本发明公开了一种内置探测光纤的电力电缆，由导体以及由内向外依次设置在导体外侧的导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、金属屏蔽层和外护层组成，外护层内部至少设有一根光缆，光缆由均匀间隔布设的柔性节段和硬性节段组成，柔性节段和硬性节段的内部至少穿设一根信号光纤，柔性节段由外护套一和套设在其内部的柱体一组成，硬性节段包括外护套二和套设在其内部的柱体二，柱体一和柱体二的内部均开设凹槽，柱体二内侧相对的两个面上分别设有变形齿体一和变形齿体二，信号光纤两端中至少有一端连接测试单元，测试单元还连接处理单元。本发明具有以下特点：结构设计简单，制作方便，成本低，使用灵活，灵敏度高，使用效果好。
1.一种内置探测光纤的电力电缆，由导体(8)以及由内向外依次设置在导体(8)外侧的导体屏蔽层(9)、绝缘层(11)、绝缘屏蔽层(14)、金属屏蔽层(17)和外护层(19)组成，所述外护层(19)内部至少设置有一根光缆(21)，其特征在于：所述光缆(21)由均匀间隔布设的柔性节段(12)和硬性节段(10)组成，所述柔性节段(12)与硬性节段(10)之间相互连接，所述柔性节段(12)和硬性节段(10)的内部至少穿设一根信号光纤(6)，所述柔性节段(12)由外护套一(13-1)和套设在外护套一(13-1)内部的柱体一(15-1)组成，所述硬性节段(10)包括外护套二(13-2)和套设在外护套二(13-2)内部的柱体二(15-2)，所述柱体一(15-1)和柱体二(15-2)的内部均开设有凹槽(20)，所述信号光纤(6)穿设在凹槽(20)中，所述柱体二(15-2)内侧相对的两个面上分别设置有变形齿体一(3)和变形齿体二(4)，所述变形齿体一(3)与变形齿体二(4)之间呈交错对应布设，所述信号光纤(6)位于变形齿体一(3)与变形齿体二(4)之间，所述信号光纤(6)两端中至少有一端连接测试单元(5)，所述测试单元(5)还连接用于处理测试单元(5)测试数据的处理单元(7)。
2.按照权利要求1所述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述导体(8)中心设置有通孔(22)，所述光缆(21)位于通孔(22)内。
3.按照权利要求1所述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述外护套二(13-2)与柱体二(15-2)之间设置有刚性保护套管(18)。
4.按照权利要求3所述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述保护套管(18)与柱体二(15-2)相粘接。
5.按照权利要求1所述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述凹槽(20)在柱体一(15-1)和柱体二(15-2)上呈连续布设，所述凹槽(20)的形状为直线形、螺旋形或者SZ曲线形。
6.按照权利要求5所述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述凹槽(20)内部填充有阻水油膏。
7.按照权利要求1所述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述信号光纤(6)上设置有光反射装置(2)。
8.按照权利要求7所述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述光反射装置(2)两个为一组布设于光缆(21)上，所述光缆(21)上布设有多组光反射装置(2)。
9.按照权利要求1所述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述凹槽(20)内部中心沿轴向方向上设置有加强件(16)。
10.按照权利要求9所述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述加强件(16)为FRP棒、芳纶纤维、钢丝或钢绞线。
内置探测光纤的电力电缆
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电缆，尤其是涉及一种内置探测光纤的电力电缆。
背景技术
[0002] 电力电缆是输电环节重要的组成部分，发电厂、城市的供电现在更多的使用地下电缆系统，对地下高压电力电缆的监测是保证正常供电的重要的工作，电力电缆的在线实时监测是电力部门进行有效管理的基础。高压电力电缆在实际应用中最常出现的有两个方面的问题：1)是电力传输功率过大造成的负荷过载，使电力电缆发热超过设计值；2)是电力电缆的绝缘层受损或有沙眼造成放电弧、打火花现象，这两种现象均会导致电力电缆的异常温度升高，前者是整根电缆的升温，后者是造成电缆的局部升温，这些都会导致电缆绝缘层的寿命减少或损坏，甚至出现着火或火灾的现象，对生命财产有可能造成巨大的伤害或损失。
