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专利名称：一种光纤光栅复合绝缘子的在线监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种复合绝缘子的监测装置，尤其涉及一种光纤光栅复合绝缘 子的在线监测系统，具体适用于对复合绝缘子的机械性能以及电气性能的监测。
背景技术：
高压绝缘子的性能，特别是机械性能和绝缘性能，对电力系统的安全运行有着 非常重要的影响，因此必须定期监测绝缘子的机械性能和绝缘性能。传统的复合绝缘子 的监测方法是依据DL/T864-2004的要求，每1-2个月进行巡视，每3-5年从杆塔上抽取 绝缘子送至试验室进行性能检验。但是这种抽样检验方法存在工作强度大、登杆风险大 以及耗时很长等缺点，不仅整个监测过程时间长、劳动强度大、测量数据分散，而且不 能跟踪监测绝缘子性能随时间变化的状况。因此做出一种实时、在线、自动监测高压绝 缘子的系统，对电力系统的安全运行显得十分重要。为满足电力系统安全运行、设计和 生产的要求，现有技术中出现一种将光纤光栅植入绝缘子芯棒，并通过测量光栅波长飘 移来监测绝缘子机械和电气性能的监测方法。中国专利授权公告号为CN1287180C，授权公告日为2006年11月29日的发明专 利公开了一种复合材料电绝缘子，该复合材料电绝缘子包括一个设在绝缘子内的组合光 纤传感器，该组合传感器可以是一个故障传感器，由设在绝缘子支承杆上的一条光纤构 成，并且具有在对绝缘子为关键的一个温度下熔化的光学包层，该组合传感器可以是一 个在绝缘子工作时测量作用在绝缘子上机械或热引起应力的传感器，它由一条具有植入 了 Bragg光栅的光纤构成，Bragg光栅设在绝缘子的支承杆上或绝缘子的金属端接头上。 虽然该发明在测量时可以通过分析反馈的光信号来测量绝缘子的热应力与机械应力，但 其系统过于简单，不仅安全性不高，而且没有考虑到环境的影响，因此测量效果较差， 精确度较低。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术中存在的系统过于简单、安全性不高、易受 环境影响、测量效果较差，精确度较低的缺陷与问题，提供一种系统精良、安全性较 高、不易受环境影响、测量效果较好，精确度较高的光纤光栅复合绝缘子的在线监测系 统。为实现以上目的，本实用新型的技术解决方案是一种光纤光栅复合绝缘子的 在线监测系统，该系统包括相互连接的光纤光栅复合绝缘子与监测装置；所述监测装置包括温度应力分析装置、辅助测量装置以及设置在杆塔上的综合 控制箱；所述综合控制箱的内部设置有一号跳线接头保护盒、中心控制盒与电源，一号 跳线接头保护盒的一端与光纤光栅复合绝缘子上的出口光纤相连接，另一端通过光纤复 合架空地线与温度应力分析装置相连接；所述中心控制盒上连接有辅助测量装置与无线数据传输单元。所述辅助测量装置包括温湿度传感器、风向传感器与风速传感器，所述无线数 据传输单元为GSM天线，所述电源上连接有太阳能板。所述一号跳线接头保护盒的一端与出口光纤之间设置有二号跳线接头保护盒， 该二号跳线接头保护盒的一端与出口光纤相连接，另一端通过一号跳线与一号跳线接头 保护盒的一端相连接。所述一号跳线接头保护盒的另一端与光纤复合架空地线之间设置有一号光缆接 续盒，光纤复合架空地线的另一端与温度应力分析装置之间设置有二号光缆接续盒；所 述一号光缆接续盒通过二号跳线与一号跳线接头保护盒的另一端相连接，二号光缆接续 盒通过三号跳线与温度应力分析装置相连接。所述一号跳线接头保护盒、二号跳线接头保护盒的内部均设置有接线用的接头 法兰；所述一号光缆接续盒、二号光缆接续盒的内部均设置有接线用的冷接子。