專利名稱：變壓器局部放電光纖檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種輸配電設(shè)備在線檢測技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用，具體的說是涉及一種 集現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳感、解調(diào)、采集、數(shù)據(jù)處理為一體的變壓器局部放電光纖檢測裝置。
背景技術(shù)：
大型變壓器是電力系統(tǒng)的最重要的設(shè)備之一，它的狀況直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安 全經(jīng)濟運行。資料表明，大型電力變壓器的故障以絕緣故障為主，局部放電既是絕緣劣化的 原因，又是絕緣劣化的先兆和表現(xiàn)形式。局部放電的檢測能夠提前反映變壓器的絕緣狀況， 及時發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的絕緣缺陷，預(yù)防潛伏性和突發(fā)性事故發(fā)生。測量局部放電的方法主 要包括脈沖電流法及超聲波法，傳統(tǒng)的脈沖電流法利用檢測阻抗接入到測量回路中來測量 變壓器局部放電引起的脈沖電流，屬于直接測量，靈敏度高，本質(zhì)上無遺漏，但是存在抗干 擾能力差，無法對局部放電位置定位的缺點。局部放電發(fā)生時都伴隨著聲發(fā)射現(xiàn)象，聲發(fā)射 的頻度和幅度能反映局部放電的水平，因此局部放電超聲波測量法屬于間接測量法，傳統(tǒng) 的壓電陶瓷超聲傳感器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，由于局部放電產(chǎn)生的電磁干擾嚴(yán)重，壓電陶瓷 傳感器同樣存在受電磁干擾的問題，并且長距離傳輸容易衰減，需要額外的前置放大器。光 纖聲發(fā)射傳感器作為一種光無源器件，本質(zhì)安全，不受電磁干擾，絕緣等級高，長距離傳輸 不用中繼放大，易于組網(wǎng)和復(fù)用，適合用于變壓器局部放電在線監(jiān)測。在變壓器局部放電檢測領(lǐng)域，已公布的專利中核心技術(shù)均為基于電子的手段，未 檢索到基于光纖法測量的專利。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有的壓電陶瓷測量變壓器局部放電的不足之處，提供 一種變壓器局部放電光纖檢測裝置，該裝置具有本質(zhì)安全，不受電磁干擾，絕緣等級高，長 距離傳輸不用中繼放大，易于組網(wǎng)和復(fù)用的優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種變壓器局部放電光纖檢測裝置，它主要包括激光光源、傳輸光纜、光纖傳感 器、光電信號轉(zhuǎn)換及處理裝置，其中光纖傳感器安裝在變壓器外殼或安裝在變壓器內(nèi)。所述光電信號轉(zhuǎn)換及處理裝置包括光電轉(zhuǎn)換及信號處理器，它與濾波器、數(shù)據(jù)采 集卡連接，數(shù)據(jù)采集卡與工控機連接。所述激光光源為產(chǎn)生C波段激光的半導(dǎo)體DFB激光器。所述光纖傳感器的光纖傳感探頭由熔融拉錐過度耦合器封裝在磁性材料上而成， 包含一進兩出三根光纜，通過真空脂粘貼到變壓器外殼上。所述一進兩出三根光纜為光纖傳感器進光臂、光纖傳感器直通臂和光纖傳感器耦 合臂，三者交匯處為耦合區(qū)，耦合區(qū)設(shè)有環(huán)氧連接端。本實用新型的變壓器局部放電光纖檢測裝置，主要包括C波段激光光源，光纖 傳感探頭，解調(diào)電路板，數(shù)據(jù)采集卡，計算機。激光光源為半導(dǎo)體DFB激光器，中心波長1309. 