一种测量干式空芯电抗器温度的光纤Bragg光栅温度传感器及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测量干式空芯电抗器温度的光纤Bragg光栅温度传感器及其使 用方法，属于光电子测量技术领域。
【背景技术】
[0002] 干式空芯电抗器具有良好的线性度、低噪声、高抗短路能力、易于维护等优点，在 维持电力系统电压稳定、限制短路电流、进行无功补偿等方面有重要作用。近年来，随着 35kV并联干式空芯电抗器的应用的增加，其正常运行中烧损事故频繁发生，已经给电力系 统的安全稳定运行带来许多问题。造成上述事故发生的因素是复杂的，具体原因仍未查明， 其中干式空芯电抗器的温度过高会对电抗器的正常运行产生重要影响。目前，对干式空芯 电抗器温度监测的方法不多，技术相对落后，急需一种能够对其实现温度测量的在线监测 技术。为了检测干式空芯电抗器的温度、及时发出预警信号、保证电抗器正常工作，需要在 干式空芯电抗器中埋入温度传感器。但是，一方面要求埋入的传感器不能影响电抗器的正 常工作，尤其传感器中不能含有金属结构，并且抗电磁干扰；另一方面干式空芯电抗器各 包封间的缝隙较小，要求传感器的体积不能过大。因此采用光纤Bragg光栅温度传感器对 干式空芯电抗器的温度进行测量时，需要考虑光纤Bragg光栅温度传感器的结构及安全问 题。
[0003] 通过采用测量干式空芯电抗器温度的光纤Bragg光栅温度传感器对干式空芯电 抗器温度检测时，需要考虑传感器的构成，及如何安装来实现测量时对光纤的保护问题。
[0004] 在上述种种实际问题的背景下，设计并研制出了一种测量干式空芯电抗器温度的 光纤Bragg光栅温度传感器，并对其提出了一种安全有效的使用方法。该传感器结构简单、 成本低、体积小、抗电磁干扰、安全可靠、安装方便。将传感器埋入在干式空芯电抗器包封表 面可以很好地实现对干式空芯电抗器温度的测量，保证电抗器安全可靠的运行。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种测量干式空芯电抗器温度的光纤Bragg光栅温度传感器及其 使用方法，以用于解决对干式空芯电抗器温度的准确及时检测的问题、解决对干式空芯电 抗器温度检测时传感器的结构、安装问题。
[0006] 本发明的技术方案是：一种测量干式空芯电抗器温度的光纤Bragg光栅温度传感 器，包括聚四氟乙烯板1、光纤Bragg光栅2、光纤3、聚四氟乙烯套管4、环氧树脂胶5、聚四 氟乙烯材料6 ;其中光纤Bragg光栅2尾部连接有光纤3,引出的光纤3从聚四氟乙烯套管 4中穿出，并用环氧树脂胶5粘附固定，起保护光纤3的作用；聚四氟乙烯板1左端中间有 一个矩形缺口，缺口处钻有横向圆孔，用于植埋光纤Bragg光栅2,光纤Bragg光栅2在圆孔 中呈悬臂梁结构（呈悬臂梁结构，受应力应变影响极小，可认为光纤Bragg光栅2波长移位 只受温度变化影响）；植埋后用聚四氟乙烯材料6填充在矩形缺口处，与聚四氟乙烯板1 一 体封装成矩形结构。
[0007] -种测量干式空芯电抗器温度的光纤Bragg光栅温度传感器的使用方法，所述方 法的具体步骤如下：
[0008] Stepl、在干式空芯电抗器包封10完成之后，在浸胶玻璃丝带外表面相邻的两根 通风条9之间的通风道内，从干式空芯电抗器包封10上沿自上而下铺设网格布7 ;
[0009] St印2、在网格布7距下沿1距离处，自下向上涂绝缘封口胶8至网格布7上端；
[0010] Step3、除引出的光纤3外的测量干式空芯电抗器温度的光纤Bragg光栅温度传感 器外部结构浸胶后，在距网格布7下端1距离区域中布设测量干式空芯电抗器温度的光纤 Bragg光栅温度传感器；连有光纤3的一端方向向上，在其邻域再覆盖一层环氧树脂胶5,保 证测量干式空芯电抗器温度的光纤Bragg光栅温度传感器与底层网格布7紧密黏贴，光纤 3黏贴在绝缘封口胶8上并从干式空芯电抗器包封10上沿引出；其中，测量干式空芯电抗 器温度的光纤Bragg光栅温度传感器在相邻两根通风条9之间的通风道内；
[0011] St印4、传感器布设完毕后，剪取与底层网格布7同等大小的网格布覆盖测量干式 空芯电抗器温度的光纤Bragg光栅温度传感器表面，与底层网格布7重合，并用手掌轻压网 格布使其与下层完全黏合；
[0012] St印5、传感器埋入完成后，在干式空芯电抗器固化或者工作过程中监测温度传感 器波长变化情况，根据光纤Bragg光栅解调仪分析得到光纤Bragg光栅2的中心波长的移 位值Δ λΒ;
[0013] Step6、根据光纤Bragg光栅2的中心波长的移位值Δ λ B与干式空芯电抗器包封 10温度的关系式Δ λΒ= Kt · ΛΤ计算出干式空芯电抗器在固化或者工作状态下的温度变 化；式中：&为传感器的温度系数，△ T为被测环境的温度变化量。
[0014] 所述绝缘封口胶8的涂层厚度为2-6mm。
