双光纤温度补偿法测量高温下电缆与附件界面压力的方法

电缆与附件的界面压力和电缆附件的安全运行密切相关,为此提出了一种采用光纤光栅温度补偿曲率传感器在线测量高温下电缆附件界面压力的新方法。首先基于光纤光栅传感机理、纯弯曲数学模型、厚壁圆筒模型,选用道康宁Sylgard–184硅橡胶制备了光纤光栅温度补偿曲率传感器,之后测量了不同扩径率下10kV电缆附件常温和高温下的界面压力值。研究表明：该光纤光栅曲率传感器温度补偿测量偏差为-7.74%～7.01%,随着温度的升高(从30℃至60℃),电缆附件的界面压力值逐渐增大,其测试结果与传统压电传感器的测量结果趋势一致。该方法有望用于评估运行于复杂温度环境下的实体电缆附件界面压力的长期可靠性。     

光纤传感器在电磁测量方面的应用

光纤传感器是70年代兴起的、以光与电子综合技术为基础的新型传感装置.本文综述了光纤传感器的主要特点和分类,分别介绍了测量电流、磁场、电压和电场的各种光纤传感器,这些传感器各自基于磁致伸缩效应、电致伸缩效应、光Faraday效应及Pockels效应.最后讨论了国内外的发展动向.     

利用光纤光栅传感器测量输电线路覆冰荷载试验

输电线路覆冰严重威胁电力系统的安全稳定运行,在现有力学测量线路荷载的基础上,建立了基于光纤光栅(FBG)传感器的输电线路覆冰在线监测系统。该系统利用光纤光栅作为传感载体,通过感知传感器金具的微应变,测量输电线路荷载;光纤作为传感信息传输载体,可在现有的光纤复合架空地线(OPGW)和光纤复合相线(OPPC)上实现。为验证系统测量输电线路覆冰后荷载变化的性能及可靠性,在±800 kV直流输电工程输电线段直线塔上进行了光纤光栅传感器测量输电线路模拟覆冰试验,试验结果表明:相较于电子式传感器,光纤传感器精度更高;测量灵敏度与金具的材料和截面积相关;光纤光栅温度补偿的精度直接影响测量精度。     

温度不敏感光纤光栅大电流传感器

为了实现高压传输电线上电流的测量,设计了一种基于超磁致伸缩材料的温度不敏感光纤光栅大电流传感器。该电流传感器具备温度补偿的特点,避免了超磁致伸缩材料热胀冷缩对传感器的影响,消除了光纤光栅的温度-应变交叉敏感问题,同时增大了光纤光栅的应变,提高了测量精度。实验结果表明,在-10～70°C的温度变化范围内,补偿后光纤光栅的温度系数约为4.38×10-4nm/°C,约为补偿前的1/23。传感器的布拉格波长漂移与电流变化具有较好的线性度,温度变化影响很小。螺线管电流灵敏度为1.9127nm/A,与理论值的相对误差为0.26%。理论与实验结果符合较好,表明该传感器结构是可行的。     

内置光纤光栅油浸式变压器的研制EI北大核心CSCD

为了能够直接测量油浸式变压器的内部温度,设计了绕组电磁线内置光纤光栅传感器,并制作了35 kV/4 000 kW变压器样机,在该样机绕组、铁心、撑条、油顶等处成功布置了14根光纤,共218支光纤光栅传感器。绕组电磁线预埋光纤光栅传感器制作过程中的应力较小,光纤光栅传感器保持了良好的机械强度和测温性能。该样机的绝缘性能试验结果表明,内置光纤光栅传感器对变压器本体绝缘性能无影响;温升试验和长时空载试验验证了内置光纤光栅传感器具有良好的温度传感性能,为变压器内部温度场研究提供了可靠的技术支撑,为变压器的设计验证和寿命周期预测提供了一种新的有效手段。     

