光纤Bragg光栅在电缆中间接头测温中的应用研究

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电缆中间接头是安装在电缆与电缆之间,使之形成连续电路的装置,在电力输送过程中具有重要的作用。实际运行经验和理论分析都表明:在电缆中间接头处发生的故障都不是突发的事故,往往是因为接头的各种故障产生了大量的热,导致电缆中间接头的温度不断升高,最终引起热击穿或者电缆火灾,所以中间接头为线路中最薄弱环节。电缆中间接头故障的前期征兆基本上是过热现象,而接头温度是反映其运行状况的一个很重要的参数,所以对电缆中间接头的温度进行在线监测,有助于发现安全隐患,提高电缆接头的安全性、可靠性。本文设计了一种可用于电缆中间接头内部的光纤Bragg光栅温度传感器。传感器安装在电缆中间的冷缩绝缘件外表面。接头产生的热量通过冷缩绝缘件传递到毛细铜管和Bragg光栅,最终引起光纤Bragg光栅反射中心波长的变化。本文主要研究内容如下:(1)设计了一个可以用于电缆中间接头内部的光纤Bragg光栅传感器并推导出传感模型。(2)选择了传感器的加工材料并根据电缆中间接头的尺寸,对传感器进行设计。传感器包括:长度为5cm,内径为2mm,外径为4mm的毛细铜管、长度为5cm,厚度为0.5mm,直径为3.5cm的环状铜片、内径为lmm,外径2mm的聚四氟乙烯套管。理论计算出传感器的灵敏度为:19.84pm/℃。(3)对传感器进行测试实验,结果表明该传感器的非线性误差为0.94%FS(0-90℃),重复性为2.7%FS(0-90℃),灵敏度为18.34pm/℃。并在1kV、3+1芯、横截面积25mm2的交联聚乙烯铝芯电缆上安装冷缩中间接头,其中红色缆芯的接头采用正常的制作工艺;黄色缆芯的接头采用模拟大接触电阻的制作工艺;绿色缆芯的接头采用破坏绝缘层和不打磨铝芯中间连接管毛刺的制作工艺。(4)对电缆中间接头做高电实验和低压实验。对在红色和黄色缆芯的接头做低压实验时,施加的电压等级依次为75V、100V、125V,每次加压的时间为120min,每隔20min记录一次数据。本实验表明:电压为125V,时间为120min,模拟大电阻接头的温升比正常制作的接头温升高4.95℃,反映了在相同的时间和相等的电压下,模拟大接触电阻的接头比正常制作的接头温度高。对红色和绿色缆芯的接头做高压实验时,电压依次为5kV和15kV,实验时间为40min,并每隔5min记录一次数据。本实验表明:电压为15kV,时间为40min,严重局部放电接头的温升比正常制作的接头温升高4.31℃,反映了在相同的电压等级和相等的时间下,局部放电严重接头的温升比正常制作接头的温升高。
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