(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
架空送電線の故障検出器及びその出力により作動して架空地線を加熱する加熱器を複数箇所に設置すると共に架空地線に内蔵した光ファイバ中のラマン散乱光の強度分布を測定し、その分布測定結果から故障位置を検出する架空送電線の故障位置検出システムにおいて、上記ラマン散乱光のうちアンチストークス光のみ又はストークス光のみの強度分布を測定し、その強度分布の加熱器設置箇所近傍における変化から故障位置を検出することを特徴とする架空送電線の故障位置検出システム。
【請求項２】
上記ラマン散乱光強度分布測定のための光ファイバへの入射光量を誘導ラマン散乱の発生しきい値よりも大きくし、アンチストークス光のみの強度分布を測定することを特徴とする請求項１記載の架空送電線の故障位置検出システム。
【請求項３】
上記ラマン散乱光強度分布の加熱器設置箇所近傍における変化は、測定の距離分解能に基づき加熱器設置箇所を含む区間及びその前後の区間を取りだし、加熱器設置区間における強度がその前後の区間における強度より所定値以上大きいか否かにより判定することを特徴とする請求項１又は２記載の架空送電線の故障位置検出システム。
【請求項４】
上記加熱器作動前後のラマン散乱光強度分布を比較して故障位置を検出することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の架空送電線の故障位置検出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、架空送電線の故障位置でＯＰＧＷを加熱し、光ファイバ中のラマン散乱光の強度分布測定結果から故障位置を検出する架空送電線の故障位置検出システムに係り、特に、一定のしかもできるだけ高い温度に加熱でき、装置構成が簡素で、かつ検知距離が長くとれる架空送電線の故障位置検出システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
架空送電線の故障検出器動作時にＯＰＧＷ（光ファイバ内蔵架空地線）を加熱して加熱位置を検出することにより故障位置標定（故障位置検出）を行うシステムとしては、特開平４−５５７９号、特開平４−５５８０号、特開平５−１２６８９５号がある。これらの従来技術では、ＯＰＧＷの加熱器は、消石灰と水との混合時の発熱或いはニクロム線の発熱を利用している。ＯＰＧＷには、その一端から光を入射し、この入射光により光ファイバ中で発生するラマン散乱光を検出し、温度分布測定装置を用いて光ファイバ各部の温度（温度分布）を測定するようになっている。この温度分布から上記加熱器による温度上昇箇所を検出し、故障位置標定を行う。ここで、故障位置とは、雷サージ電流や地絡電流が流れた位置をいう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の加熱器には以下の問題点がある。
【０００４】
特開平４−５５７９号の方式では、雷サージ電流が流れると電熱線に電流が流れ、膜が溶けて消石灰と水とが混合され、発熱するようになっている。しかし、電熱線に電流が流れても、膜が一様に溶けないため、消石灰と水とが均一に混合されず加熱温度にばらつきが生じ、場合によっては約３００℃にもなり、光ファイバの耐熱温度１５０℃を超えてしまい、光ファイバにダメージを与える。温度を１５０℃以下にするために断熱材を使用すると、今度は、消石灰と水との量配分により決まる発熱量及び外気温度により決まる放熱量によって加熱温度が左右され、所望の温度に加熱することは困難である。例えば、外気温度が常温で加熱温度が１００℃±２０℃になるように上記量配分を設定すると、外気温度が−２０℃では加熱温度が６０℃±２０℃、外気温度が５０℃では加熱温度が１３０℃±２０℃となってしまい、加熱温度は一定にならない。
【０００５】
特開平４−５５８０号の方式では、ニクロム線を加熱するために大容量のバッテリや太陽電池が必要となり、その保守点検が必要となる。また、加熱温度が外気温度の影響で一定にならない。
【０００６】
特開平５−１２６８９５号の事故電流でニクロム線を加熱する方式でも、加熱温度が外気温度の影響で一定にならない。
【０００７】
一方、従来技術の温度分布測定には以下の問題点がある。
【０００８】
