一种基于光缆能信共传的电力电缆工程监测装置的方法与流程

本发明涉及建设工程(建筑工程、市政工程、电力工程、通信工程、公路工程、城市轨道交通工程等)工程施工，具体来说，涉及一种基于光缆能信共传技术的电力电缆工程监测装置的配置技术设计方法。

背景技术：

1、随着社会城市化的快速发展，城市的用电需求也在迅速增长，受城市资源环境的约束，大量架空输电线路采用高压电缆转入地下敷设。在监测系统供能方面，通过电池供电的方式难以保障监测系统长时间运行，采取有线供电方式又存在取电点固定、线材束缚性强、转接设备占据大量体积重量等问题；在监测信息可靠回传方面，无线传感网在狭小空间内的性能受限，而光缆、电力线载波等通信方式和传感器的连接方式复杂，缺乏统一的解决方案。

2、面向基于光纤的能量与信息共传，还存在对能量与信息光载波间信道串扰、精细化管理等技术难题。本专利基于光纤能信共传技术，解决传感器耗能高，无法长期运行以及接口标准不统一等问题，研究寿命长可靠性高、光纤供能等技术优势，实现长距离能量传输与信号通信，支撑管廊、电缆沟、电缆排管等地下输电安全可靠运行，并为融合微纳集成单元的通信供能一体化光纤的统一接口提供研究实践传感应用依据数据。

技术实现思路

1、针对相关技术中的上述技术问题，本发明目的是，提出一种基于光缆能信共传技术的电力电缆工程监测装置的配置技术设计方法，结合光纤、光电池以及超级电容及节点传感器的结合,实现储存变电站侧输送过来的能量的超级电容进行供电。并提供一种能量光传输最大效率的测量及监测传感器工作状态并优化调整转换后的能量以达到最优值的方法。

2、为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于光缆能信共传技术的电力电缆工程监测装置的方法，电力电缆工程监测装置包括管廊、电缆沟、电缆排管,所述电力电缆工程施工侧设有激光光源,所述管廊、电缆沟、电缆排管侧设有与所述激光光源及传导激光的光纤连接的接线盒以及与所述接线盒光纤连接的多个传感器节点，所述接线盒设有与所述激光光源及传导激光的光纤连接的波分复用器、光电池、节点中央处理芯片、以及分光器；每个传感器节点中均包括波分复用器(耦合器)，耦合器和每个传感器节点中的光纤连接，所述每个传感器节点通过耦合器在光纤中进行能量和信息的共纤传输；所述方法包括:将在所述电力电缆工程项目施工侧、所述管廊、电缆沟、电缆排管侧的光纤设置成激光能量信号与信息通信信号共纤；

3、以上能量侧波长大于所述信息通信信号的信息光中心波长；高功率激光源采用的是功率可调谐的单模光纤激光器；

4、能、信共传监测方法：通过改变光源的输出光功率，测量经过单模光纤传输后接收光功率来评估该单模光纤传输高功率激光的能力，接收到的光功率与入射光功率呈线性关系，可知当入射光功率为10w时，接收到的光功率约为0.865w之间，能量光传输最大效率达到86.5％，说明该光纤可以传输10w的能量光。

5、10w激光在光纤中传输n小时(6-10小时)以上，并每间隔15分钟采集一次光功率，设置两组工况，一是经传输信号，二是信号与能量光同时传输；工况一仅打开信号发射机，通过波分复用器经过单模光纤传递给另一端的波分复用器，最终到达接收机进行处理数据；工况二是同时打开信号发射机和高功率光纤激光器进行能信共传，经过波分复用器和光纤，能量光到达光功率计，收到能量光在传输过程中的变化程度，信号到达接收机；给出10w高功率激光传输下的接收光功率与时间的关系，在所测时间内，接收到的能量光功率变化小于0.28％，这说明标准光纤mmf-1300-9/125-0.25-l传输10w激光的同时，提供稳定的电力供给。

6、所述方法包括:将在所述项目施工侧设有激光光源,所述管廊、电缆沟、电缆排管侧之间的光纤设置成激光能量信号与信息通信信号共纤，且所述激光能量信号的能量光中心波长在1540纳米以上且大于所述信息通信信号的信息光中心波长；

7、将与所述光电池并联连接超级电容(电源单元中设置)、以及节点中央处理芯片:将所述变电站侧的激光能量信号和信息通信信号经过光纤传输至所述接线盒的波分复用器:

8、由所述波分复用器区分激光能量信号和信息通信信号分别传输至所述光电池和所述节点中央处理芯片；

9、由所述光电池将激光能量信号的光能量转换成电能量输入至所述超级电容,通过所述超级电容供电至所述节点中央处理芯片及传感器节点；与光伏电池并联连接超级电容(电源单元)。高功率激光器是光纤能信共传设备配置系统的能量源头，依据功耗以及电池容量，通过光纤对传感器进行供电，当光纤供电满足传感器的功耗时，传感器才进行工作，将已监测的数据通过光纤传输。电源单元主要采用超级电容器的供电电路。

