[發明專利]光纖光柵監測復合絕緣子脆斷系統及裂紋識別方法

有效

• 申請號: 202110566548.2
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113405898B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 郝艷捧;曹航宇;張智敏;韋杰;陽林
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N3/06
• 分類號: G01N3/06;G01N3/08;G01N3/56;G01N17/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明提供的光纖光柵監測復合絕緣子脆斷系統，光纖復合絕緣子包括芯棒、設置在芯棒兩端的金具以及設置在芯棒表面的至少兩根光纖，且每根光纖均與光纖光柵解調儀連接，光纖光柵解調儀通過網線與計算機連接；光纖復合絕緣子通過兩端的金具固定在臥式拉力機上，且盛酸容器用于給芯棒提供應力腐蝕條件，每根光纖上相對于盛酸容器的位置上設置有用于獲取波長偏移量以判斷脆斷的光纖布拉格光柵。并且提供了相應的識別方法。基于芯棒裂紋發展過程的應力分布分析和光纖光柵應變波長偏移原理，提出了軸截面裂紋的光柵波長偏移識別力學模型，建立了裂紋發展和光柵波長偏移之間的聯系，可以用于識別復合絕緣子脆斷過程中芯棒表面的裂紋。

技術領域

本發明涉及輸變電設備在線監測技術領域，尤其涉及光纖光柵監測復合絕緣子脆斷系統及裂紋識別方法。

背景技術

復合絕緣子在輸電線路中承擔絕緣性能和機械支撐性能，其脆性斷裂(脆斷)事故對電力系統危害嚴重。脆斷時負荷遠低于正常斷裂負荷，斷裂時間無法預料，往往導致掉線，甚至倒塔等重大事故。傳統的復合絕緣子檢測技術主要是通過巡檢人員定期巡查、現場觀察和檢測方法來檢測輸電線路絕緣子的運行狀態，現有的復合絕緣子檢測手段主要有紅外成像法、紫外成像法、圖像法等，但是對于復合絕緣子脆斷，這些傳統檢測技術都難以準確與及時預警，并且是抽樣檢驗。

當前有研究用聲發射技術來監測芯棒的應力腐蝕斷裂過程，但只適用于E纖維，很難檢測ECR纖維的抗腐蝕性能。此外，清華大學用4MHz超聲檢測表面刻有1mm小裂紋的芯棒應力腐蝕脆斷過程，發現超聲回波能反映裂紋的發展過程。但是這種超聲檢測的方法并不能高效、準確、直觀地發現復合絕緣子脆斷，更無法做到全天候在線監測復合絕緣子的運行狀態。本發明通過光纖光柵監測復合絕緣子脆斷系統監測芯棒脆斷的完整過程，提出軸截面裂紋的光柵波長偏移識別力學模型來識別脆斷過程中的裂紋，可以高效準確地發現復合絕緣子脆斷，實現全天候在線監測復合絕緣子的運行狀態。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于光纖光柵技術監測來識別復合絕緣子脆斷過程中裂紋的方法。當復合絕緣子開始發生脆斷時，芯棒表面會出現裂紋，從而使得裂紋所在位置的軸向應力改變，而裂紋所在截面的相對位置出現擠壓力；在不同程度和數量的裂紋下，芯棒表面不同位置的光柵波長偏移量也不同，因此可以通過觀察與比較光柵波長偏移趨勢并與建立的軸截面裂紋的光柵波長偏移識別力學模型相互比對，來判定復合絕緣子脆斷過程中裂紋的嚴重程度與位置，從而識別復合絕緣子表面的裂紋。本發明檢測成本低、檢測精度高，能夠高效、準確、直觀地對復合絕緣子芯棒脆斷過程中的裂紋進行識別定位。

為了實現前述發明目的，本發明提供的光纖光柵監測復合絕緣子脆斷系統，包括用于盛放腐蝕介質的盛酸容器、臥式拉力機、光纖光柵解調儀、計算機和光纖復合絕緣子，

光纖復合絕緣子包括芯棒、設置在芯棒兩端的金具以及設置在芯棒表面的至少兩根光纖，且每根光纖均與光纖光柵解調儀連接，光纖光柵解調儀通過網線與計算機連接；

光纖復合絕緣子通過兩端的金具固定在臥式拉力機上，且盛酸容器用于給芯棒提供應力腐蝕條件，每根光纖上相對于盛酸容器的位置上設置有用于獲取波長偏移量以判斷脆斷的光纖布拉格光柵。

進一步地，每根所述光纖粘貼固定在所述芯棒表面上。

進一步地，每根光纖上在盛酸容器范圍內寫入的光纖布拉格光柵有3～5個。

進一步地，盛酸容器用于盛放硝酸溶液。

進一步地，所述光纖有三根，三根光纖沿復合絕緣子中心軸呈120°周向均勻分布在芯棒表面。

本發明還提供采用前述系統進行監測識別的方法。

一種復合絕緣子脆斷過程裂紋識別方法，將光纖復合絕緣子的芯棒浸泡在盛酸容器中，并在臥式拉力機的作用下進行應力腐蝕實驗；

光纖上設置的光纖布拉格光柵監測光纖復合絕緣子的脆斷過程，獲取波長偏移量；