分布式光纖測溫技術(shù)在高壓及超高壓電纜中應(yīng)用解決方案
分布式光纖測溫技術(shù)高壓電纜測溫解決方案
分布式光纖測溫技術(shù)是未來高壓及超高壓電纜智能測溫的發(fā)展方向。電纜分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)是沿整個(gè)電纜傳輸系統(tǒng)分布的檢測系統(tǒng), 通過利用光纖分布式監(jiān)測系統(tǒng)對運(yùn)行電纜的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測, 跟蹤電纜溫度變化的過程并對發(fā)熱點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位, 還可結(jié)合周圍環(huán)境的狀況分析輸電線路安全性。220 kV高壓智能測溫電纜是本公司自主設(shè)計(jì)的一種高壓光纖復(fù)合測溫電纜, 電纜中獨(dú)特的內(nèi)置光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其具有分布式光纖測溫能力, 可實(shí)時(shí)監(jiān)測線路運(yùn)行時(shí)的溫度變化。對電纜內(nèi)置光纖放置過程存在的缺陷進(jìn)行了分析, 進(jìn)而設(shè)計(jì)了一種光纖S形擺動裝置。
電纜內(nèi)置光纖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
通過多次試驗(yàn)、反復(fù)比較, 本公司自主設(shè)計(jì)的220 kV高壓智能測溫電纜內(nèi)置光纖采用了獨(dú)特的結(jié)構(gòu), 即光纖采用S形放置于皺紋鋁護(hù)套與絕緣線芯頂部的縫隙之間 (采用緩沖帶墊片作保護(hù)層以防止光纖在生產(chǎn)時(shí)受到壓力損傷, 或者受到擠包鋁護(hù)套時(shí)產(chǎn)生的高溫燙傷) ,該電纜內(nèi)置光纖的S形放置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免了以下弊端:a.光纖內(nèi)置于電纜內(nèi)部的方式有與電纜縱向直線平行和繞包兩種。當(dāng)電纜通電運(yùn)行時(shí), 導(dǎo)體及絕緣的溫度會升高, 由于光纖的線膨脹系數(shù)與導(dǎo)體及絕緣材料的線膨脹系數(shù)相差較大, 因此如光纖采用與電纜縱向直線平行方式放置時(shí), 固定在電纜鋁護(hù)套內(nèi)表面或絕緣線芯外表面上的光纖可能會因不能與受熱電纜同步伸長而受到拉伸應(yīng)力, 導(dǎo)致光纖附加衰減增加, 影響光纖測溫準(zhǔn)確性。同時(shí), 由于高壓電纜直徑較大, 當(dāng)電纜彎曲時(shí), 外側(cè)長度會被拉長, 如與電纜縱向直線平行方式放置的光纖正好處于彎曲外側(cè), 則極有可能被拉斷。b.如光纖采用螺旋形繞包在電纜絕緣線芯緩沖帶外表面上時(shí), 在成品電纜上盤或安裝敷設(shè)下盤時(shí)電纜會產(chǎn)生彎曲或扭曲, 使光纖也隨之發(fā)生彎曲或扭曲。如果電纜以繞包方向同向扭曲時(shí)光纖會被勒緊伸長, 如果電纜以繞包方向反向扭曲時(shí)光纖會發(fā)生松弛, 即使在電纜彎曲或扭曲復(fù)原后, 光纖仍會有皺紋扭曲存在, 導(dǎo)致光纖附加衰減增加, 影響光纖測溫準(zhǔn)確性。c.如光纖采用螺旋形纏繞在絕緣線芯外表面上時(shí), 絕緣線芯受熱膨脹時(shí), 使緊密纏繞在絕緣線芯上的光纖受到應(yīng)力作用。電纜是在常溫下生產(chǎn), 當(dāng)通電滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí), 導(dǎo)體溫度有時(shí)會達(dá)到90 ℃, 從常溫升到90 ℃時(shí), 絕緣厚度將膨脹1.5 mm左右, 即絕緣外徑將膨脹3 mm左右, 緊密纏繞在絕緣線芯上的光纖將無法吸收這部分膨脹體積, 從而導(dǎo)致光纖附加衰減增加, 影響光纖測溫準(zhǔn)確性[3]。
