一种测量干式空心电抗器包封应变的光纤Bragg光栅应变传感器及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种测量干式空屯、电抗器包封应变的光纤化agg光栅应变传感器及 其使用方法，属于光电子测量技术领域。
【背景技术】
[0002] 为适应快速增长的经济建设的需求，我国电网正在向大容量、远距离和特高压的 方向发展，电网容量和用电负荷不断增加。干式空屯、电抗器因其干式无油、机械强度高、满 流损耗小、噪音低、便于维护等优点大量应用于电力系统，llOkV及W上变电站多采用干式 空屯、电抗器进行无功补偿。于此同时，干式空屯、电抗器因其电磁结构比较特殊，包封长时间 受热膨胀及电磁力等因素影响产生应力应变，是变电站中问题较多的设备，给电力系统的 安全稳定带来的许多安全隐患。近年来，随着大型干式空屯、电抗器的应用的增加，其正常运 行中烧损事故频繁发生。在电网中运行一段时间后，很多干式空屯、电抗器不同程度地出现 表面树枝状放电、局部烧损，甚至起火等，影响了电网的稳定运行。尤其是35kV及W上电 压等级的干式空屯、并联电抗器的故障居高不下，有的被迫停运处理，有的演变成事故甚至 设备烧毁。因此，干式空屯、电抗器健康的在线监测已成为维护电力系统安全与稳定的重要 研究课题。
[0003]目前，对干式空屯、电抗器应变监测的方法不多，技术相对落后，急需一种能够对其 实现应变测量的在线监测技术。为了准确监测干式空屯、电抗器的应变变化情况、及时发出 预警信号、保证电抗器正常工作，最好的方法是在干式空屯、电抗器中埋入应变传感器。根据 干式空屯、电抗器的结构特征，要求埋入的传感器中不能含有金属结构，且传感器的体积较 小。光纤光栅传感技术为解决上述问题提供了一个可行的方法，合理的埋入式光纤化agg 光栅应变传感器结构设计能够很好地实现干式空屯、电抗器应变的监测。
[0004] 在上述实际问题的背景下，设计出了一种测量干式空屯、电抗器包封应变的光纤 Bragg光栅应变传感器。该传感器结构简单、体积小、成本低、抗电磁干扰、操作方便。将传 感器埋入在干式空屯、电抗器包封内部，可W实现运行中干式空屯、电抗器包封应变的测量。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种测量干式空屯、电抗器包封应变的光纤化agg光栅应变传感器 及其使用方法，W用于解决对干式空屯、电抗器应变的准确及时检测的问题、解决对干式空 屯、电抗器应变检测时传感器的结构、安装问题。
[0006] 本发明的技术方案是：一种测量干式空屯、电抗器包封应变的光纤化agg光栅应变 传感器，包括聚四氣乙締材料1、凹槽2、光纤化agg光栅3、光纤4、光纤套管5、环氧树脂6; 所述聚四氣乙締材料1呈矩形，聚四氣乙締材料1中间有一个贯穿整个材料板体的凹槽2， 用于植埋光纤化agg光栅3 ;光纤化agg光栅3尾部连接有光纤4,引出的光纤4从光纤套 管5中穿出，光纤套管5端口内部涂有环氧树脂6用于粘附固定光纤4,光纤化agg光栅3 放置在凹槽2中间位置，用环氧树脂6将光纤Bragg光栅3及其连接光纤4封装在凹槽2 底部，使其与聚四氣乙締材料1封装成为一体。
[0007]-种测量干式空屯、电抗器包封应变的光纤化agg光栅应变传感器的使用方法，所 述方法的具体步骤如下： Stepl、在干式空屯、电抗器包封10完成之后，在包封表面相邻的两根通风条9之间，从 干式空屯、电抗器包封10上沿自上而下铺设网格布7 ; Step2、在网格布7距下沿7距离处，自下向上涂绝缘胶8至网格布7上端； St巧3、将2个测量干式空屯、电抗器包封应变的光纤化agg光栅应变传感器和1个溫度 补偿传感器11浸环氧树脂6后，在距网格布7下端7距离区域中布设测量干式空屯、电抗器 