專利名稱：一種測(cè)量瓷質(zhì)絕緣子溫度的光纖Bragg光柵測(cè)溫彈性環(huán)狀傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種測(cè)量瓷質(zhì)絕緣子溫度的光纖Bragg光柵測(cè)溫彈性環(huán)狀傳感器，屬于光電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景 瓷質(zhì)絕緣子串中的絕緣子，長(zhǎng)期運(yùn)行在室外日曬雨淋等惡劣環(huán)境的條件下，承受電負(fù)荷、機(jī)械力、電動(dòng)カ和內(nèi)部應(yīng)カ的作用，從而可能造成絕緣子老化、開(kāi)裂甚至擊穿等故障，出現(xiàn)絕緣劣化、泄漏電流増大，甚至形成零值；一旦瓷質(zhì)絕緣子發(fā)生劣化，就可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的電氣故障，從而影響電カ系統(tǒng)的正常運(yùn)行，給電カ系統(tǒng)帶來(lái)巨大損失。因?yàn)槲鄯x瓷質(zhì)絕緣子在正常條件下表面絕緣電阻非常大，流過(guò)污層的泄漏電流極小，當(dāng)絕緣子污層受潮或淋露時(shí)，泄漏電流會(huì)慢慢増大，電流流過(guò)污層時(shí)就會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，以致瓷質(zhì)絕緣子表面的溫度升高。瓷質(zhì)絕緣子污穢等級(jí)不同，泄漏電流也不同，這樣溫度分布也會(huì)隨之不同，污穢越嚴(yán)重，泄漏電流越大，溫度變化就顯著，所以可以通過(guò)測(cè)量瓷質(zhì)絕緣子溫度來(lái)判定瓷質(zhì)絕緣子的工作狀態(tài)?，F(xiàn)有技術(shù)中有“基于紅外熱像交流輸電線路瓷質(zhì)零值絕緣子在線檢測(cè)方法”。(申請(qǐng)?zhí)?00810143510. 9)，部分的解決了瓷質(zhì)絕緣子溫度得測(cè)量問(wèn)題，但是，紅外熱像成法檢測(cè)瓷質(zhì)絕緣子屬于非接觸式檢測(cè)，是遠(yuǎn)距離的檢測(cè)，容易受到各種噪聲的干擾，具有高噪聲和低對(duì)比度的特點(diǎn)，圖像信息和特征容易部分被噪聲掩蓋；瓷質(zhì)絕緣子往往架設(shè)在室外環(huán)境中，長(zhǎng)期運(yùn)行在日曬雨淋等惡劣的環(huán)境下，紅外熱成像法檢測(cè)往往受到瓷質(zhì)絕緣子周圍環(huán)境影響極大，造成檢測(cè)結(jié)果的不準(zhǔn)確；紅外熱成像法采用人工巡檢的方法，耗費(fèi)大量人力物力，因監(jiān)測(cè)結(jié)果受人為因素的影響很大，常有不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)瓷質(zhì)絕緣子的異常的現(xiàn)象。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了 ー種測(cè)量瓷質(zhì)絕緣子溫度的光纖Bragg光柵測(cè)溫弾性環(huán)狀傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)瓷質(zhì)絕緣子的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，減少了周圍環(huán)境對(duì)瓷質(zhì)絕緣子溫度測(cè)量結(jié)果的影響。