5nm，功率8mW，帶寬< 100pm，光纖傳感探頭由熔融拉錐過度耦合器封裝在磁性材料上而成，包含一進兩出三根光纜，通過真空脂粘貼到變壓器外殼上使得變壓器局放產(chǎn)生的 超聲信號充分地傳到傳感器上，光源發(fā)出的光經(jīng)過1端口進入傳感器，然后經(jīng)傳感器分為 兩路送解調(diào)電路板的兩個光電探測器，攜帶了傳感信息的光經(jīng)過光電探測器轉(zhuǎn)換成電信號 進行模擬運算處理，經(jīng)放大和有源濾波后通過數(shù)據(jù)采集卡完成AD轉(zhuǎn)換與計算機通訊，軟件 完成在線監(jiān)測的任務(wù)，包括頻譜分析，數(shù)據(jù)觸發(fā)，歷史查詢等等。鑒于高頻聲波衰減較大并 參考相似行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，本裝置帶寬為20-250KHZ。本裝置的工作過程當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時，必然伴隨著聲發(fā)射現(xiàn)象，聲發(fā) 射產(chǎn)生的超聲在通過變壓器油傳到變壓器外殼上的光纖傳感器上，對光纖傳感器來說，聲 波在介質(zhì)中傳播引發(fā)的應(yīng)力場會導(dǎo)致介質(zhì)折射率的變化。當(dāng)外部聲場作用于傳感器耦合區(qū) 時，會在耦合區(qū)的環(huán)氧連接端激發(fā)出內(nèi)部的聲波，這個聲波沿著耦合區(qū)傳播導(dǎo)致應(yīng)變場沿 耦合區(qū)的擾動。傳感器的錐形區(qū)起到應(yīng)變集中的作用，在細(xì)腰區(qū)入射聲波的效果被放大。入 射聲波傳播引起的動態(tài)應(yīng)變場在光彈作用和機械作用下使耦合區(qū)折射率和有效耦合長度 發(fā)生改變，引起耦合系數(shù)C(Z)和有效耦合長度1的變化，擾動導(dǎo)致傳感器耦合臂和直通臂 輸出光功率的變化，光功率的變化攜帶了聲波的幅度和頻率的信息，且兩臂變化趨勢相反。 解調(diào)電路進行光電轉(zhuǎn)換和信號運算，經(jīng)有源濾波后送出信號到數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡通 過USB接口與計算機通訊，相應(yīng)軟件完成最終的波形顯示和頻譜變換、觸發(fā)保存的工作。

圖1.本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2.光纖傳感器結(jié)構(gòu)圖；圖3.施加110 μ ε (間斷線)和220 μ ε (點間斷線)時光纖傳感器歸一化輸出 光譜；圖4.本裝置測得的局放引起的超聲信號波形及頻譜圖。其中，1半導(dǎo)體DFB激光器，2傳輸光纜，3光纖傳感器，4變壓器，5環(huán)氧連接端，6光 電轉(zhuǎn)換及信號處理器，7濾波器，8數(shù)據(jù)采集卡，9工控機，10光纖傳感器進光臂，11耦合區(qū)， 12光纖傳感器直通臂，13光纖傳感器耦合臂。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與具體實施例對本實用新型進一步說明。如圖1所示，它主要包括激光光源、傳輸光纜2、光纖傳感器3、光電信號轉(zhuǎn)換及處 理裝置，其中光纖傳感器3安裝在變壓器外殼上。光電信號轉(zhuǎn)換及處理裝置包括光電轉(zhuǎn)換及信號處理器6，它與濾波器7、數(shù)據(jù)采集 卡8連接，數(shù)據(jù)采集卡8與工控機9連接。激光光源為產(chǎn)生C波段激光的半導(dǎo)體DFB激光器1。圖2中，光纖傳感器3的光纖傳感探頭由熔融拉錐過度耦合器封裝在磁性材料上 而成，包含一進兩出三根光纜，通過真空脂粘貼到變壓器外殼上。一進兩出三根光纜為光纖 傳感器進光臂10、光纖傳感器直通臂12和光纖傳感器耦合臂13，三者交匯處為耦合區(qū)11， 耦合區(qū)11設(shè)有環(huán)氧連接端5。[0023]圖3為施加110 μ ε (間斷線)和220 μ ε (點間斷線)時光纖傳感器歸一化輸出 光譜，其中，間斷線代表對傳感器施加110μ ε時的歸一化光譜圖，點間斷線代表對傳感器 施加220μ ε時的歸一化輸出光譜圖，X軸代表波長，單位為nm，Y軸代表透射率，單位為 dB0圖4中X軸為時間，單位為每格50ms，Y軸為電壓，單位每格為20mV。