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一種應(yīng)變敏感型光纖分布式傳感電力架空光纜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)變敏感型光纖分布式傳感電力架空光纜，該光纜包括應(yīng)變傳感光單元、常規(guī)通信光單元和金屬絞線，應(yīng)變傳感光單元設(shè)于光纜的中心位置，應(yīng)變傳感光單元的外周同心絞合金屬絞線，金屬絞線的絞層中植入常規(guī)通信光單元，常規(guī)通信光單元外側(cè)的金屬絞線大于一層，金屬絞線的材質(zhì)為鍍鋅鋼線、鋁包鋼線、鋁合金線或電工鋁線。有益效果：克服了常規(guī)電力架空光纜只能測量溫度不能測量纜應(yīng)變的不足，在纜基本結(jié)構(gòu)不變的前提下，在纜結(jié)構(gòu)中心植入對纜應(yīng)變敏感的應(yīng)變傳感光單元，使纜的通信、溫度測量和應(yīng)變測量的分布式傳感等多種功能一體化，減小了纜的結(jié)構(gòu)、提高了性能、簡化了測量系統(tǒng)、降低了造價(jià)。
【專利說明】一種應(yīng)變敏感型光纖分布式傳感電力架空光纜

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖復(fù)合架空地線(OPGW)和光纖復(fù)合架空相線(OPPC)等電力架空光纜，尤其涉及一種應(yīng)變敏感型光纖分布式傳感電力架空光纜。

【背景技術(shù)】
[0002]光纖復(fù)合架空光纜主要包括光纖復(fù)合架空地線(OPGW)和光纖復(fù)合架空相線(0PPC)，它們都是架空輸電線路的組成部分。從本質(zhì)上說，OPGW是架空避雷線、OPPC是架空裸導(dǎo)線，但它們又同時(shí)是光纜，纜中含有原本為通信而設(shè)置的光纖。
[0003]輸電線路的在線監(jiān)測技術(shù)是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是國家智能電網(wǎng)建設(shè)的重要研究方向。在現(xiàn)代輸電線路中，這些復(fù)合架空光纜中的光纖貫通輸電線路的全程，除了用于通信，還是在線分布式測量溫度和應(yīng)變等傳感的理想傳感部件。
[0004]對常規(guī)的電力架空光纜(0PGW和0PPC)，采用光纖光柵(FBG)、拉曼散射(DTS)、布里淵光時(shí)域反射(BOTDR)和布里淵光時(shí)域分析(BOTDA)等技術(shù)的光纖分布式溫度傳感測量己被證明是有效的，但對應(yīng)變傳感無能為力。這是因?yàn)楣饫w應(yīng)變傳感與溫度傳感不同，要求纜內(nèi)光纖必須對纜的應(yīng)變有“感知”能力，這種感知其實(shí)是纜結(jié)構(gòu)的“應(yīng)變傳遞”能力。而常規(guī)0PGW/0PPC中的光纖具有較大的余長，在相當(dāng)大的范圍內(nèi)緩沖了纜應(yīng)變的傳遞，故它們對應(yīng)變是不敏感的。
[0005]為了測量纜的應(yīng)變，必須在纜的外表面或纜的夾持端額外安裝應(yīng)變傳感器，這些措施不但使測量系統(tǒng)的信號釆集和傳輸變得很復(fù)雜且不可靠，還只能是局部取樣而不代表纜線路的全程。如何利用纜內(nèi)光纖分布式地測量全程應(yīng)變，是長期困擾電力線路工作者的難題之一。
[0006]因此，需要一種新的技術(shù)方案解決上述問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種對電力架空光纜應(yīng)變的感知可從零開始、同時(shí)具有溫度傳感功能和滿足通信要求的應(yīng)變敏感型光纖分布式傳感電力架空光纜。
[0008]本發(fā)明米用的技術(shù)方案:一種應(yīng)變敏感型光纖分布式傳感電力架空光纜包括應(yīng)變傳感光單元、常規(guī)通信光單元和金屬絞線，應(yīng)變傳感光單元設(shè)于光纜的中心位置，應(yīng)變傳感光單元的外周同心絞合金屬絞線，金屬絞線的絞層中植入常規(guī)通信光單元，常規(guī)通信光單元外側(cè)的金屬絞線大于一層，金屬絞線的材質(zhì)為鍍鋅鋼線、鋁包鋼線、鋁合金線或電工鋁線。
[0009]其中，應(yīng)變傳感光單元包括應(yīng)變傳感緊包光纖、一次涂覆光纖I和金屬保護(hù)管I，應(yīng)變傳感緊包光纖設(shè)于應(yīng)變傳感光單元的中心位置，應(yīng)變傳感緊包光纖的外周設(shè)有一次涂覆光纖I，一次涂覆光纖I的外側(cè)設(shè)有金屬保護(hù)管I，金屬保護(hù)管I內(nèi)填充有阻水材料I ;常規(guī)通信光單元包括一次涂覆光纖I1、阻水材料II和金屬保護(hù)管II，金屬保護(hù)管II內(nèi)部設(shè)有一次涂覆光纖II，金屬保護(hù)管II內(nèi)填充有阻水材料II。
