植入复合绝缘子芯棒内的光纤布拉格光栅热应变和应力应变分析

光纤布拉格光栅以其良好的绝缘性能、微小的体积以及抗电磁干扰的优势,成为复合绝缘子运行状况监测的重要手段。为了弄清光纤复合绝缘子内布拉格光栅应变情况,利用有限元法分析了植入复合绝缘子芯棒内的光纤布拉格光栅热应变和应力应变,得出了在复合绝缘子自身结构应力及温度变化导致的热应力综合作用下,光栅的中心波长以及反射光谱与芯棒结构...     

光纤光栅复合绝缘子故障模拟试验分析

随着复合绝缘子在我国电网上的应用数量不断增加,其运行状态直接影响着输电系统安全。采用光纤光栅来监测复合绝缘子的运行状况,已成为复合绝缘子监测的重要手段。为了弄清故障状态下复合绝缘子内光栅波长与复合绝缘子应变之间的关系,模拟了复合绝缘子芯棒断裂、伞裙破坏和金具不同压接程度等情况,分析了这些情况下应力应变或热应变与破损比例及光栅中心波长变化之间的关系。结果表明,随着芯棒破损面积的增大,光栅的波长均随着破损深度大小上升,并且离破损点最近的光栅波长变化幅度最大;光栅波长随绝缘子通电时间的增加有明显的增加,伞裙破损点的波长漂移量较未破损有显著变大的趋势;压接区内光纤光栅的温度灵敏度系数随金具侧向压力的增大而明显增大,压接区的热涨应力对温度灵敏度的变化也有一定的影响。这预示着该法获得的数据可为复合绝缘子的运行提供检测参考。     

光纤光栅复合绝缘子的试制及标定试验

针对输电线路复合绝缘子运行检测现状,在综述国内外相关检测技术的基础上,结合光纤传感技术和复合绝缘子技术,通过在复合绝缘子的芯棒基体内植入光纤布拉格光栅构成智能芯棒结构,成功研制了光纤光栅复合绝缘子,设计了复合绝缘子内部温度与应力的采集系统,从而实现了复合绝缘子运行状态的实时监测;并对光纤光栅复合绝缘子进行了标定试验,确定了光纤光栅复合绝缘子的光栅中心波长与温度及拉力之间的定量数值关系。研究结果表明,拉力和温度的变化均与光栅中心波长变化量呈很好的线性关系,其中光栅的拉力系数在47～50pm/kN、温度系数基本在13.5～14.1pm/°C范围内变动。这些数据为绝缘子挂网运行状态分析定量检测依据。     

光纤光栅监测芯棒脆断预警和裂纹识别

在10kV复合绝缘子非耐酸芯棒表面粘贴了温度补偿光栅和多个应力光栅监测脆断过程,在不同硝酸浓度下进行应力腐蚀试验。结果表明,脆断过程中应力光栅波长变化趋势有单调增长、单调减小和复合型3类,并研究3类光栅波长偏移趋势识别芯棒轴截面裂纹的力学模型。该文研究发现应力光栅的轴向检测距离为12mm,周向检测距离为其左、右2mm。温差1℃、2条及以上光纤上应力光栅波长偏移量达到1.1λ_wmax和0.9λ_wmin可分别作为复合绝缘子脆断的腐蚀放热阶段、裂纹起裂阶段和裂纹严重阶段的预警阈值。该文所做研究为评估复合绝缘子脆断提供了光纤光栅监测和预警方法。     

光纤光栅监测复合绝缘子非耐酸芯棒脆断过程

复合绝缘子脆断是恶性事故,为此研究复合绝缘子脆断监测技术,在10 kV复合绝缘子非耐酸芯棒表面粘贴4根光纤,其中1根级联2个温度光栅,另外3根各级联5个应力光栅,进行温度标定试验、拉力标定试验和应力腐蚀试验。结果表明,非耐酸芯棒应力腐蚀试验中出现了3个裂纹,其中1个裂纹为脆断断口,其余2个裂纹未脆断。表面多个光栅实现了非耐酸芯棒完整脆断过程的温度与应力监测,发现芯棒应力腐蚀分为4个阶段,阶段1初期无变化,阶段2腐蚀放热,阶段3裂纹起裂,阶段4裂纹快速发展至断裂。从阶段2开始腐蚀区放热,最高高于环境温度2.46℃,温差1℃可以作为复合绝缘子脆断过程中腐蚀放热阶段的早期预警阈值。应力光栅对裂纹的轴向检测距离约20 mm,其波长偏移量1.1λ_(wmax)和0.9λ_(wmin)(λ_(wmax)、λ_(wmin)分别为稳定范围的最大值和最小值)可以分别作为裂纹起裂阶段、裂纹严重阶段的早期预警阈值来监测复合绝缘子脆断。该光纤光栅技术为芯棒脆断/朽断机理、防脆断/朽断芯棒材料和复合绝缘子脆断监测提供了技术研究手段。     