GMM-FBG光纤电流传感器结构优化及温补模型

为解决FBG中心波长和GMM磁致伸缩系数温度敏感而影响GMM-FBG光纤电流传感器交流响应灵敏度和准确度的问题,提出在GMM-FBG传感模型中引入温度参数校准电流输出值的方法。依据法拉第电磁理论,采用有限元分析方法设计提高GMM磁耦率和均化磁场分布的磁路结构。构建波长解调系统实验平台,测试温度在20～70℃范围传感器不同电流对应的波长响应幅值,实验研究表明:GMM-FBG电流传感器灵敏度随温度升高而下降,且与被测电流值大小正相关。在分析传感器温度响应特性基础上,利用数学拟合方法建立了具有温度补偿系数的GMM-FBG电流传感数学模型,且将该模型用于40℃时60 A电流检测实验,电流检测准确度提高了4. 8%。     

西门子公司的光电互感器

西门子公司最新研制出光纤电流传感器(SIFOCS)。它利用法拉第效应。法拉第效应为磁致旋光效应。当线性偏振光束通过磁场时,偏振面旋转。为了利用法拉第效应测量电流,利用光纤线圈将线性偏振光导向导体周围。这样总的旋转将与导体的电流及光纤线圈的匝数成比例(图1)。此效应没有任何饱和现象,而且灵敏度容易由光纤线圈匝数标度。传感线圈经受过特殊处理,使电流的传感受温度的影响最小。传感线圈     

基于光纤布拉格光栅的流量温度复合传感研究

针对传统流量计测量参数单一和流量温度复合测量困难的问题,提出了一种基于光纤布拉格光栅的流量温度复合传感器.采用空心圆柱悬臂梁,减小了流体的压力损失,对端盖、悬臂梁和靶盘采用一体加工,增加了传感器的稳定性.首先,结合光纤布拉格光栅传感理论和流量温度复合传感理论,研究了基于光纤布拉格光栅的流量温度复合传感机理;然后,设计了...     

架空输电线路覆冰监测光纤光栅拉力倾角传感器的研制

输电线路覆冰危害电网安全稳定运行。为解决现有输电线路覆冰在线监测系统需要现场电源,易受电磁干扰,不能分布式测量,使用寿命短等缺点,开发基于光纤布喇格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感技术的输电线路覆冰在线监测系统。基于光纤光栅传感技术,提出一种抗电磁干扰的光纤光栅拉力倾角一体化传感器。在该传感器中,通过设计双闭环U型槽结构形成了高精度抗偏载能力强的拉力传感单元;基于等强度梁易形变的特点研制了高分辨率小型化的倾角传感单元;采用增设不受力光纤光栅的方法解决了温度与应变交叉敏感问题。实验表明,所研制的光纤光栅传感器拉力倾角测量单元线性度高,传感器的灵敏度和分辨率较好,测量误差较小。基于该传感器的监测系统可实现准分布式测量,其测量范围可达100 km。     

应用光纤Bragg光栅的新型直流电流测量方法

光学电流互感器因具有许多传统电磁感应式电流互感器无法比拟的优点,具有广阔的应用前景,但目前国内应用于直流测量的研究报道较少。为此基于光纤Bragg光栅的应变敏感性和磁性材料的磁致伸缩效应,提出了一种新型直流电流测量方法。在详细分析超磁致伸缩材料(GMM)调制光纤光栅时存在的磁滞非线性以及测量精度的温漂问题后,通过施加合适的偏置磁场、预压应力,改善了磁滞非线性特性,利用光纤Bragg光栅的可串联特性设计温度补偿系统,解决了温漂问题,实现了光纤Bragg光栅(FBG)波长漂移量与轴向应变量的线性调谐关系,并以此设计了实验样机。实验表明,该装置具有结构简单、线性度好、灵敏度高等特点。该方法为高压直流输电电流检测提供了一种新的有效手段。     