[0010]應(yīng)變傳感緊包光纖的外徑為0.5-1.0mm ； 一次涂覆光纖I的標(biāo)稱直徑為
0.2-0.3mm，多根一次涂覆光纖組成的圓周與應(yīng)變傳感緊包光纖周長的覆蓋率為90%_95%。
[0011]本發(fā)明的有益效果:克服了常規(guī)電力架空光纜只能測量溫度不能測量纜應(yīng)變的不足，在纜基本結(jié)構(gòu)不變的前提下，在纜結(jié)構(gòu)中心植入對纜應(yīng)變敏感的應(yīng)變傳感光單元，使纜的通信、溫度測量和應(yīng)變測量的分布式傳感等多種功能一體化，減小了纜的結(jié)構(gòu)、提高了性能、簡化了測量系統(tǒng)、降低了造價(jià)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明中應(yīng)變傳感緊包光纖和一次涂覆光纖的應(yīng)力-應(yīng)變測試結(jié)果；
圖3為本發(fā)明的應(yīng)變測試結(jié)果。
[0013]其中，1、應(yīng)變傳感光單元，2、常規(guī)通信光單元，3、金屬絞線，4、應(yīng)變傳感緊包光纖，
5、一次涂覆光纖I，6、阻水材料I，7、金屬保護(hù)管I，8、一次涂覆光纖II，9、阻水材料II，
10、金屬保護(hù)管II。

【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)人員更好地理解本方明的技術(shù)方案，下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖進(jìn)行清楚、完整地表述。
[0015]如圖1所不,一種應(yīng)變敏感型光纖分布式傳感電力架空光纜包括應(yīng)變傳感光單兀
1、常規(guī)通信光單元2和金屬絞線3，應(yīng)變傳感光單元I設(shè)于光纜的中心位置，應(yīng)變傳感光單元I的外周同心絞合金屬絞線3，金屬絞線3的絞層中植入常規(guī)通信光單元2，常規(guī)通信光單元2外側(cè)的金屬絞線3不少于一層，金屬絞線3的材質(zhì)為鍍鋅鋼線、鋁包鋼線、鋁合金線或電工鋁線。
[0016]其中，應(yīng)變傳感光單元I包括應(yīng)變傳感緊包光纖4、一次涂覆光纖I 5和金屬保護(hù)管I 7,應(yīng)變傳感緊包光纖4設(shè)于應(yīng)變傳感光單兀I的中心位置，應(yīng)變傳感緊包光纖4的外周設(shè)有一次涂覆光纖I 5，一次涂覆光纖I 5的外側(cè)設(shè)有金屬保護(hù)管I 7，金屬保護(hù)管I 7內(nèi)填充有阻水材料I 6 ;常規(guī)通信光單元2包括一次涂覆光纖II 8、阻水材料II 9和金屬保護(hù)管II 10，金屬保護(hù)管II 10內(nèi)部設(shè)有一次涂覆光纖II 8，金屬保護(hù)管II 10內(nèi)填充有阻水材料 II 9。
[0017]金屬保護(hù)管的材料通常采用不銹鋼、鋁或其他適用的金屬材料，為了獲得適當(dāng)?shù)墓饫w余長，宜釆用金屬帶材縱包成型-焊接-拉拔的制作工藝。金屬保護(hù)管內(nèi)填充的阻水材料的填充率宜不低于70%。
[0018]應(yīng)變傳感緊包光纖4的外徑為0.5-1.0mm。同時(shí),一次涂覆光纖I 5的標(biāo)稱直徑為
0.2-0.3mm，表面一般含有用于識別纖序的顏色或色環(huán)，若干一次涂覆光纖I 5組成的圓周與應(yīng)變傳感緊包光纖4周長的覆蓋率為90%-95%。
[0019]在應(yīng)變傳感光單元I的制作過程中，應(yīng)分別控制應(yīng)變傳感緊包光纖4和一次涂覆光纖I 5的余長，對篩選強(qiáng)度為10kpsi (1%應(yīng)變和I秒鐘)的光纖，應(yīng)變傳感緊包光纖4的余長應(yīng)在0.10%左右，一次涂覆光纖I 5的余長應(yīng)> 0.20%。不同的余長要求可用控制不同的放線張力和其他工藝獲得，只要裝備和工藝有足夠的能力是不難辦到的。應(yīng)變傳感光纖4專用于測量電力架空光纜的應(yīng)變，一次涂覆光纖I 5中的一根用于布里淵光時(shí)域分析(BOTDA)測量系統(tǒng)的光學(xué)回路，其余的可用于分布式光纖測溫和其他參數(shù)測量，也可用于通?目。
[0020]金屬絞線3在絞層中相鄰層的絞向相反，最外層絞線為右向，線間和層間應(yīng)填充防腐油脂。金屬絞線3的材料選擇、根數(shù)和絞層數(shù)遵從電力架空光纜的機(jī)械和電氣等性能，各絞層應(yīng)有合適的絞合節(jié)距。常規(guī)通信光單元2的管內(nèi)的一次涂覆光纖II 8的余長應(yīng)^ 0.20%，利用絞層的絞合節(jié)距使纜內(nèi)的一次涂覆光纖II 8綜合光纖余長(管內(nèi)光纖余長加上絞合的螺旋長度0.5%，管內(nèi)的一次涂覆光纖II 8主要用于通信，也可用于分布式光纖測溫，但不能用于測應(yīng)變。
