[发明专利]过载保护型光纤布喇格光栅称重传感器及覆冰监测系统

说明书

技术领域

本发明属于电力系统领域，尤其涉及一种过载保护型光纤布喇格光栅称重传感器及覆冰监测系统。

背景技术

在各种自然灾害中，冰灾给电网造成的损失经常更为严重。覆冰使得输电线路的荷重增加，易造成线路断线、倒塔倒杆、绝缘子闪络等等重大电力事故甚至整个电网的瘫痪。在挪威、美国、加拿大、英国、冰岛、芬兰、俄罗斯、日本等北方国家都曾发生过严重的输电线路覆冰灾害。我国输电线路分布广泛，所处环境恶劣，经常发生大面积覆冰事件。2008年，一场国际上罕见的大面积覆冰影响了我国南方十几个省，由于持续的雨雪冰冻天气，导致输电线路大面积覆冰，杆塔不堪重负倒塌断线，供电线路大范围中断，电力设施遭到前所未有的破坏，直接经济损失超过千亿元。

输电线路覆冰在线监测可以为工作人员提供线路详实准确地的覆冰情况，极大地降低运行维护人员的工作强度，并达到覆冰观测的实时性和有效性。在冰雪恶劣的天气中，当线路出现大范围覆冰时，调度人员可以根据监测数据合理地进行除、融冰决策，有效地减少和预防冰灾带来的损害。国内外众多专家学者们在此领域开展了大量卓有成效的研究，基本形成了视频监控法、气象分析法、导线温度倾角法和覆冰法这几种主要的覆冰监测方法。其中应用最为广泛的是称重法。这种方法是最直接、最可靠、误差最小的国际通用的方法，加拿大、日本、俄罗斯等国家都是采用这种方法。目前称重法对导线悬挂点张力的测量都是通过电气测量的手段获得的，普遍采用的是传统的电阻应变式传感器测量方式，这种传感器制作简单，价格便宜，但其容易受环境影响，存在电桥平衡难、需要现场电源、非线性误差大和易受电磁干扰以及不能长期稳定运行等重要问题。此外，在直线塔处对输电线路覆冰进行称重，不能得到导线张力、弧垂等重要信息，而耐张塔承受较大张力，能够反映整个耐张段内的线路状态，在耐张塔处安装拉力传感器，结合倾角传感器可监测线路覆冰、导线轴向张力、弧垂等多项信息。现有的光纤布喇格光栅称重传感器由弹性体和光纤布喇格光栅传感器粘结而成，粘贴工艺复杂，且粘结剂属于有机物，在雨水、冷热变化等外界因素的影响下，力学性能会逐渐丧失甚至不能使用。此外，光纤布喇格光栅称重传感器替换线路金具使用，其拉断力应大于相应金具，而现有的光纤布喇格光栅称重传感器均不具有过载保护功能，只能通过增加弹性体截面积来增大拉断力，但传感器的灵敏度却因此而大大降低。

发明内容

针对背景技术中提到的现有覆冰测量系统易受复杂电磁环境影响、需要现场电源、在恶劣温湿度环境下易老化、无过载保护结构等不足，本发明提出了一种过载保护型光纤布喇格光栅称重传感器及覆冰监测系统。

一种过载保护型光纤布喇格光栅称重传感器，其特征在于，所述称重传感器包括弹性体、保护圆轴、光纤布喇格光栅应变计、光纤布喇格光栅温度计；所述弹性体包括上挂环、上圆板、保护圆孔、保护柱体、下圆板、下挂环和U型槽结构；

其中，所述上挂环和下挂环位于弹性体的两侧；所述上圆板分别与所述上挂环和U型槽结构连接；所述保护柱体位于U型槽结构两侧与下圆板相连；所述保护圆轴位于保护圆孔内；

所述U型槽结构构成称重传感器的应变传感部分；

所述的保护圆孔、保护柱体和保护圆轴构成称重传感器的过载保护部分；

所述的光纤布喇格光栅应变计分别对称点焊在U型槽结构上下表面的中心轴上；

所述的光纤布喇格光栅温度计点焊在过载保护部分上。

所述弹性体采用一块合金钢材一次性加工成形的整体结构，弹性体材料可点焊。

所述过载保护部分采用轴与孔相结合的结构；所述保护圆轴的直径小于保护圆孔的直径，用于通过调整轴孔间的缝隙来调整过载保护阈值。

所述称重传感器还包括圆筒形封装壳体，用于封装弹性体，并留有直径为3mm的光缆出线口。

所述的光纤布喇格光栅应变计采用坚固的可点焊式无胶封装。

所述光纤布喇格光栅温度计采用坚固的可点焊式无胶封装。

所述保护柱体与U型槽之间留有0.2mm的缝隙。

所述保护柱体与上圆板之间留有0.2mm的缝隙。

一种采用权利要求1所述称重传感器组成的覆冰监测系统，其特征在于，所述系统包括光纤布喇格光栅称重传感器，光纤复合架空地线OPGW传输线，光纤布喇格光栅波长解调仪和监控计算机；

其中，所述光纤布喇格光栅称重传感器安装在输电线路耐张塔上，所述光纤布喇格光栅称重传感器通过光纤复合架空地线OPGW传输线和光纤布喇格光栅解调仪连接；所述光纤布喇格光栅解调仪与监控计算机连接；