專利名稱：基于光纖傳感的架空輸電線的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，涉及光纖傳感技術(shù)，特別涉及一種基于光纖傳感的架空輸電線路力的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，氣候變化和自然災(zāi)害尤其是冰雪災(zāi)害對(duì)電力系統(tǒng)輸電線路的安全可靠運(yùn)行形成了災(zāi)害，并造成重大經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的影響極大。高壓架空線的垂直荷載是線路運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，在正常情況下，桿塔承受著本身的重量，導(dǎo)線重量和絕緣子重量所引起的垂直荷載，由于線路運(yùn)行負(fù)荷的變化以及大氣溫度、風(fēng)、導(dǎo)線覆冰等周圍環(huán)境的變化，導(dǎo)線、避雷線、金具、絕緣子、覆冰荷載和桿塔自重、安裝檢修人員及工具重力、使用拉線時(shí)由拉線產(chǎn)生的垂直分力的等都會(huì)造成線路荷載的變化，而過大的垂直荷載不但會(huì)帶來安全事故的隱患，也限制了線路的輸送能力。因此，對(duì)高壓架空線路的力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要。基于光纖布拉格光柵的傳感器為無源設(shè)備，本質(zhì)安全，有著很好的抗電磁干擾等特性，基于光纖布拉格光柵的應(yīng)變傳感器可以用于對(duì)架空輸電線的力的監(jiān)測(cè)，通過檢測(cè)傳感器的波長變化，獲取相應(yīng)的物理量變化，亦即可以實(shí)現(xiàn)輸電線力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的線路狀態(tài)安全監(jiān)測(cè)多是利用各種電類傳感器，存儲(chǔ)信息容量不大、測(cè)量效率不高、故障判斷不準(zhǔn)確、難以獲取線路分布信息、電磁干擾絕緣要求高、傳感器運(yùn)行需要本地供電等缺點(diǎn)，難以成為大規(guī)模使用的有效方案，也無法滿足當(dāng)前國家對(duì)電力輸電線路的故障監(jiān)測(cè)的迫切需求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于光纖光柵應(yīng)變傳感器的架空輸電線直線塔拉力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本實(shí)用新型的高壓輸電線直線塔拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在傳感器監(jiān)測(cè)裝置損壞的情況下，不需要對(duì)傳感器安裝結(jié)構(gòu)件與傳感器組成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新標(biāo)定，只需要更換新的傳感器即可實(shí)現(xiàn)拉力的監(jiān)測(cè)，從而能夠降低施工難度及施工成本。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下—種基于光纖傳感的架空輸電線的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括有光纖光柵解調(diào)裝置、傳感模塊、連接環(huán)和傳輸光纜，所述的傳感模塊包括有傳感器結(jié)構(gòu)件和光纖光柵傳感器，所述的光纖光柵傳感器包括有光纖光柵應(yīng)變傳感器與光纖光柵溫度補(bǔ)償傳感器，所述的光纖光柵應(yīng)變傳感器固定于所述的傳感器結(jié)構(gòu)件中，所述的光纖光柵解調(diào)裝置通過傳輸光纜連接位于所述傳感模塊內(nèi)的光纖光柵應(yīng)變傳感器，所述的傳感模塊的一端通過連接環(huán)連接于直線塔上，另一端連接在架空輸電線的絕緣子串上。在本實(shí)用新型的基于光纖傳感的架空輸電線的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述的傳感器結(jié)構(gòu)件包括有掛環(huán)、應(yīng)變梁、固定座、球形突起和保護(hù)殼，所述應(yīng)變梁的一側(cè)設(shè)有掛環(huán)，另一側(cè)設(shè)有球形突起，在應(yīng)變梁上設(shè)置有兩個(gè)對(duì)應(yīng)的固定座，所述的保護(hù)殼套設(shè)于所述的應(yīng)變梁外側(cè)，所述的保護(hù)殼上設(shè)有一個(gè)法蘭盤，所述應(yīng)變梁的兩個(gè)固定座與光纖光柵傳感器之間的連接方式為硬連接。