复合绝缘子界面光纤植入方法与界面性能试验

复合绝缘子运行状态检测是电网安全运行的重要保障之一,为此,分别采用环氧树脂胶(epoxy resin,ER)和室温硫化硅橡胶(room temperature vulcanized silicone rubber,RTV)作为光纤粘接剂,在护套芯棒界面植入刻录光栅的光纤,制得光纤复合绝缘子,分别记为ER光纤复合绝缘子和...     

复合绝缘子光纤智能监测试验研究

为了有效掌握复合绝缘子的运行状态,弥补现有检测手段的不足,在概述现有运行复合绝缘子的在线监测方法的基础上,分析了复合绝缘子故障的典型特点,提出了应力和温度是进行复合绝缘子运行状态在线监测的两个关键参量,制定了光纤布拉格光栅传感器应用于复合绝缘子芯棒应力和温度监测的技术途径。经多方协作研发,成功试制了在芯棒中植入了光纤传感器的复合绝缘子,并先后进行了实验室应力、温度传感特性试验和220 kV输电线路挂网试验。实验室试验结果证实了该技术的可行性,现场挂网试验表明基于该技术的智能复合绝缘子在线监测系统能够在现场环境下稳定运行,所监测的数据准确,有效弥补了现有检测手段的不足。     

防护复合绝缘子芯棒脆断的方法

针对高压输电线路复合绝缘子发生的脆断事故,提出采用无硼耐酸芯棒以外的另一种有效防护复合绝缘子芯棒脆断的方法。在复合绝缘子芯棒表面涂覆一层鳞片涂料,涂层厚度达0.1mm以上时,可以形成有效的应力腐蚀防护层。应力腐蚀测试结果表明,原耐应力腐蚀性能很差的芯棒可改变为能达到应力腐蚀标准的芯棒,且远远超过标准要求。芯棒耐应力腐蚀性能可进一步随涂层厚度的增加而提高。该方法在不改变芯棒原来的电气、机械性能情况下,大大提高了芯棒的耐应力腐蚀性能,从而得到一种电气性能与耐应力腐蚀性能均优异的复合绝缘子芯棒;且该方法简单易行,可对现有耐应力腐蚀性能较差的芯棒进行改进。     

一起220kV复合绝缘子芯棒断裂事故分析

复合绝缘子芯棒断裂事故会对输电线路的安全稳定运行构成严重的威胁。结合某220 kV线路复合绝缘子芯棒断裂事故,对断裂绝缘子及同批次产品进行了外观检查、性能试验、解剖检查、材料试验,分析了绝缘子芯棒断裂的原因及机理。结果表明:该绝缘子端部结构存在缺陷及密封性能不良的问题,导致芯棒玻璃纤维受到酸液侵蚀,逐渐产生应力腐蚀过程,在弱酸腐蚀及应力的共同作用下机械性能不断降低,最终整支芯棒发生断裂。针对芯棒脆断现象和长期机械性能不佳的问题,建议将复合绝缘子端部金具楔式结构逐批更换为压接式结构,并加强端部金具及护套的密封,以及采用无硼纤维耐酸芯棒。     

复合绝缘子微风振动载荷特点及结构力分析

线路运行过程中，由架空导线传递给复合绝缘子的风振动，因复合绝缘子芯棒与金具交接最关键部位所形成的应力，是由芯棒与金具连接的预应力，架空导线所产生的静应力及振动出现的变弯曲应力迭加而成的，分析表明，当复合绝缘子由于承担架空导线极限静载荷而出现最大振动角的振动时，芯棒与金具连接预应力最集中部位形成的最大应力对复合绝缘子机械性能影响不大。