[0015] 本发明的工作原理是：
[0016] 参见附图1，由于光纤Bragg光栅封装于聚四氟乙烯板中间的圆孔内呈悬臂梁结 构，所以对外加应力应变不敏感，因此，该光纤Bragg光栅的中心波长λ B移位只与温度变 化有关。
[0017] 光纤光栅传感特性为：
[0018] λΒ= 2n effA (I)
[0019] 光纤Bragg光栅的布拉格波长随着有效折射率nrff和栅距Λ的改变而改变，因此 Bragg波长对于外界应力应变、热负荷等极为敏感。
[0020] 当无外加应力作用，只有温度变化Δ T时，由热膨胀效应引起的光纤Bragg光栅周 期的变化Δ λΒ* :
[0021] Δ λΒ= α · λ Β · ΔΤ (2)
[0022] 式中，α为光纤材料的热膨胀系数。
[0023] 由热光效应引起的有效折射率的变化Aneff为：
[0024] Δ neff= ξ · n eff · Δ T (3)
[0025] 式中，ξ为光纤的热光系数，表示折射率随温度的变化率。
[0026] 由式⑴得，由热光效应引起的光纤Bragg光栅周期的变化Λ入力：
【主权项】
1. 一种测量干式空芯电抗器温度的光纤Bragg光栅温度传感器，其特征在于：包括聚 四氟乙烯板（1)、光纤Bragg光栅（2)、光纤（3)、聚四氟乙烯套管（4)、环氧树脂胶（5)、聚四 氟乙烯材料(6);其中光纤Bragg光栅（2)尾部连接有光纤（3)，引出的光纤（3)从聚四氟 乙烯套管⑷中穿出，并用环氧树脂胶（5)粘附固定，起保护光纤⑶的作用；聚四氟乙烯 板（1)左端中间有一个矩形缺口，缺口处钻有横向圆孔，用于植埋光纤Bragg光栅（2)，光纤 Bragg光栅（2)在圆孔中呈悬臂梁结构；植埋后用聚四氟乙烯材料（6)填充在矩形缺口处， 与聚四氟乙烯板（1) 一体封装成矩形结构。
2. -种测量干式空芯电抗器温度的光纤Bragg光栅温度传感器的使用方法，其特征在 于：所述方法的具体步骤如下： Stepl、在干式空芯电抗器包封（10)完成之后，在浸胶玻璃丝带外表面相邻的两根通 风条（9)之间的通风道内，从干式空芯电抗器包封（10)上沿自上而下铺设网格布（7); St印2、在网格布（7)距下沿1距离处，自下向上涂绝缘封口胶（8)至网格布（7)上端； Step3、除引出的光纤（3)外的测量干式空芯电抗器温度的光纤Bragg光栅温度传感 器外部结构浸胶后，在距网格布（7)下端1距离区域中布设测量干式空芯电抗器温度的光 纤Bragg光栅温度传感器；连有光纤（3)的一端方向向上，在其邻域再覆盖一层环氧树脂胶 (5)，保证测量干式空芯电抗器温度的光纤Bragg光栅温度传感器与底层网格布（7)紧密黏 贝占，光纤（3)黏贴在绝缘封口胶（8)上并从干式空芯电抗器包封（10)上沿引出；其中，测 量干式空芯电抗器温度的光纤Bragg光栅温度传感器在相邻两根通风条（9)之间的通风道 内； Step4、传感器布设完毕后，剪取与底层网格布（7)同等大小的网格布覆盖测量干式空 芯电抗器温度的光纤Bragg光栅温度传感器表面，与底层网格布（7)重合，并用手掌轻压网 格布使其与下层完全黏合； Step5、传感器埋入完成后，在干式空芯电抗器固化或者工作过程中监测温度传感器波 长变化情况，根据光纤Bragg光栅解调仪分析得到光纤Bragg光栅（2)的中心波长的移位 值 Δ λΒ; St印6、根据光纤Bragg光栅（2)的中心波长的移位值Λ λB与干式空芯电抗器包封 (10)温度的关系式Δ λΒ= Kt · ΛΤ计算出干式空芯电抗器在固化或者工作状态下的温度 变化；式中：&为传感器的温度系数，Δ T为被测环境的温度变化量。
3. 根据权利要求2所述的测量干式空芯电抗器温度的光纤Bragg光栅温度传感器的使 用方法，其特征在于：所述绝缘封口胶（8)的涂层厚度为2-6mm。
【专利摘要】本发明涉及一种测量干式空芯电抗器温度的光纤Bragg光栅温度传感器及其使用方法，属于光电子测量技术领域。本发明光纤Bragg光栅尾部连接有光纤，引出的光纤从聚四氟乙烯套管中穿出，并用环氧树脂胶粘附固定，起保护光纤的作用；聚四氟乙烯板左端中间有一个矩形缺口，缺口处钻有横向圆孔，用于植埋光纤Bragg光栅，光纤Bragg光栅在圆孔中呈悬臂梁结构；植埋后用聚四氟乙烯材料填充在矩形缺口处，与聚四氟乙烯板一体封装成矩形结构。根据光纤Bragg光栅的中心波长的移位值与电抗器导线外包封温度的关系式ΔλB＝KT·ΔT计算出干式空芯电抗器的温度变化。本发明适用于强电磁场环境中的温度检测；耐腐蚀能力强、体积很小。
【IPC分类】G01K11-32
【公开号】CN104634477
【申请号】CN201510033730
【发明人】崔志刚, 王科, 谭向宇, 周延辉, 李川, 彭晶, 钱国超, 刘红文
【申请人】云南电网有限责任公司电力科学研究院, 昆明理工大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月23日