一種測量干式空心電抗器包封應(yīng)變的光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種測量干式空心電抗器包封應(yīng)變的光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感 器，屬于光電子測量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 為適應(yīng)快速增長的經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求，我國電網(wǎng)正在向大容量、遠(yuǎn)距離和特高壓的 方向發(fā)展，電網(wǎng)容量和用電負(fù)荷不斷增加。干式空心電抗器因其干式無油、機(jī)械強(qiáng)度高、渦 流損耗小、噪音低、便于維護(hù)等優(yōu)點大量應(yīng)用于電力系統(tǒng)，IlOkV及以上變電站多采用干式 空心電抗器進(jìn)行無功補(bǔ)償。于此同時，干式空心電抗器因其電磁結(jié)構(gòu)比較特殊，包封長時間 受熱膨脹及電磁力等因素影響產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變，是變電站中問題較多的設(shè)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，隨著大型干式空心電抗器的應(yīng)用的增加，其正常運(yùn) 行中燒損事故頻繁發(fā)生。在電網(wǎng)中運(yùn)行一段時間后，很多干式空心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(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。尤其是35 kV及以上電 壓等級的干式空心并聯(lián)電抗器的故障居高不下，有的被迫停運(yùn)處理，有的演變成事故甚至 設(shè)備燒毀。因此，干式空心電抗器健康的在線監(jiān)測已成為維護(hù)電力系統(tǒng)安全與穩(wěn)定的重要 研究課題。
[0003] 目前，對干式空心電抗器應(yīng)變監(jiān)測的方法不多，技術(shù)相對落后，急需一種能夠?qū)ζ?實現(xiàn)應(yīng)變測量的在線監(jiān)測技術(shù)。為了準(zhǔn)確監(jiān)測干式空心電抗器的應(yīng)變變化情況、及時發(fā)出 預(yù)警信號、保證電抗器正常工作，最好的方法是在干式空心電抗器中埋入應(yīng)變傳感器。根據(jù) 干式空心電抗器的結(jié)構(gòu)特征，要求埋入的傳感器中不能含有金屬結(jié)構(gòu)，且傳感器的體積較 小。光纖光柵傳感技術(shù)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Bragg 光柵應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠很好地實現(xiàn)干式空心電抗器應(yīng)變的監(jiān)測。
[0004] 在上述實際問題的背景下，設(shè)計出了一種測量干式空心電抗器包封應(yīng)變的光纖 Bragg光柵應(yīng)變傳感器。該傳感器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、抗電磁干擾、操作方便。將傳 感器埋入在干式空心電抗器包封內(nèi)部，可以實現(xiàn)運(yùn)行中干式空心電抗器包封應(yīng)變的測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型要解決的技術(shù)問題是：本實用新型提供了一種測量干式空心電抗器包 封應(yīng)變的光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器，以用于解決對干式空心電抗器應(yīng)變檢測時傳感器的 結(jié)構(gòu)、安裝問題。
[0006] 本實用新型技術(shù)方案是：一種測量干式空心電抗器包封應(yīng)變的光纖Bragg光柵應(yīng) 變傳感器，包括聚四氟乙烯材料1、凹槽2、光纖Bragg光柵3、光纖4、光纖套管5、環(huán)氧樹脂 6 ;所述聚四氟乙烯材料1呈矩形，聚四氟乙烯材料1中間有一個貫穿整個材料板體的凹槽 2,用于植埋光纖Bragg光柵3 ;光纖Bragg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(nèi)部涂有環(huán)氧樹脂6用于粘附固定光纖4,光纖Bragg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，使其與聚四氟乙烯材料1封裝成為一體。
[0007] 本實用新型的工作原理是：
[0008] 參見附圖1，粘貼于被測結(jié)構(gòu)表面的聚四氟乙烯材料1承受被測結(jié)構(gòu)形變，導(dǎo)致埋 入在聚四氟乙稀材料1中的光纖Bragg光柵3的Bragg波長產(chǎn)生隨應(yīng)變變化的移位。
[0009] 設(shè)傳感器的有效應(yīng)變長度為L，承受應(yīng)力為F，橫截面積為A，彈性模量為E，長度變 化量為^:，應(yīng)變?yōu)椋ィ饫wBragg光柵的應(yīng)變?yōu)?，那么?br>[0012] 其中:?，:嶋為常系數(shù)。
[0013] 設(shè)定FBG與封裝材料的應(yīng)力應(yīng)變?yōu)閯傂詡鬟f，那么干式空心電抗器包封應(yīng)力引起 的聚四氟乙烯材料結(jié)構(gòu)的應(yīng)變與FBG的應(yīng)變相等：