[0003] 现有的光纤传感技术监测电力电缆温度异常主要是基于拉曼后向散射温度传感技术和布里渊散射温度、应力传感技术，两者的优点是可分布式长距离监测电力电缆，且具有抗电磁干扰等优点，缺点是设备成本较高，无法大规模应用于实际的工程中，这些限制了基于光纤传感技术监测设备的应用范围。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种内置探测光纤的电力电缆，其结构简单、设计合理且加工制作方便，同时测试设备成本低，使用方式灵活，灵敏度高，使用效果好，具有广阔的应用前景。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种内置探测光纤的电力电缆，由导体以及由内向外依次设置在导体外侧的导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、金属屏蔽层和外护层组成，所述外护层内部至少设置有一根光缆，其特征在于：所述光缆由均匀间隔布设的柔性节段和硬性节段组成，所述柔性节段与硬性节段之间相互连接，所述柔性节段和硬性节段的内部至少穿设一根信号光纤，所述柔性节段由外护套一和套设在外护套一内部的柱体一组成，所述硬性节段包括外护套二和套设在外护套二内部的柱体二，所述柱体一和柱体二的内部均开设有凹槽，所述信号光纤穿设在凹槽中，所述柱体二内侧相对的两个面上分别设置有变形齿体一和变形齿体二，所述变形齿体一与变形齿体二之间呈交错对应布设，所述信号光纤位于变形齿体一与变形齿体二之间，所述信号光纤两端中至少有一端连接测试单元，所述测试单元还连接用于处理测试单元测试数据的处理单元。
[0006] 上述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述导体中心设置有通孔，所述光缆位于通孔内。
[0007] 上述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述外护套二与柱体二之间设置有刚性保护套管。
[0008] 上述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述保护套管与柱体二相粘接。
[0009] 上述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述凹槽在柱体一和柱体二上呈连续布设，所述凹槽的形状为直线形、螺旋形或者SZ曲线形。
[0010] 上述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述凹槽内部填充有阻水油膏。
[0011] 上述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述信号光纤上设置有光反射装置。
[0012] 上述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述光反射装置两个为一组布设于光缆上，所述光缆上布设有多组光反射装置。
[0013] 上述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述凹槽内部中心沿轴向方向上设置有加强件。
[0014] 上述的内置探测光纤的电力电缆，其特征在于：所述加强件为FRP棒、芳纶纤维、钢丝或钢绞线。
[0015] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0016] 1、结构简单、设计合理且加工制作方便，通过柔性节段来达到使光缆结构任意弯曲的目的，通过硬性节段进行物理量的探测，且不会由于硬性节段结构的弯曲而影响测试结果。
[0017] 2、测试设备成本低，使用方式灵活，灵敏度高，使用效果好，具有广阔的应用前景。
[0018] 3、该电力电缆的柔性节段预留出一定的余长，使整个光缆结构弯曲不会对光纤造成拉伸应力，同时该余长也可以作为硬性节段中信号光纤弯曲时长度不够的补偿，防止硬性节段信号光纤在弯曲时受到较大的拉伸应力，延长了信号光纤的使用寿命。
[0019] 3、测试单元通过采用光时域反射计，实现了准分布的监测以及准分布的多参数监测。
[0020] 4、可以在比较重要的区域设置一个或多个光反射装置，通过监测光反射装置的反射光峰值光功率推算测试结果，可以进一步增加测试的动态范围和探测距离。
