智慧电缆的制作方法

本实用新型一种智慧电缆，涉及架空电缆的监测领域。

背景技术：

架空输电线路已经成为电力输送系统的重要组成部分，但架空输电线缆的运行条件恶劣，不仅需要穿越高海拔、多积雪、重覆冰的地区，还会受到恶劣天气如大风、雷暴等环境因素的影响，因覆冰、舞动以及雷击等因素引起的输电架空线路跳闸或停运故障频频发生，严重影响了电力系统的安全稳定运行。因此，对架空电缆进行在线监测，及时预警和维护，避免线路故障及倒塔等重大事故，具有重要的意义。

传统的输电线路在线监测方法主要利用在电力电缆布置拉力传感器来监测输电线路的覆冰，利用在电力电缆上布置加速度传感器来监测输电线路的舞动，利用电流电压传感器来监测雷击。上述监测方法容易受到电磁干扰而产生误报的情况，监测范围有限，无法满足输电线路中电力电缆的在线监测。文献(张旭苹,武剑灵,单媛媛,等.基于分布式光纤传感技术的智能电网输电线路在线监测[J].光电子技术,2017(4):221-229.)提出了一种利用光纤传感技术中的OTDR(光时域反射技术)对电力电缆进行在线监测，通过对光纤中布里渊与瑞利背向散射信号的解调，实现对电力电缆中温度和应变以及振动的监测。但布里渊散射对温度和应变都敏感，存在交叉影响问题，而瑞利散射强度较弱，精度低。光纤光栅相比于瑞利散射型，布里渊散射型以及拉曼散射型光纤传感系统具有精度高，响应快等优点。但普通的强光纤光栅存在成本高，封装复杂，串联数量少的缺点，多用于单点测量。文献(赵隆,黄新波,朱永灿.基于FBG的输电线路微风振动在线监测方法[J].中国电力,2015,48(3):27-31.)利用光纤光栅封装成单个传感器对微风舞动进行监测。文献(蒋建,李成榕,马国明,等.架空输电线路覆冰监测用FBG拉力传感器的研制[J].高电压技术, 2010,36(12):3028-3034.)同样也是利用单个传感器对覆冰时电力电缆的拉力进行监测，无法实现电力电缆的分布式监测。

技术实现要素：

针对现有电力电缆在线监测范围小、精度低、响应速度慢、无法进行同时进行多参数的测量等问题。本实用新型提出了一种智慧电缆，通过将弱光纤光栅嵌入到电力电缆中，实现输电线路的分布式在线监测。

本实用新型采取的技术方案为：

智慧电缆，包括位于中心的弱光纤光栅温度应变光缆，加捻包围在所述弱光纤光栅温度应变光缆外的钢芯线，缠绕在钢芯线外的铝绞线。

所述弱光纤光栅温度应变光缆，包括外层的金属管、固定在金属管内的超弱光纤光栅阵列；金属管的内壁设有固定点和掩埋区，超弱光纤光栅阵列与金属管在所述固定点和掩埋区固定；掩埋区内有超弱光栅应变传感器，相邻固定点之间有超弱光栅温度传感器。

相邻两个固定点、或者相邻固定点与掩埋区之间的光纤长度大于或等于金属管长度的 101％。当光缆受拉伸时，传感光纤上具有1％的冗余，应力不会通过固定点或掩埋区传递到温度传感点处，使得光缆可以免应力测温。而1％的光纤冗余能够满足即使在较大应力的作用下，金属管的伸长量也不可能达到1％，温度传感点始终不会受到应力影响。

所述钢芯线直径与弱光纤光栅温度应变光缆直径相同，围绕所述弱光纤光栅温度应变光缆以螺旋的方式加捻包围形成；所述铝绞线围绕所述钢芯线以螺旋的方式加捻包围形成。

所述金属管为不锈钢管，采用机器卷曲成型，激光焊接而成。

所述掩埋区的长度为30mm，厚度小于2mm，应变传感点的预张力约100με。

所述固定点、掩埋区为紫外固化胶，相邻两个固定点、或者相邻固定点与掩埋区之间的间距为250mm。

所述金属管内还填充有导热缓冲物质。导热缓冲物质可用于保护光纤，避免其直接与金属管壁接触，延长光纤的使用寿命；同时导热缓冲物质还能够起到快速导热的作用，提高温度传感点的响应速度。

