CN202403832U - 一种测量瓷质绝缘子温度的光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器 - Google Patents
一种测量瓷质绝缘子温度的光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种测量瓷质绝缘子温度的光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器，属于光电子测量技术领域，将传感器探头嵌于硅橡胶弹性套环中并引出光纤Bragg光栅温度传感器引出线，光纤引出的部分由硅橡胶套管套装保护，构成光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器；将光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器分别套装在瓷质绝缘子瓷质盘形下表面空隙中间和圆柱形钢帽的外表面，对瓷质绝缘子瓷盘和钢帽部分进行温度的监测。本实用新型针对瓷质绝缘子两个常见发热部位的定点监测，实时采集数据，测量更为准确、更有针对性，采用接触式测量，减少了室外环境对检测结果的影响，同时不需要配合人工巡检，减小了人为的测量误差。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测量瓷质绝缘子温度的光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器，属于光电子测量技术领域。
背景技术
瓷质绝缘子串中的绝缘子，长期运行在室外日晒雨淋等恶劣环境的条件下，承受电负荷、机械力、电动力和内部应力的作用，从而可能造成绝缘子老化、开裂甚至击穿等故障，出现绝缘劣化、泄漏电流增大，甚至形成零值；一旦瓷质绝缘子发生劣化，就可能会发生严重的电气故障，从而影响电力系统的正常运行，给电力系统带来巨大损失。
因为污秽瓷质绝缘子在正常条件下表面绝缘电阻非常大，流过污层的泄漏电流极小，当绝缘子污层受潮或淋露时，泄漏电流会慢慢增大，电流流过污层时就会产生焦耳热，以致瓷质绝缘子表面的温度升高。瓷质绝缘子污秽等级不同，泄漏电流也不同，这样温度分布也会随之不同，污秽越严重，泄漏电流越大，温度变化就显著，所以可以通过测量瓷质绝缘子温度来判定瓷质绝缘子的工作状态。
现有技术中有“基于红外热像交流输电线路瓷质零值绝缘子在线检测方法”。（申请号：200810143510.9），部分的解决了瓷质绝缘子温度得测量问题，但是，红外热像成法检测瓷质绝缘子属于非接触式检测，是远距离的检测，容易受到各种噪声的干扰，具有高噪声和低对比度的特点，图像信息和特征容易部分被噪声掩盖；瓷质绝缘子往往架设在室外环境中，长期运行在日晒雨淋等恶劣的环境下，红外热成像法检测往往受到瓷质绝缘子周围环境影响极大，造成检测结果的不准确；红外热成像法采用人工巡检的方法，耗费大量人力物力，因监测结果受人为因素的影响很大，常有不能及时发现瓷质绝缘子的异常的现象。
实用新型内容
本实用新型提供了一种测量瓷质绝缘子温度的光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器，实现对瓷质绝缘子的实时准确监测，减少了周围环境对瓷质绝缘子温度测量结果的影响。
本实用新型是通过以下技术方案来实现的：包括光纤Bragg光栅1、陶瓷片2、光纤3、硅橡胶套管4和硅橡胶弹性套环6；光纤Bragg光栅1封装于陶瓷片2中，且其中间光栅部分不与封装材料接触，自由悬空，成为具有陶瓷封装的光纤Bragg光栅温度传感器探头5，并将其嵌于硅橡胶弹性套环6中并引出光纤Bragg光栅温度传感器引出线，光纤3引出的部分由硅橡胶套管4套装保护，构成光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器7。
所述的光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器的使用方法，将光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器分别套装在瓷质绝缘子瓷质盘形8下表面空隙中间和圆柱形钢帽9的外表面，对瓷质绝缘子瓷盘8和钢帽9部分进行温度的监测。
所述测温位置的选择：当瓷质绝缘子的绝缘单组值降低至300~10MΩ时，发热功率大于正常的瓷质绝缘子，其温度升高，低值绝缘子热像特征主要是钢帽温度较高，相邻片间温差要超过1K；当劣化绝缘子电阻值进一步降低时，发热功率呈下降趋势，零值绝缘子热像特征表现为钢帽的温度偏低；所以，选择对瓷质绝缘子的钢帽进行温度的检测。同时当瓷质绝缘子表面污秽电流增大，形成发热时，它比正常瓷质绝缘子温度高，其热像特征主要表现为以瓷盘为中心的发热区，所以，将测量瓷质绝缘子温度的光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器安装在瓷质绝缘子瓷盘的下表面，对瓷质绝缘子瓷盘部分进行温度的检测。
本实用新型的数学模型分析如下：
当瓷质绝缘子表面温度变化引起光纤Bragg光栅温度改变，由于过光纤的热膨胀效应和光纤热光效应，引起反射峰值波长的变化。
反射回来的峰值波长：
对(1)式进行温度T求导可得：
由(1)、(2)，可以得到
在(3) 式中
