CN113917360A - 一种综合温湿度的绝缘子泄漏电流光学检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种综合温湿度的绝缘子泄漏电流光学检测装置，包括多参量光纤电流传感器、光谱复用模块、光纤传感器解调仪和计算机；多参量光纤电流传感器的光纤接头与光谱复用模块连接，光谱复用模块与光纤传感器解调仪连接，光纤传感器解调仪的通信接口端与计算机相连；多参量光纤电流传感器包括封装在外壳内的光纤温度传感器、光纤湿度传感器、光纤法布里‑珀罗电流传感器和多路光开关。本装置体积小、制作简单、精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点，可广泛应用于工程测量和科研领域，为各领域的研究提供良好的基础。
Description
技术领域
本发明属于输电线路电流检测技术领域，具体涉及一种综合温湿度的绝缘子泄漏电流光学检测装置。
背景技术
随着智能电网建设地不断发展，电力系统安全稳定运行得到了更大的重视。绝缘子作为一种绝缘器件，在变电站中主要起着对输电导线进行支撑和防止电流回地两个作用。绝缘子因长期受高压电场、日晒雨淋、污秽物、机械应力等作用，若绝缘子在电网运作过程中发生污闪和开裂等故障事故，不仅会对变电设备造成损坏，而且还可能会导致电网大面积停电发生，严重威胁到输电线路、变电站的安全运行。
此外，绝缘子自然积污后，在雨、雾等气象条件下电气强度将会明显下降，泄漏电流瞬间增大，导致绝缘子发生闪络击穿现象。因此，绝缘子泄漏电流是衡量电器绝缘性好坏的重要标志之一，并且作为污闪事故的指示参数，在绝缘子的预测维护规划显得尤为重要。
目前，检测输电线路绝缘子泄漏电流的方法主要分为两种，一种是以电磁感应为基础的电流传感器，其存在易受电磁干扰、精度低、体积大等问题。另一种是基于光纤的电流传感器，与传统检测技术相比，光纤电流传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强、无源、体积小等优点。现有的泄漏电流光学测量技术大多是基于光纤光栅，但其易受温度影响且测量精度较低。现有综合温湿度绝缘子泄漏电流监测装置，如2017年2月22日公开号为CN106443309A的一种污秽绝缘子泄漏电流在线监测系统的专利，包括穿心式有源交流泄漏电流传感器、DS18B20温度传感器、HS1101湿度传感器、EM9160工控主板、电源模块等。该系统装置由电源模块对工控主板进行供电，工控主板与三个传感器相连接，对传感器进行供电并对其所采集绝缘子的泄漏电流、空气湿度和环境温度等参数做出智能诊断。该污秽绝缘子泄漏电流在线监测系统虽实现电流和温湿度三个参数的测量，但由于这三个传感器都通过工控主板进行供电，极易受到强电场的干扰，测量可靠性和准确性存疑。此外，工控主板长时间运行后会温度升高，散发热量，极有可能对温度传感器测量的参数造成影响，存在测量误差。
需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
发明内容
本发明目的在于提供了一种综合温湿度的绝缘子泄漏电流光学检测装置，能准确有效的测量绝缘子泄漏电流，实现了测量精度高、抗干扰能力强、响应速度快等功能。
为实现上述目的本发明采用如下技术方案：
该综合温湿度的绝缘子泄漏电流光学检测装置，包括多参量光纤电流传感器、光谱复用模块、光纤传感器解调仪和计算机；
所述多参量光纤电流传感器的光纤接头与所述光谱复用模块连接，所述光谱复用模块与所述光纤传感器解调仪连接，所述光纤传感器解调仪的通信接口端与计算机相连；
所述多参量光纤电流传感器包括封装在外壳内的光纤温度传感器、光纤湿度传感器、光纤法布里-珀罗电流传感器和多路光开关。
进一步地，上述外壳采用带有孔洞的金属外壳。
进一步地，上述光纤温度传感器采用光纤光栅温度传感器。
进一步地，上述光纤湿度传感器采用代用湿度敏感材料的光纤湿度传感器。
进一步地，上述光纤法布里-珀罗电流传感器包括圆形套筒、固定片、陶瓷插针、光纤、压电陶瓷片和陶瓷电容；
所述圆形套筒的内腔开口端设有所述固定片，所述圆形套筒的内腔封闭端端设有所述压电陶瓷片；
所述固定片上插接有所述陶瓷插针，所述陶瓷插针内插接有所述光纤；所述压电陶瓷片的两个电极与所述陶瓷电容连接。
进一步地，上述圆形套筒内陶瓷插针端面和压电陶瓷片端面构成以空气为介质的法珀腔。