所述超弱光纤光栅阵列上刻有若干全同或波分复用的光纤光栅阵列，阵列的涂覆层为改性的聚丙烯酸酯，热膨胀系数为5.5×10^-7/℃,厚度为20～30um。

本实用新型一种智慧电缆，具有以下有益效果：

1)、测量范围广，精度高：

弱光纤光栅阵列传感器采用准分布式测量，相邻两传感点之间的间距小，空间分辨率高，对于输电线路上的各个位置实现高精度的测量。

2)、多参数测量：

将弱光纤光栅阵列相邻的两个光栅灵活的设置为测应力应变光栅和测温度光栅，可以对电缆上应力应变和温度同时进行监测，从而可以实现输电线路上对覆冰、舞动和雷击等安全隐患的监测。

3)、电缆结构简单，制备容易：

在现有的电缆生产工艺的条件下，在保证电缆强度的前提下，只需要将其中的一根钢芯替换为弱光纤光栅应变光缆即可，且弱光纤光栅温度应变光缆结构简单，仅需将弱光纤光栅阵列分段固定在不锈钢金属管内即可，可利用现有的复合不锈钢管光纤单元生产线进行简单的改进便可实现该光缆的自动化在线生产。

附图说明

图1为本实用新型的一种智慧电缆截面图；

图1中：1为弱光纤光栅温度应变光缆；2钢芯线；3为铝芯线。

图2为弱光纤光栅温度应变光缆示意图；

图2中：11为金属管；12为超弱光纤光栅阵列；13为固定点；14为掩埋区；15为超弱光栅温度传感器；16为超弱光栅应变传感器；17为导热缓冲物质。

具体实施方式

本实用新型的一种智慧电缆，其截面图如图1所示，包括位于中心的弱光纤光栅温度应变光缆1，加捻包围在光纤光栅温度应变光缆外的钢芯线2和缠绕在钢芯线外的铝绞线3。

所述的弱光纤光栅温度应变光缆1，由外层的金属管11和固定在金属管11内的超弱光纤光栅阵列12组成；金属管11的内壁设有固定点13和掩埋区14，超弱光纤光栅阵列 12和金属管11在固定点13和掩埋区14固定；掩埋区14内有超弱光栅应变传感器16，固定点13之间有超弱光栅温度传感器15；相邻固定点13或固定点13与掩埋区14之间的光纤长度大于或等于金属管11长度的101％。

所述的钢芯线2直径与弱光纤光栅应变光缆1直径相同，围绕所述的弱光纤光栅应变光缆1以螺旋的方式加捻包围形成。

所述的铝绞线3围绕所述的钢芯线以螺旋的方式加捻包围形成。

所述的超弱光栅温度传感器15、超弱光栅应变传感器16的反射率低于0.1％，波长可以相同，也可以不同。

所述的金属管11为不锈钢管，采用机器卷曲成型，激光焊接而成。

所述的超弱光纤光栅阵列12上刻有若干全同或波分复用的光纤光栅阵列，阵列的涂覆层为改性的聚丙烯酸酯，热膨胀系数为5.5×10^-7/℃,厚度为20～30um；

所述掩埋区14的长度为30mm，厚度小于2mm，应变传感点的预张力约100με。

所述的固定点13和掩埋区14为紫外固化胶，相邻固定点13或固定点14与掩埋区之间的间距为250mm。

优选的，所述的不锈钢金属管11内还填充有导热缓冲物质17，以便于提高测温光栅的响应时间。

将超弱光纤光栅阵列12中用于测温和测应力的光栅传感器分开固定，测应力光栅施加预张力后，通过紫外固化胶与不锈钢金属管紧密结合，而测温光栅在不锈钢金属管中预留冗余，自由放置，消除应力的影响。在整个电缆线路上，测应力光栅用于监测电力电缆上不同位置上的应变和振动，测温光栅可以免应力测温，同时也可以对测应力的光栅进行温度补偿，同时实现温度、应力的精确测量，从而实现对输电线路的覆冰、舞动、雷击等安全隐患的快速响应，实现对架空输电线路的在线分布式监测。

该智慧电缆，是一种利用超弱光纤光栅监测架空输电线路上温度、应变及振动等多参数的智慧电缆。本实用新型通过将弱光纤光栅阵采用特殊的固定方式将其封装在金属管中得到弱光纤光栅温度应变光缆，同时将弱光纤光栅温度应变光缆替代钢芯铝绞线中的一根钢芯，从而得到了具有自感知温度和应力的变化的智慧电缆。该智慧电缆结构简单，且可用于多参数的测量，能够很好的对输电线路中的覆冰、舞动和雷击等安全隐患进行监测，在输电线路监测领域具有重要的应用价值。