まず、一般的なラマン散乱光を利用した温度分布測定装置の構成及び動作を図１１を用いて説明する。波長λ０の光源１１１から出射されたパルス光は光ファイバ１１２、光分波器１１３を介して温度分布測定用光ファイバ１１４に入射する。光ファイバ１１４内の各部で発生したラマン散乱光のうち、測定装置１１０の方に戻ってくる後方散乱光の中から光分波器１１３で波長λｓのストークス光と波長λａのアンチストークス光とを分波し、それぞれ光ファイバ１１５，１１６を介して受光器１１７，１１８に導き受光器１１９，１２０で電気信号に変換する。電気信号に変換されたストークス光及びアンチストークス光は平均化処理回路１２１で所定の時間間隔でサンプリングされ、サンプリング番号に対応するメモリ（図示せず）に格納されている前回のパルス送出までの加算データに加算されて再度メモリに格納される。所定のＳ／Ｎ比が得られる回数だけこの操作を繰り返し、式（１）
ｘ＝ｖ×ｔ／２                                  （１）
ｘ：距離
ｖ：光ファイバ中の光速
ｔ：時間
の関係を用いて時間軸を距離軸に変換すると、図１２（ａ），（ｂ）に示すストークス光及びアンチストークス光の後方散乱光強度の距離方向に沿った分布を得ることができる。この両光の強度分布における温度変化による強度変化はアンチストークス光のほうがストークス光よりも大きい。温度分布演算部では両光の強度分布の比をとって温度分布を計算し、図１２（ｃ）に示すような光ファイバに沿った温度分布を得ることができる。
【０００９】
光ファイバへの入射光量が大きいほど測定されるストークス光やアンチストークス光のＳ／Ｎ比が良くなり、その結果、これらの比を演算して得られる温度分布のＳ／Ｎ比も良くなる。しかし、光ファイバへの入射光量が一定以上になると、非線形現象である誘導ラマン散乱が生じ、ストークス光の強度分布が図１３（ａ）に示すように歪んでしまう。このような強度分布から温度分布を求めると、図１３（ｃ）に示すように実際に温度変化がある部分以外にも温度変化のあるような波形となってしまい、正しい温度分布を求めることはできない。従って、光ファイバへの入射光量は誘導ラマン散乱が生じないレベル以下に制限され、Ｓ／Ｎ比の限界がここで決まる。
【００１０】
ストークス光やアンチストークス光の距離方向に沿った強度分布は、光ファイバの伝送損失のために遠方ほど信号強度が小さくなり、また、温度変化部分以外に、光ファイバの融着接続点等の伝送損失発生部分に信号強度の変化が現れる。従って、ストークス光かアンチストークス光を単独で用いたのでは温度変化部分を的確に抽出することは難しい。しかし、両光の強度分布の比をとって求めた図１２（ｃ）の温度分布では伝送損失の影響が相殺されて実際の温度変化のみが判るので、加熱による温度上昇部分を容易に検知することができる。
【００１１】
従来技術の温度分布測定における問題は、光ファイバへの入射光量が誘導ラマン散乱発生レベル以下に制限されＳ／Ｎ比の限界が決まること、及びストークス光及びアンチストークス光の両光を用いる必要があることである。
【００１２】
また、加熱器と温度分布測定との複合的な問題点は以下のとおりである。
【００１３】
ラマン散乱光を利用した温度分布測定装置では、所定のパルス幅の光源を用いているので、各サンプリング点での温度測定結果は、式（２）に示すようにパルス幅Δｔに相当する距離ΔＬの区間の平均値として測定される。長距離測定のできるラマン散乱光利用温度分布測定装置では、パルス幅１００ｎｓ程度の光源を用いるのが一般的であるが、この場合、各サンプリング点の温度測定結果は、その点を中心とした１０ｍの区間の温度の平均値を示す。距離ΔＬで表されるこの特性を距離分解能という。従って、加熱器での加熱長が１０ｍより短く、例えば１ｍの長さの光ファイバを１００℃分だけ加熱した場合、１０ｍの区間に亘って１０℃の温度上昇が生じたような測定結果が得られる。
【００１４】
ΔＬ＝ｖ×Δｔ／２                              （２）
ΔＬ：距離分解能
Δｔ：パルス幅