本實用新型中，C波段半導(dǎo)體DFB激光器1發(fā)出的光經(jīng)內(nèi)置的光隔離器進入傳輸光 纜2，到達光纖傳感器3的光纖傳感器進光臂10，光纖傳感器3通過真空脂粘貼在變壓器4 的外殼上面，經(jīng)過光纖傳感器3后經(jīng)過光纖傳感器直通臂12和光纖傳感器耦合臂13 兩路 從傳輸光纜2進入光電轉(zhuǎn)換及信號處理器6 (即解調(diào)儀)，在解調(diào)儀內(nèi)部進行光電轉(zhuǎn)換和信 號處理，放大得到V1，V2，模擬電路計算單元對V1、V2按照公式(1)進行計算得到信號電壓 值V。 其中G為放大器增益，模擬除法運算可以消除由于光源強度起伏和線路連接損耗 對最終信號的影響，V。ffsrt為放大器的后級直流漂移調(diào)整，V。ffsrt漂移調(diào)整可以在光電轉(zhuǎn)換 不飽和的情況下靈活地消除不同傳感器損耗的不同造成系統(tǒng)靈敏度不一致的影響，此信號 經(jīng)放大后送有源20_250khz帶通濾波器7后得到末級輸出信號，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡8采集送工 控機9通過軟件顯示。試驗結(jié)果將本裝置在實驗室的變壓器模擬平臺上進行局部放電檢測實驗，變壓器的局部放 電同時由脈沖式局部放電檢測儀監(jiān)測，利用球板沿面放電模型模擬變壓器油中的局部放電 源，本裝置測得的信號及頻譜如圖4所示。測試結(jié)果表明，本裝置與脈沖電流局放儀的測量 結(jié)果具有高一致性，這說明本裝置能滿足變壓器局部放電在線監(jiān)測的要求?；趬弘娞沾傻某暡ǚy量變壓器局部放電受電磁干擾影響較重，并且不能放 入變壓器內(nèi)部比如繞組或者鐵芯等，由于石英是良好的電絕緣體，光纖傳感器可以放入變 壓器內(nèi)部適當(dāng)位置以實現(xiàn)精確的測量。
權(quán)利要求一種變壓器局部放電光纖檢測裝置，其特征是，它主要包括激光光源、傳輸光纜、光纖傳感器、光電信號轉(zhuǎn)換及處理裝置，其中光纖傳感器安裝在變壓器外殼或安裝在變壓器內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的變壓器局部放電光纖檢測裝置，其特征是，所述光電信號轉(zhuǎn)換 及處理裝置包括光電轉(zhuǎn)換及信號處理器，它與濾波器、數(shù)據(jù)采集卡連接，數(shù)據(jù)采集卡與工控 機連接。
3.如權(quán)利要求1所述的變壓器局部放電光纖檢測裝置，其特征是，所述激光光源為產(chǎn) 生C波段激光的半導(dǎo)體DFB激光器。
4.如權(quán)利要求1所述的變壓器局部放電光纖檢測裝置，其特征是，所述光纖傳感器的 光纖傳感探頭由熔融拉錐過度耦合器封裝在磁性材料上而成，包含一進兩出三根光纜，通 過真空脂粘貼到變壓器外殼上。
5.如權(quán)利要求4所述的變壓器局部放電光纖檢測裝置，其特征是，所述一進兩出三根 光纜為光纖傳感器進光臂、光纖傳感器直通臂和光纖傳感器耦合臂，三者交匯處為耦合區(qū)， 耦合區(qū)設(shè)有環(huán)氧連接端。
專利摘要本實用新型公開了一種變壓器局部放電光纖檢測裝置。它基于熔融拉錐過度耦合的光纖傳感器，屬于無源器件，不會破壞原有電場分布，本質(zhì)安全，不受電磁干擾，遠(yuǎn)程檢測無需中繼，長距離傳輸不用前置放大器，具有較高的靈敏度和信噪比，能檢測到變壓器局部放電所產(chǎn)生的超聲信號，便于實現(xiàn)組網(wǎng)，復(fù)用及在線監(jiān)測，故可以廣泛應(yīng)用于110KV及以上的油浸式變壓器中。它主要包括激光光源、傳輸光纜、光纖傳感器、光電信號轉(zhuǎn)換及處理裝置，其中光纖傳感器安裝在變壓器外殼或安裝在變壓器內(nèi)。
文檔編號G01R31/12GK201589842SQ20102030218
公開日2010年9月22日 申請日期2010年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月3日
發(fā)明者尹奎龍, 朱文兵, 祁海峰, 陳玉峰, 馬良柱 申請人:山東電力研究院