在本實(shí)用新型的基于光纖傳感的架空輸電線的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述的傳感模塊內(nèi)帶有所述的光纖光柵應(yīng)變傳感器的光纖 一端連接至所述的法蘭盤上，所述的傳輸光纜一端連接固定于所述的法蘭盤上。在本實(shí)用新型的基于光纖傳感的架空輸電線的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述的傳感模塊上的掛環(huán)通過連接環(huán)固定于所述的直線塔上，所述的球形突起連接于所述的絕緣子串上。在本實(shí)用新型的基于光纖傳感的架空輸電線的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述的光纖上還設(shè)有與所述光纖光柵應(yīng)變傳感器串聯(lián)的光纖光柵溫度補(bǔ)償傳感器，所述的光纖光柵應(yīng)變傳感器采用硬連接的方式固定在兩個(gè)固定座上，所述的光纖光柵溫度補(bǔ)償傳感器固定在兩個(gè)固定座上，且與所述光纖光柵應(yīng)變傳感器的位置對(duì)稱?；谏鲜黾夹g(shù)方案，本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在架空輸電線的拉力監(jiān)測(cè)中取得了如下技術(shù)效果I.本實(shí)用新型的基于光纖傳感的架空輸電線的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的是光纖傳感技術(shù)，本質(zhì)安全，不受電磁干擾影響，傳輸信號(hào)真實(shí)。其中，光纖光柵應(yīng)變傳感器及其信道無明顯的電氣節(jié)點(diǎn)，具有很高的絕緣性能，無需考慮電氣絕緣問題，避免了監(jiān)測(cè)對(duì)象對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的強(qiáng)電氣沖擊，結(jié)構(gòu)簡單。具有保護(hù)結(jié)構(gòu)的光纖光柵應(yīng)變傳感器在沒有任何因素影響的情況下，自身波動(dòng)范圍小，只有幾個(gè)微應(yīng)變，測(cè)量精度很高。2.對(duì)于高壓輸電線來說，在多個(gè)直線塔上均設(shè)置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使得光纖傳感網(wǎng)絡(luò)化，能夠在一根光纖上集成多個(gè)傳感器。不需要對(duì)傳感模塊進(jìn)行標(biāo)定，只需要對(duì)光纖光柵應(yīng)變傳感器進(jìn)行出廠標(biāo)定，可方便的進(jìn)行傳感器的替換等操作。3.光纖光柵應(yīng)變傳感器為表面安裝式應(yīng)變傳感器，傳感器與結(jié)構(gòu)件之間所采用的硬連接方式是一種可拆卸硬連接結(jié)構(gòu)，便于傳感器的更換，且一旦傳感器發(fā)生損壞，只需要替換新的傳感器，而不需要將傳感模塊進(jìn)行標(biāo)定。應(yīng)變傳感器為溫度補(bǔ)償傳感器或者通過連接光纖光柵溫度傳感器來剔除溫度效應(yīng)引起的波長變化。另外，作為傳感器固定部分的結(jié)構(gòu)件面積均勻，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)件外表面的面積，測(cè)量精度及靈敏度也大大增加。

圖I是本實(shí)用新型的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在高壓輸電線的安裝位置示意圖。圖2是本實(shí)用新型的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳感模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳感器結(jié)構(gòu)件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面我們結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例來對(duì)本實(shí)用新型架空輸電線的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)做進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以求更為清楚明了地理解本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征和工作流程，但不能以此來限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。