鉄塔頂部でのＯＰＧＷ加熱長は長くすることが難しく、せいぜい１０〜２０ｃｍしか確保できず、ＯＰＧＷの長手方向の熱伝導による実質的なＯＰＧＷ加熱長が１ｍだとしても、距離分解能が１０ｍならば、測定される温度上昇は加熱温度の約１０分の１にしかならない。このことにより、前記したＳ／Ｎ比との関係で、温度上昇部分が検知できる距離が限られることになる。例えば、ＯＰＧＷを加熱長１５ｃｍの加熱器で加熱した場合、ＯＰＧＷに標準的に内蔵されているシングルモード光ファイバ用の温度分布測定装置では検知距離が４ｋｍ程度であり、実用には短い。また、シングルモード光ファイバよりコア径が大きいために誘導ラマン散乱発生レベルが高く、従って入射光量を多くして検知距離を長くすることのできるマルチモード光ファイバを用いた場合、検知距離が１５ｋｍ程度である。しかし、２系統以上のＯＰＧＷを対象にするために光スイッチを用いて測定系統を切り替えるようにした場合、光スイッチの挿入損失もあるため、結局、マルチモード光ファイバを用いた場合でも検知距離は１０ｋｍ程度である。架空送電線路の大半をカバーするためには、シングルモード光ファイバを用いて１５ｋｍ程度の検知距離を実現しなければならないが、従来の加熱器及び温度分布測定では困難である。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、一定のしかもできるだけ高い温度に加熱でき、装置構成が簡素で、かつ検知距離が長くとれる架空送電線の故障位置検出システムを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、架空送電線の故障検出器及びその出力により作動して架空地線を加熱する加熱器を複数箇所に設置すると共に架空地線に内蔵した光ファイバ中のラマン散乱光の強度分布を測定し、その分布測定結果から故障位置を検出する架空送電線の故障位置検出システムにおいて、上記ラマン散乱光のうちアンチストークス光のみ又はストークス光のみの強度分布を測定し、その強度分布の加熱器設置箇所近傍における変化から故障位置を検出するものである。
【００１８】
上記ラマン散乱光強度分布測定のための光ファイバへの入射光量を誘導ラマン散乱の発生しきい値よりも大きくし、アンチストークス光のみの強度分布を測定してもよい。
【００１９】
上記ラマン散乱光強度分布の加熱器設置箇所近傍における変化は、測定の距離分解能に基づき加熱器設置箇所を含む区間及びその前後の区間を取りだし、加熱器設置区間における強度がその前後の区間における強度より所定値以上大きいか否かにより判定してもよい。
【００２０】
上記加熱器作動前後のラマン散乱光強度分布を比較して故障位置を検出してもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２２】
図１は本発明を適用した架空送電線路の全体図である。送電線路を構成する鉄塔１１  ，１２  ，…，１ｎの頂部間にはＯＰＧＷ２が布設されている。送電線の本線は簡略化のため図示していない。各鉄塔１１  ，１２  ，…，１ｎにはそれぞれ故障検出器３１  ，３２  ，…，３ｎ及び加熱器４１  ，４２  ，…，４ｎが設置されている。ＯＰＧＷ２の片端には内蔵された光ファイバ（図示せず）に接続されたラマン散乱光の強度分布測定による故障位置検出装置５が設置されている。
【００２３】
鉄塔部の詳細を図２に示す。事故電流を検出することにより動作する故障検出器３が鉄塔１に取り付けられている。故障検出器３の出力はリード線６を介して加熱器４に接続されている。加熱器４はＯＰＧＷ２に取り付けられている。
【００２４】
ラマン散乱光の強度分布測定による故障位置検出装置５の構成を図３に示す。故障位置検出装置５は、光源３１、光分岐器３２、光源用光ファイバ３３、アンチストークス光用光ファイバ３４、受光器３５、平均化処理回路３６、加熱位置検出部３７からなり、ＯＰＧＷ内蔵光ファイバ３８に接続されている。従来技術の温度分布測定による故障位置検出装置との違いは、ラマン散乱光の後方散乱光のうちアンチストークス光のみを測定し、加熱位置（故障位置）の検出にはアンチストークス光の強度分布及び加熱器設置箇所の情報を用いる点である。ここではアンチストークス光強度分布の距離分解能は１０ｍとする。
【００２５】
加熱器の詳細を図４に示す。加熱器は、主に、発熱体４１と蓄熱体４２と断熱材４３とから構成される。即ち、光ファイバ４４を内蔵するＯＰＧＷ４５を蓄熱体４２で覆い、その外側に発熱体４１を配置し、その外周を断熱材４３で覆っている。詳しくは、蓄熱体４２は水とエチレングリコール等の液体との混合液体を吸収させた高分子吸収体を蓄熱用袋４６に収容し、この蓄熱用袋４６でＯＰＧＷ４５を所定長に亘って包み込んだものであり、発熱体４１がＯＰＧＷ４５に直接触れない構造となっている。発熱体４１は、固体燃焼材４７及び点火器４８を金属容器４９に収容し、シール材５０で封止したものであり、蓄熱用袋４６に接触するよう配置される。故障検出器３の出力のリード線６に接続されるリード線５１が金属容器４９の外から点火器４８に導入されている。蓄熱用袋４６及び金属容器４９は断熱材４３で包まれ、その外周に固定バンド５２が設けられ、ＯＰＧＷ４５に固定できるようになっている。
