基于单防区振动光纤的高压电缆防外破监测预警装置研发

冯忠奎，李 阳，车俊儒，张 哲，赵彦龙

（国网山东省电力公司淄博供电公司，山东 淄博 255000）

随着城市现代化建设步伐的加快，现代的城市要求是地上空间无电力电缆，架空线路入地是电力线路发展的重要趋势。但是城市施工的增加，工程建设单位在施工过程中，对电力设施的保护意识比较薄弱，外力的破坏一直威胁配电网的安全运行，频繁造成电缆故障而停电，电缆受外力破坏的次数越来越多，而且逐年增加，对配电网的安全供电造成极大的影响[1-2]。传统的人员盯防的巡检方式以及加装电缆标示桩的方法，须要耗费大量人力进行不间断盯防，也无法实现主动预警，因此不能从根本上解决外破跳闸事故的发生[3-4]。针对存在的问题，本文开展利用基于单防区振动光纤的高压电缆防外破监测预警装置研发，从而代替人工盯防，既能提高工作效率，又可以节约大量人力物力。

1 监测预警装置的原理

光纤作为信息传输通道，还能作为传感器。将光纤敷设在电缆通道中，便可以借助光信号获取电缆的应力、应变等数据，达到实时监测工况的目的。光波在光纤中传输时，光波会产生散射，光纤振动传感技术便是利用光时域反射的干涉机理，来对电缆工况开展实时监测，当电缆附近产生外部扰动，便会在光纤附近产生振动，造成光纤散射光的相位发生变化，光相位变化会导致光强变化。光纤附近存在振动时，线芯会形变，导致线芯长度和折射率发生变化，造成光纤中光的相位变化。根据变化关系建立数据关系对应模型，对外破信号识别判断，从而对同沟敷设高压电缆外破进行监测。

2 监测预警装置的结构

国网山东淄博供电公司列支群创项目资金，开展基于单防区振动光纤的高压电缆防外破监测预警装置研发（编号2023Q-3），成功研制出基于单防区振动光纤的高压电缆防外破监测预警装置，由8部分组成：振动光纤主机、终端包、光纤尾纤、报警主机、总线报警键盘、声光警号（室外）、电源、振动光缆。

2.1 振动光纤主机

根据电缆安装位置和安装方式的不同，振动光纤主机安装方式可以选择为挂网、地埋、嵌墙3 种方式。安装完成后，监控区域为1 台设备可同时设置4 种介质。采用网络通信方式，报警方式有振动、断纤、防拆3 种形式，设备供电采用DC 12 V 供电方式。使用环境为温度－40～+50 ℃，适用于绝大多数地区的电缆，如图1 所示。

图1 振动光纤主机

2.2 终端包

每个防区配置终端包1 个，终端包可承受16 N·m 的冲击，环境温度为－20～+55 ℃，能承受>1000 N 的轴向拉伸力，耐受2000 N/cm 压力1 min，抗压扁能力强，能承受16 N·m 冲击3 次；沉入1.5 m 深的水中浸泡24 h，盒内绝缘电≥2×10 MΩ/500 V（DC），绝缘电阻满足要求。使用环境为温度－40～+50 ℃，适用于绝大多数地区的电缆。

2.3 光纤尾纤

每个防区配置光纤尾纤1 条，光纤尾纤接口类型为FC/APC，长度1.5 m，工作波长1 550 nm。

2.4 报警主机

中文液晶操作键盘，采用高速数字通信方式，兼容Contact ID 数字通信协议； 主机具有看门狗功能，可以防止死机；智能语音提示，内置语音模块，进行语音报警；可对系统进行各种编程设置，如报警声方式、防区类型、远程控制、报警电话号码、电话线检测等。 可自定义外破报警延时及鸣笛时间。主机具有充电电路，可内置DC 12 V 密封铅酸电池，停电不停机。电池低压自动断电功能，避免电池因电压过低无法充放电而报废，如图2 所示。

图2 报警主机

2.5 振动光缆

选取单模光纤作为信息通道，将信号发送至主机，对电缆外力破坏开展实时监测，基于阈值大小对告警级别开展设置，由此分辨大型挖掘机、机械打桩机、拖管机、手持机械、施工勘探机。采用4芯单模通信光缆，允许弯曲半径为静态10 倍光缆外径、动态20 倍光缆外径，纤芯为国标G652D 纤芯。

3 应用效果

为验证系统能否对外破异常信息准确告警，以xx 供电公司在建道路维修路径的光缆为对象，在xx供电公司的20 条线路加装基于单防区振动光纤的高压电缆防外破监测预警装置，并对应用基于单防区振动光纤的高压电缆防外破监测预警装置情况进行了跟踪、记录，如表1 所示。可以得出结论，根据施工类型的不同，施工点距离光纤0.5～0.6 m 时，在2 s 以内全部触发报警信号，正确报警率100%。

表1 用新型仪器实施后正确率对比表

检测到存在外破风险的施工后，系统可向外破盯防人员微信推送报警信息，实现主动预警，如图3 所示。

图3 基于单防区振动光纤的高压电缆防外破监测预警装置的微信信息推送

4 结束语

本文设计并构建了基于单防区振动光纤的高压电缆防外破监测预警装置，该装置能够有效识别出拖管机械、挖掘机、打桩机等多种类型的振动源，在短时间内上传后台，并将告警信息推送至外破盯防人员微信，将电缆外破盯防转为主动预警，有效预防外力破坏事件，实现电缆通道了的智能化监测，避免了电缆外破事故的发生，提升了电缆精益化运维水平，提高供电可靠性。