請(qǐng)看圖1，本實(shí)用新型基于光纖傳感的架空輸電線的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上包括有光纖光柵解調(diào)裝置、傳感模塊C、連接環(huán)和傳輸光纜。光纖光柵解調(diào)裝置通過傳輸光纜連接位于所述傳感模塊C內(nèi)的光纖光柵傳感器，所述的傳感模塊C的一端通過連接環(huán)連接于直線塔A上，另一端連接在架空輸電線B的絕緣子串D上。在本實(shí)用新型的基于光纖傳感的架空輸電線的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，傳感模塊C包括有傳感器結(jié)構(gòu)件和光纖光柵傳感器，光纖光柵傳感器包括有光纖光柵應(yīng)變傳感器與光纖光柵溫度補(bǔ)償傳感器，且固定于所述的傳感器結(jié)構(gòu)件中。傳感器結(jié)構(gòu)件包括有掛環(huán)I、應(yīng)變梁
3、固定座4、球形突起2和保護(hù)殼5。傳感模塊C上的掛環(huán)I通過連接環(huán)固定于所述的直線塔A上，傳感模塊C上的球形突起2連接于所述的高壓輸電線B上的絕緣子串D上。應(yīng)變梁3的一側(cè)設(shè)置有掛環(huán)1，另一側(cè)設(shè)置有球形突起2，在應(yīng)變梁I上設(shè)置有兩個(gè)對(duì)應(yīng)的固定座4。保護(hù)殼5套設(shè)于所述的應(yīng)變梁I外側(cè)，在保護(hù)殼5上設(shè)有一個(gè)法蘭盤6。傳感模塊C內(nèi)帶有的光纖光柵傳感器的光纖一端連接至法蘭盤6上，傳輸光纜一端連接固定于法蘭盤6上，該傳輸光纜將傳感器上的信號(hào)傳輸至光纖光柵解調(diào)裝置處理?！?yīng)變梁3的兩個(gè)固定座4之間采用硬連接的方式固定有光纖光柵應(yīng)變傳感器。為了抵消溫度變化對(duì)拉力測(cè)量的影響，在本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，位于傳輸模塊C內(nèi)的光纖上還設(shè)有與所述光纖光柵應(yīng)變傳感器串聯(lián)的光纖光柵溫度補(bǔ)償傳感器，光纖光柵應(yīng)變傳感器采用硬連接的方式固定在兩個(gè)固定座4上，光纖光柵溫度補(bǔ)償傳感器固定在兩個(gè)相同的固定座4上，且與光纖光柵應(yīng)變傳感器的位置對(duì)稱。在實(shí)踐應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)力的監(jiān)測(cè)的方案為利用光纖的應(yīng)變與布拉格波長的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)高壓輸電線拉力發(fā)生變化時(shí)，光纖光柵應(yīng)變傳感器波長將發(fā)生變化，從而可以根據(jù)傳感器標(biāo)定參數(shù)得出其應(yīng)變值A(chǔ)L/!,由于光纖光柵應(yīng)變傳感器與光纖光柵傳感器結(jié)構(gòu)件的連接方式為硬連接，故光纖光柵應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)件應(yīng)變值亦為△ L/L。彈性模量是衡量結(jié)構(gòu)件重要的性能參數(shù)，從宏觀角度來說，彈性模量是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度，從微觀角度來說，則是原子、離子或分子之間鍵合強(qiáng)度的反映。凡影響鍵合強(qiáng)度的因素均能影響材料的彈性模量，如鍵合方式、晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、微觀組織、溫度等。因合金成分不同、熱處理狀態(tài)不同、冷塑性變形不同等，金屬材料的楊氏模量值會(huì)有5%或者更大的波動(dòng)。但是總體來說，金屬材料的彈性模量是一個(gè)對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，合金化、熱處理(纖維組織)、冷塑性變形等對(duì)彈性模量的影響較小，溫度、力口載速率等外在因素對(duì)其影響也不大，所以一般工程應(yīng)用中都把彈性模量作為常數(shù)。彈性模量一般定義為應(yīng)力除以應(yīng)變。設(shè)本實(shí)用新型中的光纖光柵傳感器結(jié)構(gòu)件應(yīng)變值為△ L/L，產(chǎn)生該應(yīng)變結(jié)構(gòu)件所受到的力為F，結(jié)構(gòu)件的截面積為S，則彈性模量E= ( F/S)/(AL/L)，從而力 F= (E*S*L)/AL。根據(jù)上述關(guān)系可以求得高壓輸電線所受力的值。由以上分析可知，當(dāng)光纖光柵傳感器在長期監(jiān)測(cè)過程中出現(xiàn)故障時(shí)，可以直接用新的傳感器替換壞的傳感器，而不需要更換整個(gè)傳感模塊，從而大大的降低了施工難度及成本。
