一種測量干式空心電抗器包封應變的光纖Bragg光柵應變傳感器及其使用方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種測量干式空屯、電抗器包封應變的光纖化agg光柵應變傳感器及 其使用方法，屬于光電子測量技術領域。
【背景技術】
[0002] 為適應快速增長的經濟建設的需求，我國電網正在向大容量、遠距離和特高壓的 方向發(fā)展，電網容量和用電負荷不斷增加。干式空屯、電抗器因其干式無油、機械強度高、滿 流損耗小、噪音低、便于維護等優(yōu)點大量應用于電力系統(tǒng)，llOkV及W上變電站多采用干式 空屯、電抗器進行無功補償。于此同時，干式空屯、電抗器因其電磁結構比較特殊，包封長時間 受熱膨脹及電磁力等因素影響產生應力應變，是變電站中問題較多的設備，給電力系統(tǒng)的 安全穩(wěn)定帶來的許多安全隱患。近年來，隨著大型干式空屯、電抗器的應用的增加，其正常運 行中燒損事故頻繁發(fā)生。在電網中運行一段時間后，很多干式空屯、電抗器不同程度地出現(xiàn) 表面樹枝狀放電、局部燒損，甚至起火等，影響了電網的穩(wěn)定運行。尤其是35kV及W上電 壓等級的干式空屯、并聯(lián)電抗器的故障居高不下，有的被迫停運處理，有的演變成事故甚至 設備燒毀。因此，干式空屯、電抗器健康的在線監(jiān)測已成為維護電力系統(tǒng)安全與穩(wěn)定的重要 研究課題。
[0003]目前，對干式空屯、電抗器應變監(jiān)測的方法不多，技術相對落后，急需一種能夠對其 實現(xiàn)應變測量的在線監(jiān)測技術。為了準確監(jiān)測干式空屯、電抗器的應變變化情況、及時發(fā)出 預警信號、保證電抗器正常工作，最好的方法是在干式空屯、電抗器中埋入應變傳感器。根據(jù) 干式空屯、電抗器的結構特征，要求埋入的傳感器中不能含有金屬結構，且傳感器的體積較 小。光纖光柵傳感技術為解決上述問題提供了一個可行的方法，合理的埋入式光纖化agg 光柵應變傳感器結構設計能夠很好地實現(xiàn)干式空屯、電抗器應變的監(jiān)測。
[0004] 在上述實際問題的背景下，設計出了一種測量干式空屯、電抗器包封應變的光纖 Bragg光柵應變傳感器。該傳感器結構簡單、體積小、成本低、抗電磁干擾、操作方便。將傳 感器埋入在干式空屯、電抗器包封內部，可W實現(xiàn)運行中干式空屯、電抗器包封應變的測量。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種測量干式空屯、電抗器包封應變的光纖化agg光柵應變傳感器 及其使用方法，W用于解決對干式空屯、電抗器應變的準確及時檢測的問題、解決對干式空 屯、電抗器應變檢測時傳感器的結構、安裝問題。
[0006] 本發(fā)明的技術方案是：一種測量干式空屯、電抗器包封應變的光纖化agg光柵應變 傳感器，包括聚四氣乙締材料1、凹槽2、光纖化agg光柵3、光纖4、光纖套管5、環(huán)氧樹脂6; 所述聚四氣乙締材料1呈矩形，聚四氣乙締材料1中間有一個貫穿整個材料板體的凹槽2， 用于植埋光纖化agg光柵3 ;光纖化agg光柵3尾部連接有光纖4,引出的光纖4從光纖套 管5中穿出，光纖套管5端口內部涂有環(huán)氧樹脂6用于粘附固定光纖4,光纖化agg光柵3 放置在凹槽2中間位置，用環(huán)氧樹脂6將光纖Bragg光柵3及其連接光纖4封裝在凹槽2 底部，使其與聚四氣乙締材料1封裝成為一體。