該電纜內(nèi)置光纖的S形放置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn):我國高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜大部分采用表面呈波紋形狀具有一定撓性的鋁護(hù)套 (即皺紋鋁護(hù)套) , 在鋁護(hù)套和電纜絕緣線芯表面的緩沖帶之間有一定的空隙。當(dāng)光纖采用S形放置于皺紋鋁護(hù)套與絕緣線芯頂部的縫隙之間時(shí), 可減少成品電纜上盤或安裝敷設(shè)下盤時(shí)拉力使電纜產(chǎn)生彎曲或扭曲對光纖的影響。由于大規(guī)格高壓電纜的重量較重, 在擠包電纜鋁護(hù)套或氬弧焊電纜鋁護(hù)套時(shí)絕緣線芯易下沉到鋁護(hù)套的套內(nèi)下方, 電纜絕緣線芯和皺紋鋁護(hù)套的內(nèi)側(cè)凸出部分易相互擠壓, 光纖在絕緣線芯表面上的S形放置方式避免了螺旋形繞包方式時(shí)光纖易受擠損傷的不足。
原220 kV高壓智能測溫電纜內(nèi)置光纖放置工藝流程為:a.在緩沖帶繞包的前端部位, 2名操作工將光纖沿電纜長度方向呈S形或蛇形放置于電纜絕緣線芯上, S形節(jié)距為400～500 mm, S形波幅為30～40 mm;b.采用半導(dǎo)電膠帶 (50 mm (長) ×10 mm (寬) ) 垂直于電纜方向?qū)⒐饫w粘在電纜絕緣線芯上;c.采用2層寬160 mm、厚2.0 mm的半導(dǎo)電緩沖阻水帶覆蓋在膠帶粘好的光纖上面進(jìn)行保護(hù), 半導(dǎo)電緩沖阻水帶兩側(cè)采用膠帶每隔500～600 mm于光纖S形波峰處各粘一次, 當(dāng)半導(dǎo)電緩沖阻水帶有接頭時(shí)采用膠帶上下2層粘貼[4];d.在電纜前后兩端0.5 m范圍內(nèi)不加光纖, 以防止在制作端頭時(shí)損壞光纖;電纜的收線盤內(nèi)徑應(yīng)大于20D (D為電纜直徑) , 以防止電纜彎曲半徑過小, 損傷光纖;e.進(jìn)入皺紋鋁護(hù)套工序以及外護(hù)套工序后, 與普通高壓電纜生產(chǎn)過程一樣, 但要在生產(chǎn)過程中避免電纜遭受猛烈或過大的瞬時(shí)強(qiáng)拉力, 保持電纜的恒張力收放過程以及成品電纜的收線盤內(nèi)徑大于20D。
雖然采用該工藝流程生產(chǎn)的220 kV高壓智能測溫電纜性能測試結(jié)果合格, 但仍存在問題:采用人工方式, 人為將光纖擺成S形, 用膠帶粘牢, 再進(jìn)行繞包帶纏包, 造成生產(chǎn)效率低、操作人員勞動強(qiáng)度大、光纖S形不規(guī)則、效果不理想, 同時(shí)因電纜生產(chǎn)時(shí)有一定前行速度, 在電纜前行時(shí)依靠人工將光纖放置在電纜絕緣表面, 存在安全隱患, 易造成安全生產(chǎn)事故。
電纜內(nèi)置光纖S形擺動裝置設(shè)計(jì)
光纖S形擺動裝置設(shè)計(jì)
針對原220 kV高壓智能測溫電纜人工方式內(nèi)置光纖工藝的不足, 設(shè)計(jì)了一種光纖S形擺動裝置 (即光纖擺動器) ,該裝置主要由摩擦輪、齒輪傳動機(jī)構(gòu)、偏心輪、擺 (動) 臂等組成。
該裝置屬于無動力擺動裝置, 電纜外圓周側(cè)面設(shè)計(jì)有一個(gè)貼緊電纜并隨電纜行進(jìn)而轉(zhuǎn)動的摩擦輪, 摩擦輪的轉(zhuǎn)軸與電纜行進(jìn)方向垂直;電纜外圓周側(cè)面設(shè)計(jì)一根擺臂;擺臂前端連接有帶動擺臂擺動的擺臂驅(qū)動機(jī)構(gòu), 摩擦輪與擺臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)之間設(shè)有齒輪傳動機(jī)構(gòu), 利用電纜的行進(jìn)帶動摩擦輪, 通過齒輪傳動機(jī)構(gòu)、偏心輪的傳動, 使裝置的擺臂有一定幅度的擺動, 確保光纖不承受較大的拉力;光纖穿過擺臂后端的?？? 呈S形牢固穩(wěn)定地附著在電纜絕緣外屏蔽表面;4根包帶導(dǎo)桿環(huán)繞于電纜四周, 分布于正方形的4個(gè)角上, 包帶導(dǎo)桿與電纜平行, 緩沖包帶通過包帶導(dǎo)桿后繞包于電纜上, 將光纖包扎固定并實(shí)施保護(hù);電纜外圓周上接有空心管, 空心管安裝于空心管襯圈座上, 可360°任意調(diào)整, 確保光纖可放置于電纜的任一側(cè)面。