本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的包括光纖Bragg光柵I、陶瓷片2、光纖3、硅橡膠套管4和硅橡膠弾性套環(huán)6 ;光纖Bragg光柵I封裝于陶瓷片2中，且其中間光柵部分不與封裝材料接觸，自由懸空，成為具有陶瓷封裝的光纖Bragg光柵溫度傳感器探頭5，并將其嵌于硅橡膠彈性套環(huán)6中并引出光纖Bragg光柵溫度傳感器引出線，光纖3引出的部分由硅橡膠套管4套裝保護(hù)，構(gòu)成光纖Bragg光柵測(cè)溫彈性環(huán)狀傳感器7。所述的光纖Bragg光柵測(cè)溫彈性環(huán)狀傳感器的使用方法，將光纖Bragg光柵測(cè)溫彈性環(huán)狀傳感器分別套裝在瓷質(zhì)絕緣子瓷質(zhì)盤形8下表面空隙中間和圓柱形鋼帽9的外表面，對(duì)瓷質(zhì)絕緣子瓷盤8和鋼帽9部分進(jìn)行溫度的監(jiān)測(cè)。所述測(cè)溫位置的選擇當(dāng)瓷質(zhì)絕緣子的絕緣單組值降低至30(T10MQ時(shí)，發(fā)熱功率大于正常的瓷質(zhì)絕緣子，其溫度升高，低值絕緣子熱像特征主要是鋼帽溫度較高，相鄰片間溫差要超過(guò)IK ;當(dāng)劣化絕緣子電阻值進(jìn)ー步降低時(shí)，發(fā)熱功率呈下降趨勢(shì)，零值絕緣子熱像特征表現(xiàn)為鋼帽的溫度偏低；所以，選擇對(duì)瓷質(zhì)絕緣子的鋼帽進(jìn)行溫度的檢測(cè)。同時(shí)當(dāng)瓷質(zhì)絕緣子表面污穢電流増大，形成發(fā)熱時(shí)，它比正常瓷質(zhì)絕緣子溫度高，其熱像特征主要表現(xiàn)為以瓷盤為中心的發(fā)熱區(qū)，所以，將測(cè)量瓷質(zhì)絕緣子溫度的光纖Bragg光柵測(cè)溫弾性環(huán)狀傳感器安裝在瓷質(zhì)絕緣子瓷盤的下表面，對(duì)瓷質(zhì)絕緣子瓷盤部分進(jìn)行溫度的檢測(cè)。本實(shí)用新型的數(shù)學(xué)模型分析如下當(dāng)瓷質(zhì)絕緣子表面溫度變化引起光纖Bragg光柵溫度改變，由于過(guò)光纖的熱膨脹效應(yīng)和光纖熱光效應(yīng)，引起反射峰值波長(zhǎng)的變化。反射回來(lái)的峰值波長(zhǎng)4 = 2%A(I)對(duì)(I)式進(jìn)行溫度T求導(dǎo)可得^ =A+^neff)(2)
AT ' AT AT由(I)、(2)，可以得到
と^ = (a'+f) xAT= St xATJb(3)在(3)式中T為傳感器的溫度系數(shù)，為波長(zhǎng)的變化^力光纖的熱膨脹系。
所以光纖光柵溫度傳感器Bragg波長(zhǎng)的移位與溫度的變化成線性關(guān)系。則瓷質(zhì)絕緣子溫度變化
,_ AAjAT = .......r.....................................................(4)
4 .瓷質(zhì)絕緣子串中的絕緣子出現(xiàn)老化、開(kāi)裂、絕緣劣化時(shí)，電流流過(guò)污層時(shí)就會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，以致瓷質(zhì)絕緣子表面的溫度升高。瓷質(zhì)絕緣子污穢等級(jí)不同，泄漏電流也不同，這樣溫度分布也會(huì)隨之不同，污穢越嚴(yán)重，泄漏電流越大，溫度變化就顯著。利用所得到的瓷質(zhì)絕緣子的溫度信息與正常工作狀態(tài)下的瓷質(zhì)絕緣子溫度進(jìn)行溫度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，從而，判斷瓷質(zhì)絕緣子是否正常工作。