[发明专利]基于VCSEL波长解调的光纤光栅绝缘子温度监测系统及方法

说明书

本发明公开基于VCSEL波长解调的光纤光栅绝缘子温度监测系统及方法，包括：复合绝缘子、设于复合绝缘子高压端和低压端的光纤光栅和监测环境温度的光纤光栅温度传感器；基于VCSEL的光纤光栅波长解调系统对光纤光栅在不同温度下的波长变化进行解调，得到复合绝缘子高压端、低压端温度和环境温度；自组网通讯系统中，Lora模块接收温度数据，经Lora协议和北斗协议的转换后，通过北斗模块转发至监测终端，根据高压端和低压端的温度差和环境温度进行预警。通过基于VCSEL的光纤光栅波长解调系统进行波长解调得到温度，通过北斗和Lora组网形成自组网通讯系统传输温度，实现复合绝缘子温度的实时在线监测。

技术领域

本发明涉及复合绝缘子检测技术领域，特别是涉及一种基于VCSEL波长解调的光纤光栅绝缘子温度监测系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在电力系统运行中，复合绝缘子芯棒和护套的界面缺陷问题对绝缘子的绝缘性能和输电线路的安全稳定运行具有重要影响，复合绝缘子长期工作于强电场、机械应力、污秽、温湿度等共同构成的错综复杂的恶劣环境中，以及芯棒与硅橡胶界面工艺控制不良，出现故障的几率很大，严重威胁电力系统的安全运行。

复合绝缘子在正常运行状态下，内部的电压分布随其在复合绝缘子中位置的变化而发生变化，靠近高压端的分布电压较高，中间的稍低，低压端的分布电压又有所回升，所以正常情况下，复合绝缘子不同位置的温升也会随着电压分布体现出来，并且温度是连续分布的。

当复合绝缘子外部受损、内部出现裂缝、芯棒本身材质不良或芯棒与绝缘护套界面间有气隙时，那么水汽、杂质会慢慢侵入形成电解质气泡，如果在复合绝缘子的高压端形成电解质气泡，由于高压端的高场强，气泡很容易被击穿进而产生局部放电，导致局部发热，使绝缘护套老化并产生裂纹。

在外部环境的综合作用下，表面逐步炭化成导电态，造成高压端绝缘护套被破坏，高场强加到下一段护套上，局部放电一步一步向低压端发展，逐步减小了绝缘子的有效绝缘距离，最终会导致整个绝缘子击穿损坏。

另外，在正常情况下复合绝缘子的绝缘电阻很大，内部的泄漏电流非常小，但当复合绝缘子高压端某处的绝缘电阻因劣化或老化使阻值下降时，绝缘子内部的泄漏电流会集中流过该处，导致该处电阻损耗过大，从而出现局部发热。局部放电和绝缘电阻老化都会引起绝缘子局部发热，可通过检测绝缘子不同局部温度和输电高塔环境温度的情况来判断绝缘子运行状况异常。

目前广泛应用的方法是红外热成像检测法，主要缺点在于检测结果容易受观察视角的影响，而且这种检测方法效率低，只能做针对性跟踪检测，不适合大范围的绝缘子温度的检测。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于VCSEL波长解调的光纤光栅绝缘子温度监测系统及方法，通过基于VCSEL的光纤光栅波长解调系统进行波长解调，得到温度数据，通过北斗和Lora组网形成自组网通讯系统，传输温度信号，实现高压输电线路复合绝缘子温度的实时在线监测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种基于VCSEL波长解调的光纤光栅绝缘子温度监测系统，包括：光纤光栅绝缘子、光纤光栅温度传感器、基于VCSEL的光纤光栅波长解调系统和自组网通讯系统；

所述光纤光栅绝缘子包括复合绝缘子和设于复合绝缘子高压端和低压端的光纤光栅；

所述光纤光栅温度传感器设于输电高塔塔头两侧，用于监测环境温度；