与现有技术相比，本实用新型的有益效果为1、由于本实用新型一种光纤光栅复合绝缘子的在线监测系统包括相互连接的光 纤光栅复合绝缘子、综合控制箱与温度应力分析装置，且光纤光栅复合绝缘子依次通过 二号跳线接头保护盒、一号跳线、一号跳线接头保护盒、二号跳线、一号光缆接续盒、 光纤复合架空地线、二号光缆接续盒、三号跳线与温度应力分析装置相连接，构造精 良，不仅能够有效克服绝缘子尾纤长度有限的缺点，从而实现对复合绝缘子反馈光信号 的远距离接收，进而起到在线监测的效果，而且能够延长光纤光栅复合绝缘子的使用距 离，扩大本监测系统的应用范围，此外，跳线接头保护盒与光缆接续盒还能确保光纤不 受环境损坏，如不受潮，提高本系统使用的安全性，光缆接续盒中的冷接子还能克服杆 塔上无法使用光纤熔接机的缺点，降低本系统的操作难度。因此本实用新型不仅能够在 线监测复合绝缘子、降低工作强度、缩短测量时间，而且系统精良、安全性较高、应用 范围较广。2、由于本实用新型一种光纤光栅复合绝缘子的在线监测系统中除了光纤光栅复 合绝缘子、温度应力分析装置外，还在综合控制箱上连接有辅助测量装置与无线数据传 输单元，辅助测量装置能够测得周围环境的温度、湿度、风向与风速等，而无线数据传 输单元能够将测得的数据传送给远端服务器，再由远端服务器根据这些信号判断出光纤 光栅复合绝缘子反馈的温度、应力信号被周围环境所影响的程度，从而对测得的温度、 应力信号进行修正，进而提高测得信号的准确性。因此本实用新型不易受环境影响、测 量效果较好、精确度较高。

图1是本实用新型的结构示意图。图2是本实用新型中数据处理的逻辑示意图。图中光纤光栅复合绝缘子1，出口光纤11，温度应力分析装置2，辅助测量装 置3，温湿度传感器31，风向传感器32，风速传感器33，综合控制箱4，一号跳线接头保 护盒41，中心控制盒42，电源43，太阳能板431，光纤复合架空地线5，一号光缆接续盒 51，二号光缆接续盒52，无线数据传输单元6，二号跳线接头保护盒7，接头法兰8，冷接子9，一号跳线A，二号跳线B，三号跳线C。
具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明参见图1一图2，一种光纤光栅复合绝缘子的在线监测系统，该系统包括相互连 接的光纤光栅复合绝缘子1与监测装置；所述监测装置包括温度应力分析装置2、辅助测量装置3以及设置在杆塔上的综 合控制箱4 ；所述综合控制箱4的内部设置有一号跳线接头保护盒41、中心控制盒42与电源 43，一号跳线接头保护盒41的一端与光纤光栅复合绝缘子1上的出口光纤11相连接，另 一端通过光纤复合架空地线5与温度应力分析装置2相连接；所述中心控制盒42上连接 有辅助测量装置3与无线数据传输单元6。所述辅助测量装置3包括温湿度传感器31、风向传感器32与风速传感器33，所 述无线数据传输单元6为GSM天线，所述电源43上连接有太阳能板431。所述一号跳线接头保护盒41的一端与出口光纤11之间设置有二号跳线接头保护 盒7，该二号跳线接头保护盒7的一端与出口光纤11相连接，另一端通过一号跳线A与 一号跳线接头保护盒41的一端相连接。所述一号跳线接头保护盒41的另一端与光纤复合架空地线5之间设置有一号光 缆接续盒51，光纤复合架空地线5的另一端与温度应力分析装置2之间设置有二号光缆接 续盒52 ；所述一号光缆接续盒51通过二号跳线B与一号跳线接头保护盒41的另一端相 连接，二号光缆接续盒52通过三号跳线C与温度应力分析装置2相连接。所述一号跳线接头保护盒41、二号跳线接头保护盒7的内部均设置有接线用的 接头法兰8;所述一号光缆接续盒51、二号光缆接续盒52的内部均设置有接线用的冷接 子9。本实用新型的原理说明如下复合绝缘子的机械性能是指复合绝缘子的短时拉伸破坏负荷能力和长期运行时 的疲劳蠕变破坏能力。它代表绝缘子不发生断裂、脱落等情况下还能正常运行的寿命。