基于單防區振動光纖的高壓電纜防外破監測預警裝置研發

馮忠奎，李 陽，車俊儒，張 哲，趙彥龍

（國網山東省電力公司淄博供電公司，山東 淄博 255000）

隨著城市現代化建設步伐的加快，現代的城市要求是地上空間無電力電纜，架空線路入地是電力線路發展的重要趨勢。但是城市施工的增加，工程建設單位在施工過程中，對電力設施的保護意識比較薄弱，外力的破壞一直威脅配電網的安全運行，頻繁造成電纜故障而停電，電纜受外力破壞的次數越來越多，而且逐年增加，對配電網的安全供電造成極大的影響[1-2]。傳統的人員盯防的巡檢方式以及加裝電纜標示樁的方法，須要耗費大量人力進行不間斷盯防，也無法實現主動預警，因此不能從根本上解決外破跳閘事故的發生[3-4]。針對存在的問題，本文開展利用基于單防區振動光纖的高壓電纜防外破監測預警裝置研發，從而代替人工盯防，既能提高工作效率，又可以節約大量人力物力。

1 監測預警裝置的原理

光纖作為信息傳輸通道，還能作為傳感器。將光纖敷設在電纜通道中，便可以借助光信號獲取電纜的應力、應變等數據，達到實時監測工況的目的。光波在光纖中傳輸時，光波會產生散射，光纖振動傳感技術便是利用光時域反射的干涉機理，來對電纜工況開展實時監測，當電纜附近產生外部擾動，便會在光纖附近產生振動，造成光纖散射光的相位發生變化，光相位變化會導致光強變化。光纖附近存在振動時，線芯會形變，導致線芯長度和折射率發生變化，造成光纖中光的相位變化。根據變化關系建立數據關系對應模型，對外破信號識別判斷，從而對同溝敷設高壓電纜外破進行監測。

2 監測預警裝置的結構

國網山東淄博供電公司列支群創項目資金，開展基于單防區振動光纖的高壓電纜防外破監測預警裝置研發（編號2023Q-3），成功研制出基于單防區振動光纖的高壓電纜防外破監測預警裝置，由8部分組成：振動光纖主機、終端包、光纖尾纖、報警主機、總線報警鍵盤、聲光警號（室外）、電源、振動光纜。

2.1 振動光纖主機

根據電纜安裝位置和安裝方式的不同，振動光纖主機安裝方式可以選擇為掛網、地埋、嵌墻3 種方式。安裝完成后，監控區域為1 臺設備可同時設置4 種介質。采用網絡通信方式，報警方式有振動、斷纖、防拆3 種形式，設備供電采用DC 12 V 供電方式。使用環境為溫度－40～+50 ℃，適用于絕大多數地區的電纜，如圖1 所示。

圖1 振動光纖主機

2.2 終端包

每個防區配置終端包1 個，終端包可承受16 N·m 的沖擊，環境溫度為－20～+55 ℃，能承受>1000 N 的軸向拉伸力，耐受2000 N/cm 壓力1 min，抗壓扁能力強，能承受16 N·m 沖擊3 次；沉入1.5 m 深的水中浸泡24 h，盒內絕緣電≥2×10 M?/500 V（DC），絕緣電阻滿足要求。使用環境為溫度－40～+50 ℃，適用于絕大多數地區的電纜。

2.3 光纖尾纖

每個防區配置光纖尾纖1 條，光纖尾纖接口類型為FC/APC，長度1.5 m，工作波長1 550 nm。

2.4 報警主機

中文液晶操作鍵盤，采用高速數字通信方式，兼容Contact ID 數字通信協議； 主機具有看門狗功能，可以防止死機；智能語音提示，內置語音模塊，進行語音報警；可對系統進行各種編程設置，如報警聲方式、防區類型、遠程控制、報警電話號碼、電話線檢測等。 可自定義外破報警延時及鳴笛時間。主機具有充電電路，可內置DC 12 V 密封鉛酸電池，停電不停機。電池低壓自動斷電功能，避免電池因電壓過低無法充放電而報廢，如圖2 所示。

圖2 報警主機

2.5 振動光纜

選取單模光纖作為信息通道，將信號發送至主機，對電纜外力破壞開展實時監測，基于閾值大小對告警級別開展設置，由此分辨大型挖掘機、機械打樁機、拖管機、手持機械、施工勘探機。采用4芯單模通信光纜，允許彎曲半徑為靜態10 倍光纜外徑、動態20 倍光纜外徑，纖芯為國標G652D 纖芯。

3 應用效果

為驗證系統能否對外破異常信息準確告警，以xx 供電公司在建道路維修路徑的光纜為對象，在xx供電公司的20 條線路加裝基于單防區振動光纖的高壓電纜防外破監測預警裝置，并對應用基于單防區振動光纖的高壓電纜防外破監測預警裝置情況進行了跟蹤、記錄，如表1 所示。可以得出結論，根據施工類型的不同，施工點距離光纖0.5～0.6 m 時，在2 s 以內全部觸發報警信號，正確報警率100%。

表1 用新型儀器實施后正確率對比表

檢測到存在外破風險的施工后，系統可向外破盯防人員微信推送報警信息，實現主動預警，如圖3 所示。

圖3 基于單防區振動光纖的高壓電纜防外破監測預警裝置的微信信息推送

4 結束語

本文設計并構建了基于單防區振動光纖的高壓電纜防外破監測預警裝置，該裝置能夠有效識別出拖管機械、挖掘機、打樁機等多種類型的振動源，在短時間內上傳后臺，并將告警信息推送至外破盯防人員微信，將電纜外破盯防轉為主動預警，有效預防外力破壞事件，實現電纜通道了的智能化監測，避免了電纜外破事故的發生，提升了電纜精益化運維水平，提高供電可靠性。