本實(shí)用新型的工作原理正常瓷絕緣子串的發(fā)熱很小，它的熱分布規(guī)律與其電壓分布規(guī)律相同，是不對(duì)稱的馬鞍形，即瓷質(zhì)絕緣子串的兩端部溫度偏高，向瓷質(zhì)絕緣子串的中間逐漸減低，溫度是連續(xù)分布，相鄰絕緣之間溫差極小，不超過(guò)IK ;當(dāng)瓷質(zhì)絕緣子性能劣化后，其絕緣電阻減小，溫度分布將根據(jù)不同情況而發(fā)生變化；當(dāng)瓷質(zhì)絕緣子的鋼帽或瓷盤表面溫度發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起光纖Bragg光柵波長(zhǎng)移位，通過(guò)溫度與光纖Bragg光柵波長(zhǎng)變化關(guān)系，可以得到瓷質(zhì)絕緣子的溫度。本實(shí)用新型的有益效果I、針對(duì)瓷質(zhì)絕緣子兩個(gè)常見(jiàn)發(fā)熱部位的定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，測(cè)量更為準(zhǔn)確、更有針對(duì)性。2、利用光纖Bragg光柵對(duì)瓷質(zhì)絕緣子進(jìn)行檢測(cè)，是實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，不但可以了解溫度變化，而且可以對(duì)瓷質(zhì)絕緣子熱特性、熱場(chǎng)分布進(jìn)行詳細(xì)的描述。[0025]3、光纖Bragg光柵為接觸式測(cè)量，從而減少了室外環(huán)境對(duì)瓷質(zhì)絕緣子檢測(cè)結(jié)果的影響。4、不需要配合人工巡檢，減小了人為的測(cè)量誤差，同時(shí)節(jié)省了人力資源。綜上所述，光纖Bragg光柵測(cè)溫彈性環(huán)狀傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小，抗電磁干擾、抗腐蝕、不受外部環(huán)境影響，可用于電カ系統(tǒng)和電氣絕緣領(lǐng)域的故障實(shí)時(shí)檢測(cè)。

圖I為本實(shí)用新型傳感器探頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本實(shí)用新型在瓷盤上的固定；圖4為本實(shí)用新型的固定示意方法。圖中1_光纖Bragg光柵、2_陶瓷片封裝、3_光纖、4_硅橡膠套管、5_具有陶瓷封裝的光纖Bragg光柵傳感器探頭、6-娃橡膠材質(zhì)的彈性套環(huán)、7-光纖Bragg光柵測(cè)溫彈性環(huán)狀傳感器、8-瓷質(zhì)絕緣子的瓷盤結(jié)構(gòu)、9-瓷質(zhì)絕緣子鋼帽。
具體實(shí)施方案如圖I所示，一種帶有陶瓷片封裝的光纖Bragg光柵溫度傳感器，包括光纖Bragg光柵I、陶瓷片2、光纖3、娃橡膠套管4和娃橡膠彈性套環(huán)6 ;光纖Bragg光柵I封裝于陶瓷片2中，且其中間光柵部分不與封裝材料接觸，自由懸空，成為具有陶瓷封裝的光纖Bragg光柵溫度傳感器探頭5 ;如圖2所不；將其嵌于娃橡膠彈性套環(huán)6中并引出光纖Bragg光柵溫度傳感器引出線，光纖3引出的部分由硅橡膠套管4套裝保護(hù)，構(gòu)成光纖Bragg光柵測(cè)溫彈性環(huán)狀傳感器7。所述的光纖Bragg光柵測(cè)溫彈性環(huán)狀傳感器的使用方法，如圖3、4所示，將光纖Bragg光柵測(cè)溫彈性環(huán)狀傳感器分別套裝在瓷質(zhì)絕緣子瓷質(zhì)盤形8下表面空隙中間和圓柱形鋼帽9的外表面，對(duì)瓷質(zhì)絕緣子瓷盤8和鋼帽9部分進(jìn)行溫度的監(jiān)測(cè)。瓷質(zhì)絕緣子溫度的變化引起光纖Bragg光柵波長(zhǎng)的改變,通過(guò)光纖Bragg光柵波長(zhǎng)與溫度的變化關(guān)系，計(jì)算出瓷質(zhì)絕緣子溫度的變化；最后根據(jù)所測(cè)瓷質(zhì)絕緣子的溫度與正常工作狀態(tài)下的溫度進(jìn)行比較，從而判斷瓷質(zhì)絕緣子的工作狀態(tài)。