复合绝缘子的电气性能主要指它的绝缘性能，由实际运行经验可知，绝缘子的 绝缘性能发生破坏时，会产生导通性缺陷、出现局部的发热现象，且该发热现象不会随 时间的改变而完全消失，因而结合发热的特点，监测绝缘子的局部发热现象就可以捕捉 到绝缘子性能改变的状态。光纤传感技术是伴随光导纤维及光纤通信技术发展而迅速发展起来的一种以光 为载体、光纤为媒质、感知和传输外界信号的新型传感技术。光纤布拉格光栅传感器 是用布拉格光栅作为敏感元件的功能型光纤传感器，其传感原理是利用光纤材料的光敏 性，用紫外光的空间干涉条纹在纤芯内形成空间相位光栅，根据外界物理参量对反射布 拉格光栅中心波长的影响来反向检测外界物理值。对布拉格光栅中心波长有影响的物理 量有两种温度和应力，且布拉格光栅中心波长的变化与温度、应力均呈线性关系，由 于光纤本身的绝缘性，光信号不易受电磁环境影响等特性，因此将光纤布拉格光栅植入 绝缘子中可以有效监测绝缘子的应力和温度的变化，同时不影响绝缘子在高压环境中的应用。本实用新型正是抓住光纤布拉格光栅的这个特点，将它与绝缘子相结合，从而 生产出光纤光栅复合绝缘子，再以此为基础制造出光纤光栅复合绝缘子的在线监测系 统。整个过程主要如下首先，生产带光纤传感器的绝缘子，即将光纤传感器植入到绝缘子的芯棒中， 生产出带光纤传感器的复合绝缘子。其次，研制光纤传感器的监测设备，即考虑到光纤传感器的输出是光信号，因 而需要通过光传感器监测系统将光信号转换成电信号供计算机处理。再次，传感信号的传输，使用中，将绝缘子挂在高压塔上，绝缘子内部的光纤 传感器的输入输出都是光信号，光信号通过光纤复合架空地线，如OPGW光通道等，传 送到远端机房的光传感监测系统。最后，绝缘子状态分析，即通过计算机将光纤传感器的数据进行处理，得到绝 缘子的应力和温度分布曲线，再根据绝缘子的机械特性和电气特性的标准，判断绝缘子 的应力和温度是否正常，进而得到复合绝缘子的实时状态。本系统的核心是通过光传感的方式来监测绝缘子的状态，同时通过辅助测量装 置对测得的信号进行修正，主要涉及到光通信、复合材料寿命预测等交叉学科的应用， 能够在高压带电的情况下实时、无干扰的对输电线路的复合绝缘子进行监测。参见图1-图2，使用时，光纤光栅复合绝缘子1发出的光纤传感信号依次通过 出口光纤11、二号跳线接头保护盒7、一号跳线接头保护盒41、一号光缆接续盒51、光 纤复合架空地线5、二号光缆接续盒52到达温度应力分析装置2，该光纤传感信号表示绝 缘子上温度、应力所对应的波长变化数据，再由温度应力分析装置2将光纤传感信号所 表示的波长变化数据转换为相应的温度、应力值，然后将该温度、应力值传递到远端服 务器，同时由温湿度传感器31、风向传感器32、风速传感器33测得周围环境的温度、湿 度、风向与风速，再由无线数据传输单元6将温度、湿度、风向与风速信号传递给远端 服务器，再由远端服务器根据测得的周围环境的温度、湿度、风向与风速来判断出绝缘 子上温度、应力值受周围环境影响的程度，然后对传递过来的绝缘子的温度、应力值进 行修正，从而得到准确的温度、应力值，然后将修正后的温度、应力值分别代入温度、 应力各自的算法模型进行判断，如果各点正常则判断结束，如果有不正常点出现，则先 对不正常点进行故障分类，再判断故障对绝缘子性能的影响，最后才是判断过程的结 束ο由上可见，本系统所采用的光纤复合绝缘子的监测方法可以避免定期抽样检 验，能够实现对复合绝缘子状况的实时监测，同时可通过在线式光纤复合绝缘子监测系 统的应用来组建复合绝缘子状态监测网，从而着手开展“用状态监测指导绝缘子更换” 的方案，以取代“计划抽样”、“定时抽样”的检修模式，掌握电网主网架输变电绝缘 子的劣化规律，从而预防、减少掉串、闪络事故的发生，而不需要象现有技术那样依据 国家电网《标称电压高于1000V交流架空线路用复合绝缘子使用导则DL/T864-2004》的 要求，每1-2个月进行巡视，每3-5年从杆塔上抽取绝缘子送至试验室进行性能检验，此 外，本系统在不停电的情况下对复合绝缘子进行实时、在线监测，能够防止掉串、导线 落地、闪络事故的发生，对电网的运行提供安全保障，也为国民经济的发展和广大人民群众的生活质量提供保障。该项目最直观的优势在于可以大量节省人力、财力，还可以 准确的监测到人工测量方法很难或不能测量的复合绝缘子实时的机械和电气性能，解决 了人工测量方法带来的各种问题。填补了国内该领域的空白。
