的光纤温度传感器阵列，光纤温度传感器阵列通过传输光纤与温度在线监测仪相连，温度在线监测仪与具有显示屏的上位机连接，上位机通过通信接口将温度数据传至集中监测中心服务器，集中监测中心服务器与载流量数据处理模块和温度预警�？橄嗔樱凰鑫露仍谙呒嗖庖桥渲糜蠻SB外挂存储器接口和标准RS232及以太网计算机通信接口。
专利摘要本实用新型涉及一种电缆应力和载流量测量计算系统，包括应力测量子系统和载流量测量子系统，其特征在于，所述应力测量子系统的导线包括复合材料芯及其外层的铝合金导体，铝合金导体铰合在复合材料芯周围，还有三根光纤光栅等角度粘贴在复合材料芯侧壁上；所述载流量测量子系统包括若干个埋入电缆接头内部的光纤温度传感器阵列，光纤温度传感器阵列通过传输光纤与温度在线监测仪相连，温度在线监测仪与具有显示屏的上位机连接，上位机通过通信接口将温度数据传至集中监测中心服务器，集中监测中心服务器与载流量数据处理�？楹臀露仍ぞ？橄嗔印８孟低晨梢允凳奔嗖獾缋碌挠α驮亓髁�。
文档编号G01R31/00GK202599575SQ201220174760
公开日2012年12月12日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者不公告发明人 申请人:河南科信电缆有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
