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G电力设备监测与故障诊断 基于分布式温度传感器的电力电缆故障监测 代凤龙，邓本再 (长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南，长沙410076) 摘要：利用分布式光纤温度传感器(FODTsensor)的原理对地下电力电缆故障进行检测。可对阻性接地系统故障进行快 速定位。最大可测距离为lOkm，定位精度为lm，定位时间不超过30s。这种测距方法的优点是误差小，硬件少，不受电磁干 扰的影响。 关键词：分布式光纤温度传感器；故障定位；电力电缆；喇曼散射；布里渊散射 1引言 (2) 随着现代城市中电力系统的日益复杂，输电容量和电压 等级的不断提高，电力电缆故障对社会经济生活造成危害的 可能性也愈加严重。这就要求人们迅速、准确地确定故障点 斯托克斯信号的有效量子效率(即温度1下在距离z处产生的 位置，以便及时修复故障。在故障行波测距装置未投入运行 喇曼信号损失的功率与前向传输功率之比)，z为散射点离光 前，故障测距基本上是依赖故障录波数据来推算出故障点位 注入端的距离，a，为前向总衰减系数，Ⅵ为波导的群速 置，但目前的故障录波装置是基于阻抗测量原理进行测距 度，S(z)为散射点的瞬间后向激励功率和总散射功率之 的，易受故障点电阻、电压(电流)互感器的误差、线路结 比，用公式表示为 构不对称、线路分布电容、线路走廊地形等各种因素影响， S=0．25(M／％)。 (3) 测距精度得不到保障，故障定位不准确，给线路故障抢修、 式中-Ⅵ气为光纤的数值孔径，，lI为光纤纤芯的折射率。 运行维护及有针对性地采取有效的防范措施方面带来了很 所以测量出有效量子效率的比值将可以得到温度的绝 多困难…。 对数值【81，即- 本文运用了分布式光纤温度传感器的原理【2设计了一种新 ‘’ 型电力电缆。该电缆内部配备适当的光纤系统，其围绕电缆的 P(z)m蛳Ⅳ‘s)仉(z，r) 一… 芯线，与电缆形成—体。当电缆发生故障时，利用分布式光纤 。 (4) 温度传感器来检测电缆沿线的温度变化情况，就可以准确的定 即测量出光纤中斯托克斯和反斯托克斯后向散射光的 位故障。该检测方法简单方便、硬件成本低、测量误差小且适 比值将可以得到媒介温度的绝对数值。 用于大量电缆故障。且由于起传感器作用的光纤本身是非金属 根据激光脉冲开始注入到散射光返回所需要的时间可 材料，即使与电缆成为—体也不受电磁干扰的影响。 计算距离，即 2分布式温度传感器的原理 Z=0．5ct／，z (5) 其中，c是真空中的光速；n是光纤介质的折射率；t是 分布式温度传感器属于接触式功能型光纤温度传感器， 入射光经后向散射返回到入射端所需的时间。 当激光脉冲在光纤中传输时，除了产生瑞利散射、布里渊散 射外，还产生自发的喇曼散射【3】【41。所以在分布式温度传感 3故障温度检测系统 器中就有基于瑞利散射、布里渊散射、喇曼散射三种分布式 分布式光纤温度传感器具有诸多优点：集传感与传输于 温度传感器，其中又以基于喇曼散射的研究技术最为深入。 一体，可实现远距离测量与