【００２６】
蓄熱用袋４６内の高分子吸収体に吸収されている水とエチレングリコール等の液体との混合液体の沸点を設定することにより加熱温度を設定することができる。即ち、発熱量が多くても、混合液体は沸点以上にならないから、加熱温度は沸点に等しくなる。加熱温度の保持時間は外気温度によっても変化するが、発熱量により設定することができる。発熱量は、固体燃焼材４７の分量調節により所定の範囲に設定することができる。ここでは、混合液体を沸点まで加熱するに十分な発熱量が確保されているものとする。
【００２７】
加熱器の加熱長は１５ｃｍ、加熱温度は１３０℃とする。また、加熱温度の保持時間は外気温度により異なるが１５〜２５分である。なお、加熱器の加熱長は１５ｃｍであるが、ＯＰＧＷの長手方向の熱伝導による実質的なＯＰＧＷ加熱長は約１ｍである。
【００２８】
次に動作を説明する。
【００２９】
アンチストークス光の強度分布測定結果の一例を図５に示す。横軸は距離、縦軸は信号強度である。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７の７基の鉄塔に加熱器を設置し、Ｎｏ．２の鉄塔に設置した加熱器を作動させた例である。鉄塔に設置した加熱器の位置は予め分かっているので、横軸上及び縦方向の点線でそれらの位置を示してある。図示のように、信号強度は、測定端より徐々に低下し、加熱部では山状の変化、融着接続部では段差状の変化が見られる。
【００３０】
Ｎｏ．２の鉄塔の近傍の拡大図を図６に示す。ここでは距離分解能で決まるサンプリング点Ｌ２１，Ｌ２０，Ｌ２２が横軸上及び縦方向の点線で示してある。加熱器による加熱結果は約１０ｍ幅の区間の温度上昇として測定されるので、加熱器設置箇所を含む区間の中心であるサンプリング点Ｌ２０が温度上昇のピークとなり、これより測定端側へ１０ｍ手前のサンプリング点Ｌ２１及び測定端から見て１０ｍ遠方のサンプリング点Ｌ２２では温度変化が見られない。そこで、各鉄塔での加熱の有無を検知するためには、この特性を利用し、各加熱器設置箇所での中心点Ｌｎ０でのアンチストークス光強度Ｓ（ｎ０）、その手前位置Ｌｎ１でのアンチストークス光強度Ｓ（ｎ１）、遠方位置Ｌｎ２でのアンチストークス光強度Ｓ（ｎ２）を用い、加熱位置検出部３７では式（３）の演算を行う。
【００３１】
ΔＳ（ｎ）＝Ｓ（ｎ０）−｛Ｓ（ｎ１）＋Ｓ（ｎ２）｝／２    （３）
ΔＳ（ｎ）が予め定めたしきい値を超えた場合にｎ番目の加熱器で加熱があったと判定する。従って、図５ではＮｏ．２の鉄塔が故障位置として検出されることになり、Ｎｏ．４の鉄塔は除外される。
【００３２】
アンチストークス光の強度分布波形は、光ファイバへの入射光量が誘導ラマン散乱の発生しきい値よりも大きい場合でも、図５のように、伝送損失と温度とにより決まる波形となり歪みがない。従って、測定信号のＳ／Ｎ比を向上させるために、誘導ラマン散乱が発生するような強い入射光での測定が行える。
【００３３】
誘導ラマン散乱が発生した場合、ストークス光の強度分布波形は、図７に示されるように、誘導ラマン散乱が生じ始めた距離からある距離まで信号強度が増加する波形となり歪みが出る。従って、誘導ラマン散乱が発生するような強い入射光での測定には、ストークス光よりもアンチストークス光のほうが適している。本発明は、従来技術が両光の強度分布を測定する必要があったのに対し、アンチストークス光のみ又はストークス光のみの強度分布を測定すればよいことに利点があり、装置構成が簡素化される。そして、アンチストークス光を測定するようにすれば、より強い入射光を使用し、Ｓ／Ｎ比を向上させると共に検知距離が長くとれることになる。また、上記実施形態では、アンチストークス光かストークス光のどちらかしか測定できないが、架空送電線路の距離が短い場合には、従来のように両光の強度分布から温度分布を求める方法でも故障位置検出は可能である。ただし、その場合でも、加熱器に複数種の液体を混合した蓄熱体を使用することにより加熱温度を一定にさせるという本発明の効果は発揮される。
【００３４】
次に、加熱によらない温度分布が背景に存在する場合について説明する。
【００３５】