进一步地，上述法珀腔的初始腔长为0.5mm-0.6mm。
进一步地，上述光纤传感器解调仪采用F-P或FBG光纤传感器解调仪。
本发明的有益效果：
(1)本发明公开了一种综合温湿度的绝缘子泄漏电流光学检测装置，体积小、制作简单、精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点，可广泛应用于工程测量和科研领域，为各领域的研究提供良好的基础。
(2)本发明公开了一种综合温湿度的绝缘子泄漏电流光学检测装置，使用了F-P、FBG传感器复用技术，实现了在同一根光纤同时传输电流、温度、湿度三个参量的不同光谱模式的光信号。光纤复用技术解决了传感器实时检测电流信号的同时同步检测当前的环境温湿度，综合多参量测量绝缘子泄漏电流，简化了传感器的结构，提高了传感器的稳定性。
(3)本发明公开了一种综合温湿度的绝缘子泄漏电流光学检测装置，采用FBGA光谱模块作为解调系统的核心部件，采用高稳定度ASE光源、复用光谱模块、多路光开关、动态迟滞、温度漂移补偿程序等，构成能满足F-P、FBG两种光纤传感器的解调系统。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明光纤温度传感器结构示意图；
图3是本发明光纤湿度传感器结构示意图；
图4是本发明光纤法布里-珀罗电流传感器结构示意图；
图5是本发明多参量光纤电流传感器结构示意图。
图中，1、光纤温度传感器；2、光纤湿度传感器；3、光纤法布里-珀罗电流传感器；4、多路光开关；5、外壳；7、多参量光纤电流传感器；8、光谱复用模块；9、光纤传感器解调仪；10、计算机；101、光纤光栅I；102、壳体I；201、光纤光栅II；202、壳体II；203、湿度敏感材料；301、光纤；302、陶瓷插针；303、压电陶瓷片；304、圆形套筒；305、固定片；306、陶瓷电容。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
结合附图对本发明进行详述，具体步骤如下：
参见图1，是本发明的系统结构示意图，包括多参量光纤电流传感器7、光谱复用模块8、光纤传感器解调仪9、计算机10。光纤传感器解调仪9采用适用于F-P或FBG光纤传感器解调仪。
参见图2，多参量光纤电流传感器7包括光纤温度传感器1、光纤湿度传感器2、光纤法布里-珀罗电流传感器3、多路光开关4和外壳5；将光纤温度传感器1、光纤湿度传感器2、光纤法布里-珀罗电流传感器3固定在封装外壳5内并分别连接多路光开关4，外壳5是带有孔洞的金属外壳。
参见图3和图4，光纤温度传感器1采用定制的光纤光栅温度传感器用以温度传感，包括有光纤光栅I 101和壳体I 102。光纤湿度传感器2包括湿度敏感材料203和光纤光栅微应变传感器，光纤光栅微应变传感器包括光纤光栅II 201和壳体II 202，将光纤光栅微应变传感器牢固的固定在支架上，然后把湿度敏感材料203用胶与固定好的光纤光栅微应变传感器连接，并给予一定的预张力，即完成光纤湿度传感器的制作。
参见图5，光纤法布里-珀罗电流传感器3包括圆形套筒304，圆形套筒内腔一端设有固定片305；固定片305上插接陶瓷插针302，陶瓷插针302内插接光纤301；圆形套筒内腔的另一端设有压电陶瓷片303，压电陶瓷片的两个电极接有陶瓷电容306。圆形套筒内陶瓷插针端面和压电陶瓷片端面构成以空气为介质的法珀腔，法珀腔的初始腔长为0.5mm-0.6mm。
上述光纤法布里-珀罗电流传感器3的安装方法，包括有以下步骤：
步骤1，选择8/125单模光纤其接口类型为FC/APC，将光纤301尾端部分剥掉涂覆层露出光纤301的纤芯部分，然后把光纤301端面切平或抛光；
步骤2，将处理好的光纤301插入陶瓷插针302里并用胶将两者进行固定粘接，把固定片305裁剪成和压电陶瓷片303直径相同的圆；
步骤3，用电钻在剪裁好的圆形固定片中心钻孔(孔径和陶瓷插针规格相同)，将陶瓷插针303插入钻好孔的固定片305上并将两者固定粘接；
步骤4，在保证压电陶瓷片303和光纤301端面的平行的前提下，用解调系统可获取由光纤301端面反射光和压电陶瓷片304反射光产生的干涉的信号，微调光纤301端面和压电陶瓷片304的距离，取合适的腔长范围，使得干涉信号质量最佳，用胶进行粘接固定，最后在压电陶瓷片303引线连接陶瓷电容306，然后整体装在圆形套筒304内，即完成传感器的制作。
