[发明专利]光纤光栅监测复合绝缘子脆断系统及裂纹识别方法

说明书

本发明提供的光纤光栅监测复合绝缘子脆断系统，光纤复合绝缘子包括芯棒、设置在芯棒两端的金具以及设置在芯棒表面的至少两根光纤，且每根光纤均与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪通过网线与计算机连接；光纤复合绝缘子通过两端的金具固定在卧式拉力机上，且盛酸容器用于给芯棒提供应力腐蚀条件，每根光纤上相对于盛酸容器的位置上设置有用于获取波长偏移量以判断脆断的光纤布拉格光栅。并且提供了相应的识别方法。基于芯棒裂纹发展过程的应力分布分析和光纤光栅应变波长偏移原理，提出了轴截面裂纹的光栅波长偏移识别力学模型，建立了裂纹发展和光栅波长偏移之间的联系，可以用于识别复合绝缘子脆断过程中芯棒表面的裂纹。

技术领域

本发明涉及输变电设备在线监测技术领域，尤其涉及光纤光栅监测复合绝缘子脆断系统及裂纹识别方法。

背景技术

复合绝缘子在输电线路中承担绝缘性能和机械支撑性能，其脆性断裂(脆断)事故对电力系统危害严重。脆断时负荷远低于正常断裂负荷，断裂时间无法预料，往往导致掉线，甚至倒塔等重大事故。传统的复合绝缘子检测技术主要是通过巡检人员定期巡查、现场观察和检测方法来检测输电线路绝缘子的运行状态，现有的复合绝缘子检测手段主要有红外成像法、紫外成像法、图像法等，但是对于复合绝缘子脆断，这些传统检测技术都难以准确与及时预警，并且是抽样检验。

当前有研究用声发射技术来监测芯棒的应力腐蚀断裂过程，但只适用于E纤维，很难检测ECR纤维的抗腐蚀性能。此外，清华大学用4MHz超声检测表面刻有1mm小裂纹的芯棒应力腐蚀脆断过程，发现超声回波能反映裂纹的发展过程。但是这种超声检测的方法并不能高效、准确、直观地发现复合绝缘子脆断，更无法做到全天候在线监测复合绝缘子的运行状态。本发明通过光纤光栅监测复合绝缘子脆断系统监测芯棒脆断的完整过程，提出轴截面裂纹的光栅波长偏移识别力学模型来识别脆断过程中的裂纹，可以高效准确地发现复合绝缘子脆断，实现全天候在线监测复合绝缘子的运行状态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于光纤光栅技术监测来识别复合绝缘子脆断过程中裂纹的方法。当复合绝缘子开始发生脆断时，芯棒表面会出现裂纹，从而使得裂纹所在位置的轴向应力改变，而裂纹所在截面的相对位置出现挤压力；在不同程度和数量的裂纹下，芯棒表面不同位置的光栅波长偏移量也不同，因此可以通过观察与比较光栅波长偏移趋势并与建立的轴截面裂纹的光栅波长偏移识别力学模型相互比对，来判定复合绝缘子脆断过程中裂纹的严重程度与位置，从而识别复合绝缘子表面的裂纹。本发明检测成本低、检测精度高，能够高效、准确、直观地对复合绝缘子芯棒脆断过程中的裂纹进行识别定位。

为了实现前述发明目的，本发明提供的光纤光栅监测复合绝缘子脆断系统，包括用于盛放腐蚀介质的盛酸容器、卧式拉力机、光纤光栅解调仪、计算机和光纤复合绝缘子，

光纤复合绝缘子包括芯棒、设置在芯棒两端的金具以及设置在芯棒表面的至少两根光纤，且每根光纤均与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪通过网线与计算机连接；

光纤复合绝缘子通过两端的金具固定在卧式拉力机上，且盛酸容器用于给芯棒提供应力腐蚀条件，每根光纤上相对于盛酸容器的位置上设置有用于获取波长偏移量以判断脆断的光纤布拉格光栅。

进一步地，每根所述光纤粘贴固定在所述芯棒表面上。

进一步地，每根光纤上在盛酸容器范围内写入的光纤布拉格光栅有3～5个。

进一步地，盛酸容器用于盛放硝酸溶液。

进一步地，所述光纤有三根，三根光纤沿复合绝缘子中心轴呈120°周向均匀分布在芯棒表面。

本发明还提供采用前述系统进行监测识别的方法。

一种复合绝缘子脆断过程裂纹识别方法，将光纤复合绝缘子的芯棒浸泡在盛酸容器中，并在卧式拉力机的作用下进行应力腐蚀实验；

光纤上设置的光纤布拉格光栅监测光纤复合绝缘子的脆断过程，获取波长偏移量；