一种适应变压器内部环境的高灵敏光学压力感知方法

对变压器油箱进行压力监测可在内部发生严重缺陷时，掌握由产气引起的压力变化过程，及时采取措施保障变压器安全运行。现有压力传感器普遍采用金属封装或具有空气腔结构，若直接用于变压器内部会对其绝缘构成威胁。为此，该文提出一种兼具温度补偿的绝缘友好型光学压力感知方法，内部采用氟硅橡胶封装光纤光栅，并在外部辅以环氧树脂屏蔽壳。同时，采用双光栅交叉布置方式，在避免变压器缺陷引起温度升高对传感器压力测量准确性造成干扰的同时，进一步提高压力测量灵敏度，压力灵敏度达15pm/kPa。结果表明，该传感结构适用于各类油浸式电力设备内部，可在放电环境中正常运行，并完整记录油隙击穿引起的油压变化，能在早期故障时灵敏感知到小幅压力变化。     

光学组合互感器的研究

基于电光晶体的Pockels效应和磁光玻璃的Faraday效应,研制出一种新型的可同时测量高压输电线电流及电压的组合互感器。这种互感器绝缘结构简单,电压测量与电流测量间无相互干扰。实验表明,此互感器的非线性误差小于03%,在24～33℃温度范围电压传感器24h内的波动在±03%以内。文中结合实验分析了温度对电压传感器的影响。     

基于US-FBG阵列的高空间分辨率温度场测量

为了实现高空间分辨率温度场测量,通过高掺锗光纤载氢增敏和优化紫外曝光功率等技术,写制了由8个栅区长度为0.5 mm的超短光纤光栅构成的温度传感器阵列,每个超短光纤光栅位置间隔2 mm,波长间隔8 nm。构建了基于波分复用技术的准分布式温度传感网络,将其应用于温度分布场测量,获得了温度场分布信息。温度场分布随位置近似线性变化,温度梯度为1.68℃/mm。实验结果表明,该准分布式超短光纤光栅温度传感阵列可以准确地实现温度场分布的测量,具有高空间测量分辨率的优点。     

基于马赫-曾德干涉仪的光纤电流互感器研究

为进一步促进光学电流互感器(OCT)在电力系统中应用,将光纤传感技术与磁致伸缩材料相结合,提出了一种新型的OCT的设计方法。将干涉仪的两个臂分别沿平行于磁场方向和垂置与磁场方向回环粘贴在正方形磁致伸缩材料的两个表面上,确保光纤均匀、对称分布,上下表面上光纤正交排列、匝数相同,形成双臂对称型的马赫-曾德干涉仪,得到了一定的温度补偿,消除了磁致伸缩材料热膨胀带来的测量影响,测量误差为0.65%,表明了该结构能达到温度补偿的效果,在一定程度上解决了阻碍OCT实用化进程的测量温漂问题。     

基于马赫-曾德干涉仪的光纤电流互感器研究

为进一步促进光学电流互感器(OCT)在电力系统中应用,将光纤传感技术与磁致伸缩材料相结合,提出了一种新型的OCT的设计方法.将干涉仪的两个臂分别沿平行于磁场方向和垂置与磁场方向回环粘贴在正方形磁致伸缩材料的两个表面上,确保光纤均匀、对称分布,上下表面上光纤正交排列、匝数相同,形成双臂对称型的马赫-曾德干涉仪,得到了一定的温度补偿,消除了磁致伸缩材料热膨胀带来的测量影响,测量误差为0.65%,表明了该结构能达到温度补偿的效果,在一定程度上解决了阻碍OCT实用化进程的测量温漂问题.     

光学电压传感器温度响应特性分析与实验研究

光学电压传感器面临温度稳定性问题。本文以BGO晶体的Pockels效应模型为基础,结合热光效应等推导出光学电压传感器在多物理场作用下的温度响应模型,并对输出信号进行频谱分析,得到温度对传感器输出的影响规律,即由温度引起的输出漂移属于低频分量。在卡尔曼滤波降噪的基础上,提出了一种基于频谱分析的高通滤波温度补偿方法,通过滤除低频分量提高温度稳定性,并进行标定实验和温度响应特性实验。实验结果表明,传感器在[0℃,50℃]温度范围内输出电压测量精度优于±1.79%,与同平台下BP神经网络温度补偿方法进行对比,该方法易于实现且有效地抑制了温度漂移的影响。     