[0021 ] 如圖2所示，應(yīng)變傳感緊包光纖4對光纜承受拉力的反應(yīng)從零開始，即對纜應(yīng)變是敏感的；當(dāng)施加張力至該纜的抗拉力40% (60kN)時(shí)，光纖應(yīng)變量< 0.20%，說明應(yīng)變傳感緊包光纖4可以在纜的正常受力狀態(tài)下長期工作；而一次涂覆光纖I 5的應(yīng)變量很小，包括應(yīng)變傳感緊包光纖4在內(nèi)，它們的附加損耗均小于0.05dB，不但可以穩(wěn)定測量和傳輸傳感信息，甚至可以滿足通信用要求。如要進(jìn)一步提高應(yīng)變傳感靈敏度和測量更大范圍應(yīng)變量，應(yīng)變傳感緊包光纖4應(yīng)采用篩選強(qiáng)度為200kpsi (2%應(yīng)變和I秒鐘)的高強(qiáng)度光纖。
[0022]圖3是本發(fā)明中以應(yīng)力傳感緊包光纖4和一次涂覆光纖I 5組成回路，利用布里淵光時(shí)域分析(BOTDA)測量系統(tǒng)得到的纜應(yīng)變實(shí)測結(jié)果。如圖3所示，隨著纜的應(yīng)變量從零開始，應(yīng)力傳感緊包光纖4的應(yīng)變與纜的受力狀態(tài)幾乎是一條直線，可以滿足電力架空光纜的應(yīng)變分布式在線測量。
[0023]本發(fā)明的有益效果:克服了常規(guī)電力架空光纜只能測量溫度不能測量纜應(yīng)變的不足，在纜基本結(jié)構(gòu)不變的前提下，在纜結(jié)構(gòu)中心植入對纜應(yīng)變敏感的應(yīng)變傳感光單元1，使纜的通信、溫度測量和應(yīng)變測量的分布式傳感等多種功能一體化，減小了纜的結(jié)構(gòu)、提高了性能、簡化了測量系統(tǒng)、降低了造價(jià)。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)變敏感型光纖分布式傳感電力架空光纜，其特征在于:該光纜包括應(yīng)變傳感光單元、常規(guī)通信光單元和金屬絞線，所述應(yīng)變傳感光單元設(shè)于光纜的中心位置，所述應(yīng)變傳感光單元的外周同心絞合金屬絞線，所述金屬絞線的絞層中植入常規(guī)通信光單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)變敏感型光纖分布式傳感電力架空光纜，其特征在于:所述應(yīng)變傳感光單元包括應(yīng)變傳感緊包光纖、一次涂覆光纖I和金屬保護(hù)管I，所述應(yīng)變傳感緊包光纖設(shè)于應(yīng)變傳感光單元的中心位置，所述應(yīng)變傳感緊包光纖的外周設(shè)有一次涂覆光纖I，所述一次涂覆光纖I的外側(cè)設(shè)有金屬保護(hù)管I，所述金屬保護(hù)管I內(nèi)填充有阻水材料I。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)變敏感型光纖分布式傳感電力架空光纜，其特征在于:所述常規(guī)通信光單元包括一次涂覆光纖I1、阻水材料II和金屬保護(hù)管II，所述金屬保護(hù)管II內(nèi)部設(shè)有一次涂覆光纖II，所述金屬保護(hù)管II內(nèi)填充有阻水材料II。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)變敏感型光纖分布式傳感電力架空光纜，其特征在于:所述金屬絞線的材質(zhì)為鍍鋅鋼線、鋁包鋼線、鋁合金線或電工鋁線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)變敏感型光纖分布式傳感電力架空光纜，其特征在于:所述常規(guī)通信光單元外側(cè)的金屬絞線不少于一層。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)變敏感型光纖分布式傳感電力架空光纜,其特征在于:所述應(yīng)變傳感緊包光纖的外徑為0.5-1.0mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)變敏感型光纖分布式傳感電力架空光纜,其特征在于:所述一次涂覆光纖的標(biāo)稱直徑為0.2-0.3_。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)變敏感型光纖分布式傳感電力架空光纜,其特征在于:所述應(yīng)變傳感緊包光纖周邊的多根一次涂覆光纖I所組成的圓周與應(yīng)變傳感緊包光纖周長的覆蓋率為90%-95%。
【文檔編號】G01D21/02GK104166201SQ201410397068
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月13日
【發(fā)明者】黃俊華, 樊紅君, 李曉琴, 周峰 申請人:江蘇通光光纜有限公司