本发明的工作原理如下：
多参量光纤电流传感器7在测量绝缘子泄漏电流时，能同时采集环境温度、湿度和绝缘子泄漏电流三种信号，电流信号经陶瓷电容收集并作用在压电陶瓷片304上使其发生振动而发生形变，光学探头端面和压电陶瓷片304上表面两个反射面间距发生变化，导致光的强度和干涉相位发生变化，产生变化的光信号，经光纤进行传输通过光纤传感器解调仪进行光电信号的转换，利用计算机10进行数据的处理实现了传感器对电流信号的检测。光纤湿度传感器1在感知到环境湿度时，湿度敏感材料203发生膨胀导致光纤光栅传感器的波长变化，用光纤传感器解调仪9将光纤光栅传感器返回的光信号给予解调，通过标定，即可实现湿度的测量；当环境温度变化时，光纤光栅的波长位移量ΔλB会随环境温度的变化而变化，故由温度引起光纤光栅波长的偏移可以表示为ΔλB＝λB(ath+ξ)·ΔT＝K′T·ΔT；式中ΔλB为光纤光栅的波长位移量，λB为光纤光栅的中心波长，ath＝0.55×10-6/℃是热膨胀系数，ξ＝8.0×10-6/℃是热光系数，ΔT是温度的变化，K′T是FBG传感器的总温度灵敏度，再用光纤传感器解调仪将光纤光栅传感器返回的光信号给予解调，通过标定，即可实现温度的测量。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
Claims (8)
1.一种综合温湿度的绝缘子泄漏电流光学检测装置，其特征在于：包括多参量光纤电流传感器(7)、光谱复用模块(8)、光纤传感器解调仪(9)和计算机(10)；
所述多参量光纤电流传感器(7)的光纤接头与所述光谱复用模块(8)连接，所述光谱复用模块(8)与所述光纤传感器解调仪(9)连接，所述光纤传感器解调仪(9)的通信接口端与计算机(10)相连；
所述多参量光纤电流传感器(7)包括封装在外壳(5)内的光纤温度传感器(1)、光纤湿度传感器(2)、光纤法布里-珀罗电流传感器(3)和多路光开关(4)。
2.根据权利要求1所述的综合温湿度的绝缘子泄漏电流光学检测装置，其特征在于：所述外壳(5)采用带有孔洞的金属外壳。
3.根据权利要求2所述的综合温湿度的绝缘子泄漏电流光学检测装置，其特征在于：所述光纤温度传感器(1)采用光纤光栅温度传感器。
4.根据权利要求3所述的综合温湿度的绝缘子泄漏电流光学检测装置，其特征在于：所述光纤湿度传感器(3)采用代用湿度敏感材料(203)的光纤湿度传感器。
5.根据权利要求4所述的综合温湿度的绝缘子泄漏电流光学检测装置，其特征在于：所述光纤法布里-珀罗电流传感器包括圆形套筒(304)、固定片(305)、陶瓷插针(302)、光纤(301)、压电陶瓷片(303)和陶瓷电容(306)；
所述圆形套筒(304)的内腔开口端设有所述固定片(305)，所述圆形套筒(304)的内腔封闭端端设有所述压电陶瓷片(303)；
所述固定片(305)上插接有所述陶瓷插针(302)，所述陶瓷插针(302)内插接有所述光纤(301)；所述压电陶瓷片(303)的两个电极与所述陶瓷电容(306)连接。
6.根据权利要求5所述的综合温湿度的绝缘子泄漏电流光学检测装置，其特征在于：所述圆形套筒(304)内陶瓷插针(302)端面和压电陶瓷片(303)端面构成以空气为介质的法珀腔。
7.根据权利要求6所述的综合温湿度的绝缘子泄漏电流光学检测装置，其特征在于：所述法珀腔的初始腔长为0.5mm-0.6mm。
8.根据权利要求7所述的综合温湿度的绝缘子泄漏电流光学检测装置，其特征在于：所述光纤传感器解调仪(9)采用F-P或FBG光纤传感器解调仪。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117906683A (zh) * | 2024-03-19 | 2024-04-19 | 齐鲁工业大学(山东省科学院) | 蓄电池温度和电解液密度双参量测量传感器及其测量方法 |
| CN117906683B (zh) * | 2024-03-19 | 2024-05-28 | 齐鲁工业大学(山东省科学院) | 蓄电池温度和电解液密度双参量测量传感器及其测量方法 |
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