权利要求1 一种光纤光栅复合绝缘子的在线监测系统，该系统包括相互连接的光纤光栅复合 绝缘子(1)与监测装置，其特征在于所述监测装置包括温度应力分析装置(2)、辅助测量装置(3)以及设置在杆塔上 的综合控制箱(4)；所述综合控制箱(4)的内部设置有一号跳线接头保护盒(41)、中心控制盒 (42)与电源(43)，一号跳线接头保护盒(41)的一端与光纤光栅复合绝缘子(1) 上的出口光纤(11)相连接，另一端通过光纤复合架空地线(5)与温度应力分析装置 (2)相连接；所述中心控制盒(42)上连接有辅助测量装置(3)与无线数据传输单元 (6)。
2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅复合绝缘子的在线监测系统，其特征在于 所述辅助测量装置(3)包括温湿度传感器(31)、风向传感器(32)与风速传感器(33)，所述无线数据传输单元(6)为GSM天线，所述电源(43)上连接有太阳能板 (431)。
3.根据权利要求1或2所述的一种光纤光栅复合绝缘子的在线监测系统，其特征在 于所述一号跳线接头保护盒(41)的一端与出口光纤(11)之间设置有二号跳线接头 保护盒(7)，该二号跳线接头保护盒(7)的一端与出口光纤(11)相连接，另一端通 过一号跳线(A)与一号跳线接头保护盒(41)的一端相连接。
4.根据权利要求3所述的一种光纤光栅复合绝缘子的在线监测系统，其特征在于 所述一号跳线接头保护盒(41)的另一端与光纤复合架空地线(5)之间设置有一号光 缆接续盒(51)，光纤复合架空地线(5)的另一端与温度应力分析装置(2)之间设置 有二号光缆接续盒(52)；所述一号光缆接续盒(51)通过二号跳线(B)与一号跳线 接头保护盒(41)的另一端相连接，二号光缆接续盒(52)通过三号跳线(C)与温度 应力分析装置(2)相连接。
5.根据权利要求4所述的一种光纤光栅复合绝缘子的在线监测系统，其特征在于 所述一号跳线接头保护盒(41)、二号跳线接头保护盒(7)的内部均设置有接线用的 接头法兰(8)；所述一号光缆接续盒(51)、二号光缆接续盒(52)的内部均设置有 接线用的冷接子(9)。
专利摘要一种光纤光栅复合绝缘子的在线监测系统，包括光纤光栅复合绝缘子与监测装置，所述监测装置包括温度应力分析装置、辅助测量装置以及综合控制箱，综合控制箱的内部设置有一号跳线接头保护盒、中心控制盒与电源，一号跳线接头保护盒的一端与光纤光栅复合绝缘子上的出口光纤相连接，另一端通过光纤复合架空地线与温度应力分析装置相连接，中心控制盒上连接有辅助测量装置与无线数据传输单元，辅助测量装置包括温湿度传感器、风向传感器与风速传感器，电源上连接有太阳能板。本实用新型不仅能够在线监测复合绝缘子、降低工作强度、缩短测量时间、系统精良、安全性较高，而且不易受环境影响、测量效果较好、精确度较高、应用范围较广。
文档编号G01L1/24GK201803820SQ201020536290
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者付斌, 吴伯华, 方定江, 杨同友, 杨帆, 熊鹏, 王家礼, 祝翔, 胡学秋, 范欣来, 陈继东, 马剑辉 申请人:华中电网有限公司, 武汉康普常青软件技术有限公司