CN202793660U - 基于光纤传感的架空输电线的拉力监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于光纤传感的架空输电线的拉力监测系统，该拉力监测系统包括有光纤光栅解调装置、传感模块、连接环和传输光缆，传感模块包括有传感器结构件和光纤光栅传感器，光纤光栅传感器包括有光纤光栅应变传感器与光纤光栅温度补偿传感器，光纤光栅传感器固定于传感器结构件中，光纤光栅解调装置通过传输光缆连接位于传感模块内的光纤光栅传感器，传感模块的一端通过连接环连接于直线塔上，另一端连接在架空输电线的绝缘子串上。本实用新型的监测系统在传感器监测装置损坏的情况下，不需要对传感器安装结构件与传感器组成的结构进行重新标定，只需要更换新的传感器即可实现拉力的监测，从很大程度上降低了施工难度及成本。

Description

基于光纤传感的架空输电线的拉力监测系统

技术领域

本实用新型属于电力监测领域，涉及光纤传感技术，特别涉及一种基于光纤传感的架空输电线路力的智能监测系统。

背景技术

近年来，气候变化和自然灾害尤其是冰雪灾害对电力系统输电线路的安全可靠运行形成了灾害，并造成重大经济损失，对国民经济的影响极大。

高压架空线的垂直荷载是线路运行状态监测的一项重要指标，在正常情况下，杆塔承受着本身的重量，导线重量和绝缘子重量所引起的垂直荷载，由于线路运行负荷的变化以及大气温度、风、导线覆冰等周围环境的变化，导线、避雷线、金具、绝缘子、覆冰荷载和杆塔自重、安装检修人员及工具重力、使用拉线时由拉线产生的垂直分力的等都会造成线路荷载的变化，而过大的垂直荷载不但会带来安全事故的隐患，也限制了线路的输送能力。因此，对高压架空线路的力的实时监测就显得尤为重要。

基于光纤布拉格光栅的传感器为无源设备，本质安全，有着很好的抗电磁干扰等特性， 基于光纤布拉格光栅的应变传感器可以用于对架空输电线的力的监测，通过检测传感器的波长变化，获取相应的物理量变化，亦即可以实现输电线力的实时监测。传统的线路状态安全监测多是利用各种电类传感器，存储信息容量不大、测量效率不高、故障判断不准确、难以获取线路分布信息、电磁干扰绝缘要求高、传感器运行需要本地供电等缺点，难以成为大规模使用的有效方案，也无法满足当前国家对电力输电线路的故障监测的迫切需求。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种基于光纤光栅应变传感器的架空输电线直线塔拉力的实时监测系统。本实用新型的高压输电线直线塔拉力监测系统在传感器监测装置损坏的情况下，不需要对传感器安装结构件与传感器组成的结构进行重新标定，只需要更换新的传感器即可实现拉力的监测，从而能够降低施工难度及施工成本。

为了达到上述发明目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种基于光纤传感的架空输电线的拉力监测系统，其特征在于，该拉力监测系统包括有光纤光栅解调装置、传感模块、连接环和传输光缆，所述的传感模块包括有传感器结构件和光纤光栅传感器，所述的光纤光栅传感器包括有光纤光栅应变传感器与光纤光栅温度补偿传感器，所述的光纤光栅应变传感器固定于所述的传感器结构件中，所述的光纤光栅解调装置通过传输光缆连接位于所述传感模块内的光纤光栅应变传感器，所述的传感模块的一端通过连接环连接于直线塔上，另一端连接在架空输电线的绝缘子串上。

在本实用新型的基于光纤传感的架空输电线的拉力监测系统中，所述的传感器结构件包括有挂环、应变梁、固定座、球形突起和保护壳，所述应变梁的一侧设有挂环，另一侧设有球形突起，在应变梁上设置有两个对应的固定座，所述的保护壳套设于所述的应变梁外侧，所述的保护壳上设有一个法兰盘，所述应变梁的两个固定座与光纤光栅传感器之间的连接方式为硬连接。