应变的光纤化agg光栅应变传感器和溫度补偿传感器11 ;3个传感器呈品字形排列，其中2 个测量干式空屯、电抗器包封应变的光纤化agg光栅应变传感器分成轴向和径向布设，在品 字形及其邻域再覆盖一层环氧树脂6,保证测量干式空屯、电抗器应变的光纤化agg光栅应 变传感器及溫度补偿传感器11与底层网格布7紧密黏贴；连接光纤4黏贴在绝缘胶8上并 从干式空屯、电抗器包封10上沿引出；同时，测量干式空屯、电抗器应变的光纤化agg光栅应 变传感器和溫度补偿传感器11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屯、 电抗器应变的光纤化agg光栅应变传感器和溫度补偿传感器11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； Steps、上述工作完成后，在干式空屯、电抗器包封10表面再缠绕1至2层玻璃纤维带， 覆盖整个干式空屯、电抗器包封10及传感器布设区域； steps、传感器埋入完成后，在干式空屯、电抗器工作状态下监测测量干式空屯、电抗器 包封应变的光纤化agg光栅应变传感器和溫度补偿传感器11的波长变化情况，根据光纤 Bragg光栅解调仪分析得到光纤化agg光栅3的中必波长的移位值遂朵； Step7、根据溫度补偿传感器11所测的溫度值，计算出测量干式空屯、电抗器应变的光 纤化agg光栅应变传感器光纤化agg光栅3因溫度变化所导致的波长漂移量A或?，与干式 空屯、电抗器包封10应变的关系式：
计算出干式空屯、电抗器在固化或者工 作状态下轴向和径向的应变变化；％式中应变灵敏系数，:遂f为被测环境的应变变化量。
[0008] 所述距离7约为100mm。
[0009] 本发明的工作原理是： 参见附图1，粘贴于被测结构表面的聚四氣乙締材料1承受被测结构形变，导致埋入在 聚四氣乙締材料1中的光纤化agg光栅3的化agg波长产生随应变变化的移位。
[0010] 设传感器的有效应变长度为以承受应力为F，横截面积为A，弹性模量为E，长度变 化量为Pf:，应变为鸣，光纤化agg光栅的应变为:胃，那么：
其中藥为常系数。
[0011] 设定FBG与封装材料的应力应变为刚性传递，那么干式空屯、电抗器包封应力引起 的聚四氣乙締材料结构的应变与FBG的应变相等：
FBG应变变化量与化agg波长移位呈正比：
由于作用在传感器上的外力W及周围的溫度场均能够导致化agg中屯、波长产生漂移。 所W，Bragg中必波长变化量每I可W表示为：
式中，Jg为光纤轴向的应变变化量，述卖'为传感器周围的溫度变化量，％与％分别为 应变灵敏系数和溫度灵敏系数。
[001引由式（5河知，溫度和应变均能造成FBG传感器中屯、波长的漂移。为了得出被测物 的应变量，采用溫度补偿的方法消去溫度变化导致的波长响应，从而计算出所求的应变量。 总的波长漂移量与溫度变化导致的波长漂移量之差只与应变有关，由此便可得到被测物发 生的应变：
式中塞餐为溫度使FBG应变传感器中必波长产生的漂移量。
[0013] 由此，将此传感器埋入到干式空屯、电抗器包封内部可实现干式空屯、电抗器应变的 测量。此外，应变灵敏系数和溫度灵敏系数^的具体数值由传感器实际标定来确定。
[0014] 本发明的有益效果是： 1、本发明结构简单。将被测干式空屯、电抗器包封的应变测量转化为对光纤化agg光栅 波长的调制，光纤化agg光栅波长移位与干式空屯、电抗器包封的应变变化有线性关系。
[0015] 2、此应变传感器采用光纤化agg光栅做传感元件，抗电磁干扰，适用于强电磁场 环境中的应变监测。
[0016] 3、聚四氣乙締材料有质量轻、抗拉压能力强W及耐久性好等优点，不仅起到保护 光纤化agg光栅的作用，而且能够很好地传递被测结构的应变变化。
[0017] 4、该传