10、当所述超级电容处在光电池充电状态时，与所述超级电容并联的所述传感器节点处于低功耗模式,由所述光电池转换成的电能量传输并存储到所述超级电容中；当所述超级电容两端电压达到放电阈值后,所述超级电容处于放电状态，此时所述传感器节点处于运行模式,所述传感器节点从所述超级电容和所述光电池中同时获取能量,当完成所述运行模式后，所述传感器节点处于低功耗模式,所述超级电容开始充电。

11、在所述传感器节点处通过分析光纤中的数据处理来获得传感信号。

12、所述光电池采用与ingaas品格匹配的inp材料制备其中所述inp材料对所述能量光中心波长在1540纳米以上波段的激光全透过。

13、在每个所述传感器节点安装有多种微瓦量级功耗传感器和/或毫瓦量级功耗传感器。

14、有益效果，本发明提供一种能量光传输最大效率的测量及监测传感器工作状态并优化调整转换后的能量以达到最优值的方法。高功率激光器是光纤能信共传设备配置系统的能量源头。本发明提供了基于光纤能信共传技术的电力电缆工程监测设备配置涉及的激光光电转化技术和电力电缆工程监测设备工作低功耗技术标准以及电力电缆工程监测设备配置技术，该技术包括将基于管廊、电缆沟、电缆排管等场景之间的光纤设置成通信供能一体化光缆，与光伏电池并联连接超级电容。高功率激光器是光纤能信共传设备配置系统的能量源头，依据功耗以及电池容量，通过光纤对传感器进行供电，当光纤供电满足传感器的功耗时，传感器才进行工作，将已监测的数据通过光纤传输。解决现有光纤能信共传中传输给用电侧的能量不满足用电侧用电需求的问题。

技术特征：

1.一种基于光缆能信共传技术的电力电缆工程监测装置的方法，其特征是，基于电力电缆工程监测装置，包括管廊、电缆沟、电缆排管,所述电力电缆工程施工侧设有激光光源,所述管廊、电缆沟、电缆排管侧设有与所述激光光源及传导激光的光纤连接的接线盒以及与所述接线盒光纤连接的多个传感器节点，所述接线盒设有与所述激光光源及传导激光的光纤连接的波分复用器、光电池、节点中央处理芯片、以及分光器；每个传感器节点中均包括波分复用器(耦合器)，耦合器和每个传感器节点中的光纤连接，所述每个传感器节点通过耦合器在光纤中进行能量和信息的共纤传输；所述方法包括:将在所述电力电缆工程项目施工侧、所述管廊、电缆沟、电缆排管侧的光纤设置成激光能量信号与信息通信信号共纤；

2.根据权利要求1所述的基于光缆能信共传技术的电力电缆工程监测装置的方法，其特征是，当固定接收电信号功率为-25dbm时，接收到的5g nr信号与背靠背信号evm值相比，当能量光功率从1w到10w改变时，接收到的5g nr信号evm值误差均小于0.02％，间接反映了5g nr信号光传输性能不会随着能量光的同传而劣化。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在每个所述传感器节点安装有温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光强传感器、风速传感器中一种或多种传感器。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述传感器节点处通过分析光纤中的数据处理来获得传感信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光电池采用与ingaas晶格匹配的inp材料制备；其中所述inp材料对所述能量光中心波长在1540纳米以上波段的激光全透过。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每个所述传感器节点安装有多种微瓦量级功耗传感器和/或毫瓦量级功耗传感器。

技术总结
一种基于光缆能信共传技术的电力电缆工程监测装置的方法，基于电力电缆工程监测装置，包括管廊、电缆沟、电缆排管,所述电力电缆工程施工侧设有激光光源,所述管廊、电缆沟、电缆排管侧设有与所述激光光源及传导激光的光纤连接的接线盒以及与所述接线盒光纤连接的多个传感器节点，所述接线盒设有与所述激光光源及传导激光的光纤连接的波分复用器、光电池、节点中央处理芯片、以及分光器；每个传感器节点中均包括波分复用器(耦合器)，耦合器和每个传感器节点中的光纤连接，所述每个传感器节点通过耦合器在光纤中进行能量和信息的共纤传输；所述方法包括:将在所述电力电缆工程项目施工侧、所述管廊、电缆沟、电缆排管侧的光纤设置成激光能量信号与信息通信信号共纤。

技术研发人员：谢洪平,韩超,刘云飞,柏彬,黄涛,范舟,林冬阳
受保护的技术使用者：国网江苏省电力工程咨询有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15