在本实用新型的基于光纤传感的架空输电线的拉力监测系统中，所述的传感模块内带有所述的光纤光栅应变传感器的光纤一端连接至所述的法兰盘上，所述的传输光缆一端连接固定于所述的法兰盘上。

在本实用新型的基于光纤传感的架空输电线的拉力监测系统中，所述的传感模块上的挂环通过连接环固定于所述的直线塔上，所述的球形突起连接于所述的绝缘子串上。

在本实用新型的基于光纤传感的架空输电线的拉力监测系统中，所述的光纤上还设有与所述光纤光栅应变传感器串联的光纤光栅温度补偿传感器，所述的光纤光栅应变传感器采用硬连接的方式固定在两个固定座上，所述的光纤光栅温度补偿传感器固定在两个固定座上，且与所述光纤光栅应变传感器的位置对称。

基于上述技术方案，本实用新型的监测系统在架空输电线的拉力监测中取得了如下技术效果：

1.本实用新型的基于光纤传感的架空输电线的拉力监测系统采用的是光纤传感技术，本质安全，不受电磁干扰影响，传输信号真实。其中，光纤光栅应变传感器及其信道无明显的电气节点，具有很高的绝缘性能，无需考虑电气绝缘问题，避免了监测对象对监测系统的强电气冲击，结构简单。具有保护结构的光纤光栅应变传感器在没有任何因素影响的情况下，自身波动范围小，只有几个微应变，测量精度很高。

2.对于高压输电线来说，在多个直线塔上均设置监测系统，使得光纤传感网络化，能够在一根光纤上集成多个传感器。不需要对传感模块进行标定，只需要对光纤光栅应变传感器进行出厂标定，可方便的进行传感器的替换等操作。

3.光纤光栅应变传感器为表面安装式应变传感器，传感器与结构件之间所采用的硬连接方式是一种可拆卸硬连接结构，便于传感器的更换，且一旦传感器发生损坏，只需要替换新的传感器，而不需要将传感模块进行标定。应变传感器为温度补偿传感器或者通过连接光纤光栅温度传感器来剔除温度效应引起的波长变化。另外，作为传感器固定部分的结构件面积均匀，且远远小于结构件外表面的面积，测量精度及灵敏度也大大增加。  

附图说明

图1是本实用新型的拉力监测系统在高压输电线的安装位置示意图。

图2是本实用新型的拉力监测系统中传感模块的结构示意图。

图3是本实用新型的拉力监测系统中传感器结构件的剖视结构示意图。

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实施例来对本实用新型架空输电线的拉力监测系统做进一步的详细描述，以求更为清楚明了地理解本实用新型的结构特征和工作流程，但不能以此来限制本实用新型的保护范围。

请看图1，本实用新型基于光纤传感的架空输电线的拉力监测系统结构上包括有光纤光栅解调装置、传感模块C、连接环和传输光缆。光纤光栅解调装置通过传输光缆连接位于所述传感模块C内的光纤光栅传感器，所述的传感模块C的一端通过连接环连接于直线塔A上，另一端连接在架空输电线B的绝缘子串D上。

在本实用新型的基于光纤传感的架空输电线的拉力监测系统中，传感模块C包括有传感器结构件和光纤光栅传感器，光纤光栅传感器包括有光纤光栅应变传感器与光纤光栅温度补偿传感器，且固定于所述的传感器结构件中。传感器结构件包括有挂环1、应变梁3、固定座4、球形突起2和保护壳5。传感模块C上的挂环1通过连接环固定于所述的直线塔A上，传感模块C上的球形突起2连接于所述的高压输电线B上的绝缘子串D上。

应变梁3的一侧设置有挂环1，另一侧设置有球形突起2，在应变梁1上设置有两个对应的固定座4。

保护壳5套设于所述的应变梁1外侧，在保护壳5上设有一个法兰盘6。传感模块C内带有的光纤光栅传感器的光纤一端连接至法兰盘6上，传输光缆一端连接固定于法兰盘6上，该传输光缆将传感器上的信号传输至光纤光栅解调装置处理。