为传感器的温度系数，为波长的变化，
为光纤的热膨胀系。所以光纤光栅温度传感器Bragg波长的移位与温度的变化成线性关系。
则瓷质绝缘子温度变化：
（4）
瓷质绝缘子串中的绝缘子出现老化、开裂、绝缘劣化时，电流流过污层时就会产生焦耳热，以致瓷质绝缘子表面的温度升高。瓷质绝缘子污秽等级不同，泄漏电流也不同，这样温度分布也会随之不同，污秽越严重，泄漏电流越大，温度变化就显著。利用所得到的瓷质绝缘子的温度信息与正常工作状态下的瓷质绝缘子温度进行温度标准进行比较，从而，判断瓷质绝缘子是否正常工作。
本实用新型的工作原理：正常瓷绝缘子串的发热很小，它的热分布规律与其电压分布规律相同，是不对称的马鞍形，即瓷质绝缘子串的两端部温度偏高，向瓷质绝缘子串的中间逐渐减低，温度是连续分布，相邻绝缘之间温差极小，不超过1K；当瓷质绝缘子性能劣化后，其绝缘电阻减小，温度分布将根据不同情况而发生变化；当瓷质绝缘子的钢帽或瓷盘表面温度发生变化时，会引起光纤Bragg光栅波长移位，通过温度与光纤Bragg光栅波长变化关系，可以得到瓷质绝缘子的温度。
本实用新型的有益效果:
1、针对瓷质绝缘子两个常见发热部位的定点监测，测量更为准确、更有针对性。
2、利用光纤Bragg光栅对瓷质绝缘子进行检测，是实时采集数据，不但可以了解温度变化，而且可以对瓷质绝缘子热特性、热场分布进行详细的描述。
3、光纤Bragg光栅为接触式测量，从而减少了室外环境对瓷质绝缘子检测结果的影响。
4、不需要配合人工巡检，减小了人为的测量误差，同时节省了人力资源。
综上所述，光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器具有结构简单、尺寸小，抗电磁干扰、抗腐蚀、不受外部环境影响，可用于电力系统和电气绝缘领域的故障实时检测。
附图说明
图1 为本实用新型传感器探头结构示意图；
图2为本实用新型结构示意图；
图3为本实用新型在瓷盘上的固定；
图4为本实用新型的固定示意方法。
图中：1-光纤Bragg光栅、2-陶瓷片封装、3-光纤、4-硅橡胶套管、5-具有陶瓷封装的光纤Bragg光栅传感器探头、 6-硅橡胶材质的弹性套环、7-光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器、8-瓷质绝缘子的瓷盘结构、9-瓷质绝缘子钢帽。
具体实施方案
如图1所示，一种带有陶瓷片封装的光纤Bragg光栅温度传感器，包括光纤Bragg光栅1、陶瓷片2、光纤3、硅橡胶套管4和硅橡胶弹性套环6；光纤Bragg光栅1封装于陶瓷片2中，且其中间光栅部分不与封装材料接触，自由悬空，成为具有陶瓷封装的光纤Bragg光栅温度传感器探头5；如图2所示；将其嵌于硅橡胶弹性套环6中并引出光纤Bragg光栅温度传感器引出线，光纤3引出的部分由硅橡胶套管4套装保护，构成光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器7。
所述的光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器的使用方法，如图3、4所示，将光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器分别套装在瓷质绝缘子瓷质盘形8下表面空隙中间和圆柱形钢帽9的外表面，对瓷质绝缘子瓷盘8和钢帽9部分进行温度的监测。
瓷质绝缘子温度的变化引起光纤Bragg光栅波长的改变，通过光纤Bragg光栅波长与温度的变化关系，计算出瓷质绝缘子温度的变化；最后根据所测瓷质绝缘子的温度与正常工作状态下的温度进行比较，从而判断瓷质绝缘子的工作状态。
在材料上，选取陶瓷片，与瓷质绝缘子材料相同；硅橡胶为一种憎水性绝缘材料，在室外高电压工作环境下，既保证了，绝缘子高压绝缘的性质，有增强了室外环境下抗污能力。在结构上，在不改变瓷质绝缘子外部基本结构的前提下，使用陶瓷片封装，既可以减少环境对传感器温度检测的影响，又具有保护传感器的作用。利用硅橡胶弹性封装光纤Bragg光栅温度传感器，加强了传感器的绝缘性能。利用硅橡胶弹性环状装置安装，比起粘贴方式，安装方式更加简易。
本实用新型是通过具体实施过程进行说明的，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对实用新型专利进行各种变换及等同代替，因此，本实用新型专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本实用新型专利权利要求范围内的全部实施方案。
Claims (1)
1.一种测量瓷质绝缘子温度的光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器，其特征在于：包括光纤Bragg光栅（1）、陶瓷片（2）、光纤（3）、硅橡胶套管（4）和硅橡胶弹性套环（6）；光纤Bragg光栅（1）封装于陶瓷片（2）中，且其中间光栅部分不与封装材料接触，自由悬空，成为具有陶瓷封装的光纤Bragg光栅温度传感器探头（5），并将其嵌于硅橡胶弹性套环（6）中并引出光纤Bragg光栅温度传感器引出线，光纤（3）引出的部分由硅橡胶套管（4）套装保护，构成光纤Bragg光栅测温弹性环状传感器（7）。
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