該裝置傳動機(jī)構(gòu)包括:擺臂前端設(shè)有擺臂支點(diǎn), 擺臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)為一偏心輪, 偏心輪連接于擺臂支點(diǎn)后側(cè), 擺臂后端設(shè)有雙模座, 雙模座上設(shè)置?？?摩擦輪的轉(zhuǎn)軸安裝于軸承座1上, 軸承座1上設(shè)有滾動軸承與摩擦輪轉(zhuǎn)軸配合, 軸承座1上設(shè)有緊定座, 緊定座上設(shè)有緊定螺絲, 齒輪傳動機(jī)構(gòu)包括與摩擦輪轉(zhuǎn)軸固定的齒輪1, 齒輪1與齒輪2嚙合傳動, 齒輪2的轉(zhuǎn)軸上固定有齒輪3, 齒輪3與齒輪4嚙合, 齒輪4的轉(zhuǎn)軸安裝于軸承座2上, 軸承座2上設(shè)有滾動軸承與齒輪4的轉(zhuǎn)軸配合, 齒輪4的轉(zhuǎn)軸上固定有齒輪5, 齒輪5與齒輪6嚙合, 齒輪6的轉(zhuǎn)軸安裝于軸承座3上, 偏心輪固定于齒輪6的轉(zhuǎn)軸上。當(dāng)電纜向前行進(jìn)時(shí), 包帶導(dǎo)桿做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn), 包帶通過包帶導(dǎo)桿后繞包于電纜上。與此同時(shí), 緊壓在電纜表面的摩擦輪產(chǎn)生足夠的摩擦力, 帶動齒輪1, 并分多級傳動至齒輪2、齒輪3、齒輪4、齒輪5、齒輪6, 齒輪6再帶動偏心輪轉(zhuǎn)動, 偏心輪的旋轉(zhuǎn)使套在偏心輪上的擺臂做繞其支點(diǎn)的擺動, 而光纖通過裝在擺臂上的?？? 隨著電纜的行進(jìn)、擺臂的擺動, 就自然形成了S形, 包帶隨之將其包扎固定。
光纖S形擺動裝置使用效果驗(yàn)證
該光纖S形擺動裝置的結(jié)構(gòu)小巧緊湊, 無需額外動力, 無需改動原220 kV高壓智能測溫電纜內(nèi)置光纖放置工藝流程, 可大幅度減輕操作人員的勞作強(qiáng)度, 生產(chǎn)效率大大提高, 且內(nèi)置光纖形成的S形十分規(guī)則整齊, 效果非常理想。為了驗(yàn)證該光纖S形擺動裝置的實(shí)際使用效果, 采用其分別制作了長度為530 m和490 m的兩盤OPHC-YJLW03 127/220 kV 1×2 500 mm2-CTG-12B1 220 kV高壓智能測溫電纜, 并對成品電纜的主要性能進(jìn)行了測試,兩盤220 kV高壓智能測溫電纜的性能均符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。這兩盤220 kV高壓智能測溫電纜進(jìn)行了全性能的型式試驗(yàn), 試驗(yàn)數(shù)據(jù)均符合設(shè)計(jì)要求。
設(shè)計(jì)了一種220 kV高壓智能測溫電纜用內(nèi)置光纖S形擺動裝置, 生產(chǎn)結(jié)果表明設(shè)計(jì)的光纖S形擺動裝置生產(chǎn)效率高、工藝結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、產(chǎn)品性能優(yōu)良。 220 kV高壓智能測溫電纜產(chǎn)品經(jīng)國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)等多家單位使用, 用戶反映良好。未來高壓電纜將朝智能化、集成化方向發(fā)展, 可以預(yù)計(jì)高壓智能測溫電纜將有著廣闊的市場發(fā)展前景。