基于光纤光栅的电力电缆温度在线监测系统研究

摘要

在城市电网中，电力电缆的运行状态是工作人员一直关心的问题，电力电缆附件的运行温度，是反映其运行状态的重要参数，它们也是电力系统安全运行中最容易发生故障的地方。当运行负荷增加或环境温度升高时，电缆接头温度容易随之上升，当超过电缆所能承受的临界值时，电缆接头就有可能发生爆炸，造成大范围的断电或是引起火灾。电力电缆温度在线监测系统可以实时监测电缆的运行状态，及时报警，能够有效的避免电缆火灾等事故的发生，减少经济损失。
　　 本文在研究国内外常用电力电缆温度监测方法的基础上，通过分析对比点式、线式和热效应等温度传感技术，提出了基于光纤光栅的电力电缆温度在线监测系统。该系统充分利用了光纤传感器技术具有电绝缘性好、抗干扰能力强、高灵敏度等特点，结合地理信息系统、网络编程和多线程技术，不仅具有较强的实时性，而且给用户提供了友好的图形化界面，能够满足实际工程需要，有很好的应用前景。
　　 针对系统处理数据量大、实时性强的特点，本文采用C/S架构，软件部分由采集客户端和监测中心客户端组成。采集客户端通过串口收集实时数据，初步处理后，通过网络传送给监测中心客户端；监测中心客户端根据需求将这些数据以多元化的方式显示给用户。所研究的主要内容如下：
　　 首先，分析了光纤光栅传感器的温度传感特性和应变传感特性，了解了目前比较流行的光纤光栅的波长解调技术。
　　 然后，从系统的整体架构开始分析，描述了系统的设计原则和功能需求，并简单介绍了系统的开发环境。接着，阐述了系统软件设计过程，分析了系统设计过程中碰到的难点问题，并对应给出了关键的技术解决方案，包括使用MapX完成地理信息系统定位功能；Winsock网络编程实现数据网络传输功能；使用多线程技术，解决海量数据采集处理的问题；采用动态链接库技术调用计算模块。
　　 最后，对本系统的设计和实现做了总结和展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状、发展动态

1.3 主要研究内容

1.4 论文整体结构

第2章 光纤光栅传感器原理

2.1 光纤光栅的传感特性

2.1.1 光纤光栅的应变传感特性

2.1.2 光纤光栅的温度传感特性

2.2 光纤光栅的波长解调技术

2.2.1 可调谐光纤光栅滤波器法

2.2.2 非平衡Mach-Zehnder干涉仪检测法

2.3 本章小结

第3章 系统总体架构分析

3.1 系统设计原则

3.2 系统功能需求

3.2.1 采集客户端功能需求

3.2.2 监测中心功能需求

3.3 系统开发环境

3.3.1 视化集成开发环境

3.3.2 系统的运行模式

3.3.3 数据库管理系统

3.3.4 系统的软、硬件环境

3.4 系统网络拓扑分析

3.5 本章小结

第4章 系统软件设计及主要技术

4.1 系统软件设计

4.1.1 系统整体功能结构图

4.1.2 数据库设计

4.2 系统主功能技术解决方案

4.2.1 串口通信

4.2.2 海量数据处理

4.2.3 Winsock网络编程

4.2.4 地理信息系统

4.3 本章小结

第5章 系统软件实现

5.1 采集客户端实现

5.2 监测中心客户端实现

5.2.1 电力电缆信息地图化

5.2.2 采集终端与监测中心通信

5.2.3 实时报警GIS定位

5.2.4 实时信息监测

5.2.5 电力电缆负荷在线监测

5.3 系统安全策略

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的学术论文