应变梁3的两个固定座4之间采用硬连接的方式固定有光纤光栅应变传感器。

为了抵消温度变化对拉力测量的影响，在本实用新型的监测系统中，位于传输模块C内的光纤上还设有与所述光纤光栅应变传感器串联的光纤光栅温度补偿传感器，光纤光栅应变传感器采用硬连接的方式固定在两个固定座4上，光纤光栅温度补偿传感器固定在两个相同的固定座4上，且与光纤光栅应变传感器的位置对称。

在实践应用中，实现力的监测的方案为：利用光纤的应变与布拉格波长的对应关系，当高压输电线拉力发生变化时，光纤光栅应变传感器波长将发生变化，从而可以根据传感器标定参数得出其应变值ΔL/L，由于光纤光栅应变传感器与光纤光栅传感器结构件的连接方式为硬连接，故光纤光栅应变传感器结构件应变值亦为ΔL/L。

弹性模量是衡量结构件重要的性能参数，从宏观角度来说，弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，从微观角度来说，则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量，如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等。因合金成分不同、热处理状态不同、冷塑性变形不同等，金属材料的杨氏模量值会有5%或者更大的波动。但是总体来说，金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标，合金化、热处理（纤维组织）、冷塑性变形等对弹性模量的影响较小，温度、加载速率等外在因素对其影响也不大，所以一般工程应用中都把弹性模量作为常数。

弹性模量一般定义为应力除以应变。设本实用新型中的光纤光栅传感器结构件应变值为ΔL/L，产生该应变结构件所受到的力为F，结构件的截面积为S，则弹性模量E=( F/S)/(ΔL/L)，从而力F=（E*S*L）/ΔL。

    根据上述关系可以求得高压输电线所受力的值。由以上分析可知，当光纤光栅传感器在长期监测过程中出现故障时，可以直接用新的传感器替换坏的传感器，而不需要更换整个传感模块，从而大大的降低了施工难度及成本。

Claims (5)

1.基于光纤传感的架空输电线的拉力监测系统，其特征在于，该拉力监测系统包括有光纤光栅解调装置、传感模块、连接环和传输光缆，所述的传感模块包括有传感器结构件和光纤光栅传感器，所述的光纤光栅传感器包括有光纤光栅应变传感器与光纤光栅温度补偿传感器，光纤光栅传感器固定于所述的传感器结构件中，所述的光纤光栅解调装置通过传输光缆连接位于所述传感模块内的光纤光栅传感器，所述的传感模块的一端通过连接环连接于直线塔上，另一端连接在架空输电线的绝缘子串上。

2.根据权利要求1所述的基于光纤传感的架空输电线的拉力监测系统，其特征在于，所述的传感器结构件包括有挂环、应变梁、固定座、球形突起和保护壳，所述应变梁的一侧设有挂环，另一侧设有球形突起，在应变梁上设置有两个对应的固定座，所述的保护壳套设于所述的应变梁外侧，所述的保护壳上设有一个法兰盘，所述的光纤光栅传感器与应变梁的两个固定座之间的连接方式为硬连接。

3.根据权利要求2所述的基于光纤传感的架空输电线的拉力监测系统，其特征在于，所述的传感模块内带有所述的光纤光栅传感器的光纤一端连接至所述的法兰盘上，所述的传输光缆一端连接固定于所述的法兰盘上。

4.根据权利要求2所述的基于光纤传感的架空输电线的拉力监测系统，其特征在于，所述的传感模块上的挂环通过连接环固定于所述的直线塔上，所述的球形突起通过连接件连接于所述的绝缘子串上。

5.根据权利要求3所述的基于光纤传感的架空输电线的拉力监测系统，其特征在于，所述的光纤上还设有与所述光纤光栅应变传感器串联的光纤光栅温度补偿传感器，所述的光纤光栅应变传感器采用硬连接的方式固定在两个固定座上，所述的光纤光栅温度补偿传感器固定在两个固定座上，且与所述光纤光栅应变传感器的位置对称。

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