加熱器を動作させない状態でのＯＰＧＷの温度分布がほぼ一定温度であれば、これまで説明した方法でラマン散乱光の強度分布から加熱位置を容易に検出できる。しかし、架空送電線路の環境やＯＰＧＷの鉄塔への固定方法によっては、加熱を行っていない状態でも、あたかも加熱を行ったかのような強度分布が生じる場合があることがわかった。即ち、図８に示されるように、加熱器の設置されている鉄塔において、日射による温度上昇部があると、ラマン散乱光の強度分布波形には凸部が生じ、加熱を行っていないのに加熱を行ったと誤判定するおそれがある。
【００３６】
このような誤判定の防止のために、加熱器作動前後のラマン散乱光強度分布を比較して故障位置を検出する。例えば、加熱器作動前のアンチストークス光強度分布が図８のようであったとき、加熱器作動後のアンチストークス光強度分布は図９のようになる。即ち、加熱器が作動したＮｏ．２の鉄塔では加熱器に設定した温度まで温度が上昇する。そこで、図８、図９の差分をとると図１０の波形が得られる。このような処理により、加熱を行っていない部分は波形が平らになり、加熱を行った部分だけが凸部として残る。加熱位置検出部３７では、このような処理の後に式（３）の演算を行うことにより、正しい判定ができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３８】
（１）発熱体と架空地線との間に蓄熱体が介在するように配置し、蓄熱体に複数種の液体を混合して含ませたことにより、加熱温度の上限をその混合液体の沸点とすることができる。従って、その沸点を光ファイバの耐熱温度以下に設定すれば光ファイバに熱的ダメージを与えることがなく、しかも測定に有利なできるだけ高い温度とすることができる。
【００３９】
（２）加熱器設置位置情報を検出に利用することで、アンチストークス光のみ又はストークス光のみの強度分布を測定すればよいことになり、装置構成が簡素化される。
【００４０】
（３）光ファイバへの入射光量を誘導ラマン散乱の発生しきい値よりも大きくし、アンチストークス光のみの強度分布を測定することにより、従来のような入射光量の制限がなくなり、Ｓ／Ｎ比を向上させると共に検知距離が長くとれることになる。
【００４１】
（４）加熱器設置区間及びその前後の区間のラマン散乱光強度を比較するだけで加熱位置を判別できるので、従来のように全区間の温度分布から加熱位置を探索するのに比べて簡単であり、その結果、Ｓ／Ｎ比を向上させると共に検知距離が長くとれることになる。
【００４２】
（５）加熱器作動前後のラマン散乱光強度分布を比較して故障位置を検出することにより、加熱器作動によらない温度分布の影響には左右されなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す架空送電線路の全体構成図である。
【図２】図１の架空送電線路の鉄塔部の詳細図である。
【図３】本発明に係る故障位置検出装置の構成図である。
【図４】本発明に係る加熱器の構造を示す（ａ）側断面図、（ｂ）横断面図である。
【図５】アンチストークス光の強度分布を示す波形図である。
【図６】図５の部分拡大図である。
【図７】誘導ラマン散乱が発生した場合のストークス光の強度分布を示す波形図である。
【図８】加熱器非動作時の温度上昇部があるアンチストークス光の強度分布を示す波形図である。
【図９】図８の状態で加熱器が動作した時のアンチストークス光の強度分布を示す波形図である。
【図１０】図８、図９の波形の差分の波形図である。
【図１１】従来のラマン散乱光を利用した温度分布測定装置の構成図である。
【図１２】従来の故障位置検出処理における（ａ）ストークス光の強度分布、（ｂ）アンチストークス光の強度分布、及び（ｃ）温度分布の波形図である。
【図１３】誘導ラマン散乱が発生した場合の（ａ）ストークス光の強度分布、（ｂ）アンチストークス光の強度分布、及び（ｃ）温度分布の波形図である。
【符号の説明】
２、４５  ＯＰＧＷ（光ファイバ内蔵架空地線）
３  故障検出器
４  加熱器
５  故障位置検出装置
４１  発熱体
４２  蓄熱体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003557060.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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