申请/专利权人：广东电网有限责任公司清远供电局

申请日：2021-03-31

公开（公告）日：2024-06-11

公开（公告）号：CN113092082B

主分类号：G01M11/08

分类号：G01M11/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.11#授权;2021.07.27#实质审查的生效;2021.07.09#公开

摘要：本发明公开了一种OPGW光缆寿命预测系统，包括上位机、拉曼散射器、布里渊散射器、瑞利散射器和波分复用单元。通过拉曼散射器、布里渊散射器和瑞利散射器分别提供探测光信号，并通过波分复用单元进行耦合成为统一的探测光信号向OPGW光缆内发射，在波分复用单元的作用下避免单独发射时的相互干扰；通过拉曼散射器、布里渊散射器和瑞利散射器将反向散射光信号转化为电信号，上位机基于散射光信号计算获得OPGW光缆的热应力和动弯应力的分布情况，实时获取的反向散射光信号可准确有效的获取OPGW光缆的热应力和动弯应力的分布情况，进而实现更精准的计算计算OPGW光缆的疲劳寿命。

主权项：1.一种OPGW光缆寿命预测系统，其特征在于，包括上位机、拉曼散射器、布里渊散射器、瑞利散射器和波分复用单元；所述拉曼散射器、所述布里渊散射器和所述瑞利散射器与所述上位机连接，所述拉曼散射器、所述布里渊散射器和所述瑞利散射器与所述波分复用单元连接，所述波分复用单元与位于相邻变电站之间设置的OPGW光缆连接；所述拉曼散射器、所述布里渊散射器和所述瑞利散射器分别向所述波分复用单元发送探测光信号，所述波分复用单元将所述探测光信号进行耦合后发送至所述OPGW光缆，同时所述波分复用单元采集所述OPGW光缆反射的散射光信号并输送至所述拉曼散射器、所述布里渊散射器和所述瑞利散射器；所述拉曼散射器、所述布里渊散射器和所述瑞利散射器用于将所述散射光信号转换为电信号；所述上位机基于所述电信号计算所述OPGW光缆的热应力和动弯应力确定所述OPGW光缆的疲劳寿命；还包括光学从机，所述光学从机设置于所述OPGW光缆远离所述波分复用单元的一端，用于检验经所述OPGW光缆传输后的所述探测光信号的传输质量；所述上位机包括热应力计算模块、动弯应力计算模块和寿命计算模块；热应力计算模块接收来自拉曼散射器的斯托克斯与反斯托克斯光强转换的电平值ΦST与ΦAST，同时导入参考温度下的斯托克斯与反斯托克斯光强转换电平值ΦST0与ΦST0，参考温度设为20℃；通过等式1解耦获得温度值℃： 其中h、k分别是普朗克常量和波尔兹曼常量；Δv是拉曼频移；基于步骤公式1计算OPGW光缆最大弧垂处温度，随后热应力计算模块基于公式2计算接收布里渊散射器获得的OPGW光缆最大弧垂处的布里渊散射频移fB：fB＝f0+CTT-T0+Cεε-ε02其中f0为散射光信号初始频移，CT为布里渊频移的温度系数，T为OPGW光缆最大弧垂处温度，T0为参考温度；Cε为布里渊频移的应变参数，ε0与ε为OPGW光缆初始与待测应变值，将公式1所算温度值代入公式2得到OPGW光缆最大弧垂处应变，计算初始最大弧垂处应力值，该值呈水平方向，与悬挂点水平应力值相同；结合OPGW光缆自重与初始张力和公式3可得到初始应力值： 其中，F为导线的初始张力；A为导线的面积；σ弧垂为初始最大弧垂处应力值；利用拉曼散射器的采集结果计算微风振动时OPGW光缆的温度T1，依据公式4计算悬挂点处热应力值σ热： 其中，σ0为OPGW光缆的初始应力值，基于拉曼散射器与布里渊散射器获取；l，γ分别为OPGW光缆的档距与自重比载；E，α分别为OPGW光缆的综合弹性模量和综合线胀系数，其中，NUM为OPGW光缆的绞线总数；En为OPGW光缆第n层绞线的弹性模量；βn为OPGW光缆第n层绞线的捻角；An为OPGW光缆第n层绞线的总面积；an为OPGW光缆第n层的绞线的线胀系数；动弯应力计算模块接收瑞利散射器的电信号，利用交叉相乘相位解调技术，量化解调风振的最大单振幅A0与频率f，悬挂点动弯应力其中，d为外层铝绞线的直径，m为线路自重；EJ为绞线抗弯刚度，其中，Eg、Ec分别是外层铝绞线和内层钢芯的弹性模量；ng、nc分别是外层铝绞线股数和内层钢芯的股数；dg、dc别为外层铝绞线的单股径和内层钢芯的单股股径，则σ总＝σ动弯+σ热，将σ热输入寿命计算模块；寿命计算模块预先导入待测OPGW光缆所在地风向玫瑰图，计算风向频率Pwd；随后将风振频率f分解为N个频率，每个频率设为fi，filowfifihigh，则OPGW光缆在一年中各个频率段发生微风振动的时间ti满足其中c为光速，S为斯托罗哈数，D为OPGW光缆直径，t为ti之和，k为波尔兹曼常量；计算各频率下振动发生次数ni满足ni＝fi×ti；寿命计算模块将各频率段下应力变化值Δσi＝σ总f＝fi-σ0输入Wholer安全曲线，查询应力变化Δσi时OPGW光缆断裂次数NΔσi，基于Miner损伤理论计算总损伤率D满足则疲劳寿命Year满足其中，σ总为悬挂点处热应力值和动弯应力值的和，f为频率，Pwd为风向频率，σ0为初始应力值，将风振频率f分解为N个频率，每个频率设为fi，ni为各频率下振动发生次数，D为总损伤率，ψ为工程修正系数,用来修正由于Wholer安全曲线带来误差的修正系数。

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