權(quán)利要求1.基于光纖傳感的架空輸電線的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括有光纖光柵解調(diào)裝置、傳感模塊、連接環(huán)和傳輸光纜，所述的傳感模塊包括有傳感器結(jié)構(gòu)件和光纖光柵傳感器，所述的光纖光柵傳感器包括有光纖光柵應(yīng)變傳感器與光纖光柵溫度補(bǔ)償傳感器，光纖光柵傳感器固定于所述的傳感器結(jié)構(gòu)件中，所述的光纖光柵解調(diào)裝置通過傳輸光纜連接位于所述傳感模塊內(nèi)的光纖光柵傳感器，所述的傳感模塊的一端通過連接環(huán)連接于直線塔上，另一端連接在架空輸電線的絕緣子串上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于光纖傳感的架空輸電線的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的傳感器結(jié)構(gòu)件包括有掛環(huán)、應(yīng)變梁、固定座、球形突起和保護(hù)殼，所述應(yīng)變梁的一側(cè)設(shè)有掛環(huán)，另一側(cè)設(shè)有球形突起，在應(yīng)變梁上設(shè)置有兩個(gè)對(duì)應(yīng)的固定座，所述的保護(hù)殼套設(shè)于所述的應(yīng)變梁外側(cè)，所述的保護(hù)殼上設(shè)有一個(gè)法蘭盤，所述的光纖光柵傳感器與應(yīng)變梁的兩個(gè)固定座之間的連接方式為硬連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光纖傳感的架空輸電線的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的傳感模塊內(nèi)帶有所述的光纖光柵傳感器的光纖一端連接至所述的法蘭盤上，所述的傳輸光纜一端連接固定于所述的法蘭盤上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光纖傳感的架空輸電線的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng),其特征在于，所述的傳感模塊上的掛環(huán)通過連接環(huán)固定于所述的直線塔上，所述的球形突起通過連接件連接于所述的絕緣子串上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光纖傳感的架空輸電線的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng),其特征在于，所述的光纖上還設(shè)有與所述光纖光柵應(yīng)變傳感器串聯(lián)的光纖光柵溫度補(bǔ)償傳感器，所述的光纖光柵應(yīng)變傳感器采用硬連接的方式固定在兩個(gè)固定座上，所述的光纖光柵溫度補(bǔ)償傳感器固定在兩個(gè)固定座上，且與所述光纖光柵應(yīng)變傳感器的位置對(duì)稱。
專利摘要本實(shí)用新型涉及基于光纖傳感的架空輸電線的拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該拉力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括有光纖光柵解調(diào)裝置、傳感模塊、連接環(huán)和傳輸光纜，傳感模塊包括有傳感器結(jié)構(gòu)件和光纖光柵傳感器，光纖光柵傳感器包括有光纖光柵應(yīng)變傳感器與光纖光柵溫度補(bǔ)償傳感器，光纖光柵傳感器固定于傳感器結(jié)構(gòu)件中，光纖光柵解調(diào)裝置通過傳輸光纜連接位于傳感模塊內(nèi)的光纖光柵傳感器，傳感模塊的一端通過連接環(huán)連接于直線塔上，另一端連接在架空輸電線的絕緣子串上。本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在傳感器監(jiān)測(cè)裝置損壞的情況下，不需要對(duì)傳感器安裝結(jié)構(gòu)件與傳感器組成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新標(biāo)定，只需要更換新的傳感器即可實(shí)現(xiàn)拉力的監(jiān)測(cè)，從很大程度上降低了施工難度及成本。
文檔編號(hào)G01L1/24GK202793660SQ20122040016
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14日
發(fā)明者劉琴, 趙浩, 肖愷, 李平, 張靜 申請(qǐng)人:平湖波匯通信科技有限公司