【摘 要】
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由于具有耐污闪性能好、质量轻、强度高等优点,复合绝缘子被广泛应用于电网输电线路。然而,电网的快速发展使得输电线路需要跨越高海拔、高湿、覆冰（雪）等气候多变区域,容易导致绝缘子覆冰。其中,雨凇覆冰具有硬度高和附着力强等特性,更容易引发绝缘子冰闪,是对电网安全威胁最大的一种覆冰类型。传统绝缘子覆冰监测方法有紫外成像、泄漏电流、杆塔图像监测和无人机巡视等,存在摄像头易被遮挡、雨雪天无人机无法起飞、电源供
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由于具有耐污闪性能好、质量轻、强度高等优点,复合绝缘子被广泛应用于电网输电线路。然而,电网的快速发展使得输电线路需要跨越高海拔、高湿、覆冰（雪）等气候多变区域,容易导致绝缘子覆冰。其中,雨凇覆冰具有硬度高和附着力强等特性,更容易引发绝缘子冰闪,是对电网安全威胁最大的一种覆冰类型。传统绝缘子覆冰监测方法有紫外成像、泄漏电流、杆塔图像监测和无人机巡视等,存在摄像头易被遮挡、雨雪天无人机无法起飞、电源供电不稳定等问题。研究绝缘子覆冰无源传感技术,有利于预防输电线路覆冰灾害,对建设智能电网和泛在电力物联网具有重要意义。光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）具有绝缘性能好、抗电磁干扰能力强和无源传感等优点,而且光纤信号线和传感器适合植入复合绝缘子的长棒形结构中,组成大型分布式传感和信号传递网络,长距离、全天候监测复合绝缘子的运行状态。本文基于光纤光栅传感原理,研究植入光纤光栅的复合绝缘子单雨凇覆冰定位定量检测方法,主要研究内容如下:（1）在复合绝缘子护套-芯棒界面植入光纤光栅并验证界面性能。分别采用环氧树脂胶（环氧）和室温硫化硅橡胶（RTV）作为光纤粘接剂,在护套-芯棒界面植入3根刻录光栅的光纤,制得光纤复合绝缘子;进行改进水扩散试验、泄漏电流测量和扫描电镜（SEM）试验,用界面泄漏电流和微观图像分析光纤复合绝缘子的界面性能。（2）绝缘子雨凇覆冰温度与荷载区分测量方法。为解决光栅温度和应变交叉敏感问题,采用陶瓷封装光栅进行温度和荷载区分测量,提出植入式和非植入式温度补偿光栅;对植入光纤光栅的复合绝缘子进行温度标定试验,得出光栅的温度灵敏度;分析径向力和轴向力对温度补偿光栅波长的影响,提出光纤复合绝缘子的光栅温度补偿方法。（3）光纤复合绝缘子伞裙单雨凇荷载定位定量检测方法。用砝码进行模拟雨凇荷载试验,研究单雨凇荷载和多雨凇荷载对同一伞裙上光栅波长偏移量的影响,以及单雨凇荷载对相邻和间隔多片伞裙上光栅波长偏移量的影响,得出光栅的雨凇荷载灵敏度;提出基于加权质心算法的伞裙单雨凇荷载定位定量检测方法,进行了模拟雨凇荷载检测试验,验证了检测方法的可行性。（4）光纤复合绝缘子雨凇荷载仿真和光栅应变传递力学解析模型。建立光纤复合绝缘子三维有限元仿真模型,采用传输矩阵法计算非均匀应变光栅的波长偏移量;建立光栅应变传递力学解析模型,提出护套至光栅的应变传递系数计算方法;仿真单雨凇荷载和多雨凇荷载对同一伞裙上光栅波长偏移量影响,以及单雨凇荷载对相邻和间隔多片伞裙上光栅波长偏移量影响,得出光栅的雨凇荷载灵敏度理论值,与第四章模拟雨凇荷载试验结果对比,为光纤复合绝缘子单雨凇覆冰定位定量检测提供理论基础。（5）人工雨凇覆冰研究伞裙单雨凇荷载定位定量检测方法。在低温人工气候室对光纤复合绝缘子进行单雨凇覆冰,采用Savitzky-Golay滤波法消除噪声;分析单雨凇荷载对同一伞裙上,以及相邻和间隔多片伞裙上光栅波长偏移量的影响;采用伞裙单雨凇荷载定位定量检测方法,检测人工覆冰试验中雨凇的位置和荷载大小,与第四章模拟雨凇荷载试验结果对比,进一步验证了检测方法的准确性。论文研究成果为绝缘子覆冰无源传感提供新的思路和良好的参考价值。
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