[0021] 5、通过选择合适膨胀系数的变形齿体一、变形齿体二和柱体二的材料，可以对电力电缆的全长进行准分布的温度监测，成本低，精度高。
[0022] 综上所述，本发明结构简单、设计合理且加工制作方便，同时成本低，使用方式灵活，灵敏度高，使用效果好，实用价值高，可实现对电力电缆全长的准准分布式监测，具有广阔的应用前景。
[0023] 下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
[0024] 图1为本发明实施1的结构示意图。
[0025] 图2为本发明光缆的纵截面剖视图。
[0026] 图3为图1的A-A剖视图。
[0027] 图4为图1的B-B剖视图。
[0028] 图5为本发明实施2的结构示意图。
[0029] 附图标记说明：
[0030] 1-延伸光纤； 2-光反射装置； 3-变形齿体一；
[0031] 4-变形齿体二； 5-测试单元； 6-信号光纤；
[0032] 7-处理单元； 8-导体； 9-导体屏蔽层；
[0033] 10-硬性节段； 11-绝缘层； 12-柔性节段；
[0034] 13-1-外护套一； 13-2-外护套二； 14-绝缘屏蔽层；
[0035] 15-1-柱体一； 15-2-柱体二； 16-加强件；
[0036] 17-金属屏蔽层； 18-保护套管； 19-外护层；
[0037] 20-凹槽； 21-光缆； 22-通孔。
具体实施方式
[0038] 实施例1
[0039] 如图1、2、3和4所示的一种内置探测光纤的电力电缆，由导体8以及由内向外依次设置在导体8外侧的导体屏蔽层9、绝缘层11、绝缘屏蔽层14、金属屏蔽层17和外护层19组成，所述外护层19内部至少设置有一根光缆21，所述光缆21由均匀间隔布设的柔性节段12和硬性节段10组成，所述柔性节段12与硬性节段10之间相互连接，所述柔性节段
12和硬性节段10的内部至少穿设一根信号光纤6，所述柔性节段12由外护套一13-1和套设在外护套一13-1内部的柱体一15-1组成，所述硬性节段10包括外护套二13-2和套设在外护套二13-2内部的柱体二15-2，所述柱体一15-1和柱体二15-2的内部均开设有凹槽
20，所述信号光纤6穿设在凹槽20中，所述柱体二15-2内侧相对的两个面上分别设置有变形齿体一3和变形齿体二4，所述变形齿体一3与变形齿体二4之间呈交错对应布设，所述信号光纤6位于变形齿体一3与变形齿体二4之间，所述信号光纤6两端中至少有一端连接测试单元5，所述测试单元5还连接用于处理测试单元5测试数据的处理单元7。
[0040] 本实施例中，光缆21位于绝缘屏蔽层14与金属屏蔽层17之间，光缆21为直线形、螺旋形或者SZ曲线形，布设于电力电缆内部；所述凹槽20内部填充有阻水油膏，防止水分子的侵蚀，保证光纤的使用寿命，所述凹槽20在柱体一15-1和柱体二15-2上呈连续布设，所述凹槽20的形状为直线形、螺旋形或者SZ曲线形；所述信号光纤6上设置有光反射装置2，所述光反射装置2两个为一组布设于光缆21上，所述光缆21上布设有多组光反射装置2，通过确定两个光反射装置2的反射光峰值功率之差，可确定两个光反射装置2之间的信号光纤6的弯曲损耗变化，且该变化值不受光源、光探测器以及光路的变化影响。柱体一15-1和柱体二15-2由低膨胀系数材料制成，变形齿体一3与变形齿体二4由高膨胀系数材料制成，所述外护套二13-2与柱体二15-2之间设置有刚性保护套管18，所述保护套管18与柱体二15-2通过胶黏剂相粘接；所述凹槽20内部中心沿轴向方向上设置有加强件16，所述加强件16为FRP棒、芳纶纤维、钢丝或钢绞线；所述信号光纤6通过延伸光纤1与测试单元5相接；信号光纤6为外部包有多层保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤等，也可以为塑料光纤、多芯光纤、细径光纤或光子晶体光纤。
[0041] 当电力电缆的温度变化时，位于硬性节段10内部的变形齿在热膨胀的作用下的高度变化，使得夹持于变形齿体一3与变形齿体二4之间的信号光纤6的弯曲曲率变化，信号光纤6的弯曲曲率变化使得其内部产生的光信号功率变化，测试单元5测得该变化信息并传递给处理单元7，处理单元7经计算得出电力电缆温度的变化值，当测试单元5采用与时间相关的测试技术时，如光时域反射计时，就可以确定温度变化的位置。
[0042] 实施例2
[0043] 如图5所示，本实施例中，与实施例1不同的是：导体8中心设置有通孔22，所述光缆21位于通孔22内。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
[0044] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