[0015] FBG應(yīng)變變化量與Bragg波長移位呈正比：
[0017] 由于作用在傳感器上的外力以及周圍的溫度場均能夠?qū)е翨ragg中心波長產(chǎn)生 漂移。所以，Bragg中心波長變化量Λ2可以表示為：
[0019] 式中，_:為光纖軸向的應(yīng)變變化量，__為傳感器周圍的溫度變化量，與&分 別為應(yīng)變靈敏系數(shù)和溫度靈敏系數(shù)。
[0020] 由式（5)可知，溫度和應(yīng)變均能造成FBG傳感器中心波長的漂移。為了得出被測物 的應(yīng)變量，采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ囟茸兓瘜?dǎo)致的波長響應(yīng)，從而計算出所求的應(yīng)變量。 總的波長漂移量與溫度變化導(dǎo)致的波長漂移量之差只與應(yīng)變有關(guān)，由此便可得到被測物發(fā) 生的應(yīng)變：
[0022] 式中為溫度使FBG應(yīng)變傳感器中心波長產(chǎn)生的漂移量。
[0023] 由此，將此傳感器埋入到干式空心電抗器包封內(nèi)部可實現(xiàn)干式空心電抗器應(yīng)變的 測量。此外，應(yīng)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(biāo)定來確定。 [0024] 本實用新型的使用過程是：
[0025] 具體步驟如下：
[0026] StepU在干式空心電抗器包封10完成之后，在包封表面相鄰的兩根通風(fēng)條9之 間，從干式空心電抗器包封10上沿自上而下鋪設(shè)網(wǎng)格布7 ;
[0027] Step2、在網(wǎng)格布7距下沿J距離處，自下向上涂絕緣膠8至網(wǎng)格布7上端；
[0028] Step3、將2個測量干式空心電抗器包封應(yīng)變的光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器和1個 溫度補(bǔ)償傳感器11浸環(huán)氧樹脂6后，在距網(wǎng)格布7下端J距離區(qū)域中布設(shè)測量干式空心電 抗器應(yīng)變的光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器和溫度補(bǔ)償傳感器11 ;3個傳感器呈品字形排列，其 中2個測量干式空心電抗器包封應(yīng)變的光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器分成軸向和徑向布設(shè)， 在品字形及其鄰域再覆蓋一層環(huán)氧樹脂6,保證測量干式空心電抗器應(yīng)變的光纖Bragg光 柵應(yīng)變傳感器及溫度補(bǔ)償傳感器11與底層網(wǎng)格布7緊密黏貼；連接光纖4黏貼在絕緣膠8 上并從干式空心電抗器包封10上沿引出；同時，測量干式空心電抗器應(yīng)變的光纖Bragg光 柵應(yīng)變傳感器和溫度補(bǔ)償傳感器11在相鄰兩根通風(fēng)條9之間的通風(fēng)道內(nèi)；
[0029] Step4、傳感器布設(shè)完畢后，剪取與底層網(wǎng)格布7同等大小的網(wǎng)格布覆蓋測量干式 空心電抗器應(yīng)變的光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器和溫度補(bǔ)償傳感器11表面，與底層網(wǎng)格布7 重合，并用手掌輕壓網(wǎng)格布7使其與下層完全黏合；
[0030] St印5、上述工作完成后，在干式空心電抗器包封10表面再纏繞1至2層玻璃纖維 帶，覆蓋整個干式空心電抗器包封10及傳感器布設(shè)區(qū)域；
[0031] St印6、傳感器埋入完成后，在干式空心電抗器工作狀態(tài)下監(jiān)測測量干式空心電抗 器包封應(yīng)變的光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器和溫度補(bǔ)償傳感器11的波長變化情況，根據(jù)光纖 Bragg光柵解調(diào)儀分析得到光纖Bragg光柵3的中心波長的移位值為.務(wù)；
[0032] Step7、根據(jù)溫度補(bǔ)償傳感器11所測的溫度值，計算出測量干式空心電抗器應(yīng)變 的光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器光纖Bragg光柵3因溫度變化所導(dǎo)致的波長漂移量為I r，與 干式空心電抗器包封10應(yīng)變的關(guān)系式
計算出干式空心電抗器在固化 或者工作狀態(tài)下軸向和徑向的應(yīng)變變化；式中應(yīng)變靈敏系數(shù)，喪，為被測環(huán)境的應(yīng)變變 化量。
[0033] 所述距離J約為100謹(jǐn)。
[0034] 本實用新型的有益效果是：
[0035] 1、本實用新型結(jié)構(gòu)簡單。將被測干式空心電抗器包封的應(yīng)變測量轉(zhuǎn)化為對光纖 Bragg光柵波長的調(diào)制，光纖Bragg光柵波長移位與干式空心電抗器包封的應(yīng)變變化有線 性關(guān)系。
[0036] 2、此應(yīng)變傳感器采用光纖Bragg光柵做傳感元件，抗電磁干擾，適用于強(qiáng)電磁場 環(huán)境中的應(yīng)變監(jiān)測。
[0037] 3、聚四氟乙烯材料有質(zhì)量輕、抗拉壓能力強(qiáng)以及耐久性好等優(yōu)點，不僅起到保護(hù) 光纖Bragg光柵的作用，而且能