在材料上，選取陶瓷片，與瓷質(zhì)絕緣子材料相同；硅橡膠為ー種憎水性絕緣材料，在室外高電壓工作環(huán)境下，既保證了，絕緣子高壓絕緣的性質(zhì)，有增強(qiáng)了室外環(huán)境下抗污能力。在結(jié)構(gòu)上，在不改變瓷質(zhì)絕緣子外部基本結(jié)構(gòu)的前提下，使用陶瓷片封裝，既可以減少環(huán)境對(duì)傳感器溫度檢測(cè)的影響，又具有保護(hù)傳感器的作用。利用硅橡膠弾性封裝光纖Bragg光柵溫度傳感器，加強(qiáng)了傳感器的絕緣性能。利用硅橡膠彈性環(huán)狀裝置安裝，比起粘貼方式，安裝方式更加簡(jiǎn)易。本實(shí)用新型是通過(guò)具體實(shí)施過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明的，在不脫離本實(shí)用新型范圍的情況下，還可以對(duì)實(shí)用新型專利進(jìn)行各種變換及等同代替，因此，本實(shí)用新型專利不局限于所公開(kāi)的具體實(shí)施過(guò)程，而應(yīng)當(dāng)包括落入本實(shí)用新型專利權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實(shí)施方案。
權(quán)利要求1.ー種測(cè)量瓷質(zhì)絕緣子溫度的光纖Bragg光柵測(cè)溫彈性環(huán)狀傳感器，其特征在于包括光纖Bragg光柵(I)、陶瓷片(2)、光纖(3)、娃橡膠套管(4)和娃橡膠彈性套環(huán)(6);光纖Bragg光柵(I)封裝于陶瓷片(2)中，且其中間光柵部分不與封裝材料接觸，自由懸空，成為具有陶瓷封裝的光纖Bragg光柵溫度傳感器探頭(5 )，并將其嵌于硅橡膠彈性套環(huán)(6 )中并引出光纖Bragg光柵溫度傳感器弓丨出線，光纖(3)引出的部分由硅橡膠套管(4)套裝保護(hù)，構(gòu)成光纖Bragg光柵測(cè)溫彈性環(huán)狀傳感器(7)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量瓷質(zhì)絕緣子溫度的光纖Bragg光柵測(cè)溫彈性環(huán)狀傳感器，屬于光電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，將傳感器探頭嵌于硅橡膠彈性套環(huán)中并引出光纖Bragg光柵溫度傳感器引出線，光纖引出的部分由硅橡膠套管套裝保護(hù)，構(gòu)成光纖Bragg光柵測(cè)溫彈性環(huán)狀傳感器；將光纖Bragg光柵測(cè)溫彈性環(huán)狀傳感器分別套裝在瓷質(zhì)絕緣子瓷質(zhì)盤形下表面空隙中間和圓柱形鋼帽的外表面，對(duì)瓷質(zhì)絕緣子瓷盤和鋼帽部分進(jìn)行溫度的監(jiān)測(cè)。本實(shí)用新型針對(duì)瓷質(zhì)絕緣子兩個(gè)常見(jiàn)發(fā)熱部位的定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，測(cè)量更為準(zhǔn)確、更有針對(duì)性，采用接觸式測(cè)量，減少了室外環(huán)境對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，同時(shí)不需要配合人工巡檢，減小了人為的測(cè)量誤差。
文檔編號(hào)G01K11/32GK202403832SQ20112053544
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者孫家祿, 張旭, 李川, 李建發(fā), 趙艷峰 申請(qǐng)人:云南電力試驗(yàn)研究院(集團(tuán))有限公司電力研究院, 昆明理工大學(xué)