[0007]-種測量干式空屯、電抗器包封應變的光纖化agg光柵應變傳感器的使用方法，所 述方法的具體步驟如下： Stepl、在干式空屯、電抗器包封10完成之后，在包封表面相鄰的兩根通風條9之間，從 干式空屯、電抗器包封10上沿自上而下鋪設網格布7 ; Step2、在網格布7距下沿7距離處，自下向上涂絕緣膠8至網格布7上端； St巧3、將2個測量干式空屯、電抗器包封應變的光纖化agg光柵應變傳感器和1個溫度 補償傳感器11浸環(huán)氧樹脂6后，在距網格布7下端7距離區(qū)域中布設測量干式空屯、電抗器 應變的光纖化agg光柵應變傳感器和溫度補償傳感器11 ;3個傳感器呈品字形排列，其中2 個測量干式空屯、電抗器包封應變的光纖化agg光柵應變傳感器分成軸向和徑向布設，在品 字形及其鄰域再覆蓋一層環(huán)氧樹脂6,保證測量干式空屯、電抗器應變的光纖化agg光柵應 變傳感器及溫度補償傳感器11與底層網格布7緊密黏貼；連接光纖4黏貼在絕緣膠8上并 從干式空屯、電抗器包封10上沿引出；同時，測量干式空屯、電抗器應變的光纖化agg光柵應 變傳感器和溫度補償傳感器11在相鄰兩根通風條9之間的通風道內； Step4、傳感器布設完畢后，剪取與底層網格布7同等大小的網格布覆蓋測量干式空屯、 電抗器應變的光纖化agg光柵應變傳感器和溫度補償傳感器11表面，與底層網格布7重 合，并用手掌輕壓網格布使其與下層完全黏合； Steps、上述工作完成后，在干式空屯、電抗器包封10表面再纏繞1至2層玻璃纖維帶， 覆蓋整個干式空屯、電抗器包封10及傳感器布設區(qū)域； steps、傳感器埋入完成后，在干式空屯、電抗器工作狀態(tài)下監(jiān)測測量干式空屯、電抗器 包封應變的光纖化agg光柵應變傳感器和溫度補償傳感器11的波長變化情況，根據(jù)光纖 Bragg光柵解調儀分析得到光纖化agg光柵3的中必波長的移位值遂朵； Step7、根據(jù)溫度補償傳感器11所測的溫度值，計算出測量干式空屯、電抗器應變的光 纖化agg光柵應變傳感器光纖化agg光柵3因溫度變化所導致的波長漂移量A或?，與干式 空屯、電抗器包封10應變的關系式：
計算出干式空屯、電抗器在固化或者工 作狀態(tài)下軸向和徑向的應變變化；％式中應變靈敏系數(shù)，:遂f為被測環(huán)境的應變變化量。
[0008] 所述距離7約為100mm。
[0009] 本發(fā)明的工作原理是： 參見附圖1，粘貼于被測結構表面的聚四氣乙締材料1承受被測結構形變，導致埋入在 聚四氣乙締材料1中的光纖化agg光柵3的化agg波長產生隨應變變化的移位。
[0010] 設傳感器的有效應變長度為以承受應力為F，橫截面積為A，彈性模量為E，長度變 化量為Pf:，應變?yōu)轼Q，光纖化agg光柵的應變?yōu)?胃，那么：
其中藥為常系數(shù)。
[0011] 設定FBG與封裝材料的應力應變?yōu)閯傂詡鬟f，那么干式空屯、電抗器包封應力引起 的聚四氣乙締材料結構的應變與FBG的應變相等：
FBG應變變化量與化agg波長移位呈正比：
由于作用在傳感器上的外力W及周圍的溫度場均能夠導致化agg中屯、波長產生漂移。 所W，Bragg中必波長變化量每I可W表示為：
式中，Jg為光纖軸向的應變變化量，述賣'為傳感器周圍的溫度變化量，％與％分別為 應變靈敏系數(shù)和溫度靈敏系數(shù)。
[001引由式（5河知，溫度和應變均能造成FBG傳感器中屯、波長的漂移。為了得出被測物 的應變量，采用溫度補償?shù)姆椒ㄏ囟茸兓瘜е碌牟ㄩL響應，從而計算出所求的應變量。 總的波長漂移量與溫度變化導致的波長漂移量之差只與應變有關，由此便可得到被測物發(fā) 生的應變：
式中塞餐為溫度使FBG應變傳感器中必波長產生的漂移量。
[0013] 由此，將此傳感器埋入到干式空屯、電抗器包封內部可實現(xiàn)干式空屯、電抗器應變的 測量。此外，應變靈敏系數(shù)和溫度靈敏系數(shù)^的具體數(shù)值由傳感器實際標定來確定。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是： 1、本發(fā)明結構簡單。將被測干式空屯、電抗器包封的應變測量轉化為對光纖化agg光柵 波長的調制，光纖化agg光柵波長移位與干式空屯、電抗器包封的應變變化有線性關系。
[0015] 2、此應變傳感器采用光纖化agg光柵做傳感元件，抗電磁干擾，適用于強電磁場 環(huán)境中的應變監(jiān)測。
[0016] 3、聚四氣乙締材料有質量輕、抗拉壓能力強W及耐久性好等優(yōu)點，不僅起到保護 光纖化agg光柵的作用，而且能夠很好地傳遞被測結構的應變變化。
[0017] 4、該傳