具有温度自补偿功能的宽频带光纤电场传感器

光纤电场传感器抗电磁干扰能力强、响应速度快，在电力设备运行状态和绝缘状况的监测领域有着广阔的应用前景。现有的光纤电场传感器由多个不同功能的分立光学器件组合而成，光路耦合对准困难、光功率损耗大、灵敏度低。此外，温度交叉敏感问题进一步限制了传感器的实际工程应用。为克服现有技术难题，提出一种以特种功能光纤取代分立光学器件，进而形成全光纤电场传感器的技术思路。传感器中的起偏器、检偏器、波片等功能器件均在光纤上实现，避免了分立元件之间对准、耦合等带来的传感器结构不稳定、性能低等问题。此外，通过双晶体正交级联光路结构的设计，赋予传感器温度自补偿功能，实现对温度交叉敏感的有效抑制。实验结果表明，传感器可同时对50 Hz低频电场和纳秒级脉冲电场进行有效捕获，环境温度变化给测量结果带来的误差仅为0.1%/℃。全光纤电场传感器结构简单、稳定性好、测量频带宽，在电力设备快速暂态过电压的测量方面有着重要的潜在应用价值。     

光纤光栅传感器在电力电缆测温系统中的应用

温度监测是预防电力电缆大量使用引发事故的常规方法,通过对国内外4种常用电力电缆测温技术的分析,认为光纤光栅温度传感技术抗电磁干扰能力强,布置灵活,可实现多目标温度的快速准确测量;阐述了光纤光栅传感器的测温原理;实际应用表明,利用光纤光栅传感器监测电力电缆温度安全可靠、精度高、监测距离远.     

一种耦合法拉第旋光器的全光纤电流传感器

电力系统暂态电流的实时感知对研究系统扰动、故障和控制保护具有重要意义。针对当前全光纤电流传感器难以同时兼顾宽频测量和宽温区适应性的难题,该文提出在传感光纤几何中点处耦合法拉第旋光器的直通式光路结构,并采用双线绕法绕制光纤环。采用琼斯矩阵建立该结构的理论模型,通过磁场和光场耦合分析该传感器结构降低环境敏感性的传感机理。通过试验测试传感器的频率特性和温度特性,结果表明,该传感器具有良好的频率特性:10Hz～10kHz频响试验的幅值误差不超过2.3%,相移小于2°;3k A标准8/20ms雷电冲击电流响应试验的误差小于2.1%,波形相似度为0.9971,表明有效频带可覆盖至标准雷电流;温度试验表明,该结构可显著降低传感器的温度敏感性,在-20℃～60℃范围内的误差小于4.3%(传统基本结构为29%)。该文所提出的全光纤电流传感器结构具有较好的频率响应特性和优异的温度适应性,满足电网暂稳态电流实时感知的要求。     

特殊螺旋高双折射保椭圆光纤研究及其在电流互感器中的应用

光纤电流传感器在电力电流测量领域具有广泛的应用潜力,其中电流传感光纤的性能是制约光纤电流传感器稳定性的关键因素。针对当前构成电流传感光纤的主要组成部分光纤波片与传感光纤存在性能一致性与稳定性差的问题,设计并制作了一种特殊螺旋高双折射保椭圆光纤用作电流传感光纤,可以有效地解决电流传感光纤存在的这些问题。先介绍该特殊光纤的结构,根据耦合模理论对其传感功能、抗干扰能力进行了理论分析。利用该光纤研制了光纤电流传感器,并对其测量精度、抗振动特性等进行了检测。测试结果表明,该光纤电流传感器采用40m/s~2加速度持续振动的8h内,电流传感器测量比差保持在±0.05%,具有较强的抗干扰能力;在-40℃~70℃的温度范围内以及额定1200A的测量电流下,测量比差与相差分别在±0.05%与±1′以内;在频率为0~1500Hz内的测试电流下,电流传感的精度在±0.2%以内。采用该特殊螺旋高双折射光纤所制作的高精度和高稳定性光纤电流传感器,在±800k V灵州换流站成功挂网运行。