一種基于光纖電流傳感器的容性設(shè)備局部放電檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于光纖電流傳感器的容性設(shè)備局部放電檢測方法，主要包括：建立光纖電流傳感器的數(shù)學(xué)模型；設(shè)計(jì)光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu)；光纖電流傳感器的性能分析及測試；局部放電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測試。本發(fā)明所述基于光纖電流傳感器的容性設(shè)備局部放電檢測方法，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中抗干擾能力差、可靠性低和適用范圍小等缺陷，以實(shí)現(xiàn)抗干擾能力好、可靠性高和適用范圍大的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種基于光纖電流傳感器的容性設(shè)備局部放電檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種基于光纖電流傳感器的容性設(shè)備局部放電檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的要求越來越高。電氣設(shè)備是組成電力系統(tǒng)的基本元件，一旦發(fā)生事故，不但會波及鄰近設(shè)備，還會給用戶造成重大經(jīng)濟(jì)損失。大量資料表明，絕緣失效是造成電氣設(shè)備故障的主要原因，而局部放電既是造成絕緣故障的主要原因，由于絕緣缺陷引發(fā)的局部放電，使電介質(zhì)長時(shí)間擊穿電壓常常不到短時(shí)擊穿電壓的幾分之一，因此，局部放電作為各種大型電氣設(shè)備長期運(yùn)行中絕緣劣化的一個(gè)主要因素而倍受重視?？垢蓴_問題一直是局部放電在線監(jiān)測的首要問題之一。
[0003]光纖作為放電的光傳感元件和傳輸通道具有很強(qiáng)的抗電磁干擾性能，近年來，光纖傳感器技術(shù)的發(fā)展十分迅速，顯示出巨大的開發(fā)潛力和應(yīng)用前景。本發(fā)這一技術(shù)明研制了一種局部放電檢測傳感器一光纖電流傳感器。它不但從傳感器設(shè)計(jì)原理上消除了電磁干擾對局部放電檢測的影響，而且可以獲得和脈沖電流檢測法一樣的信息，在繼承了該方法優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，克服目前各種檢測方法存在的抗干擾難題，對于局部放電信號的準(zhǔn)確檢測具有十分重要的意義。
[0004]局部放電的檢測都是以局部放電所產(chǎn)生的各種現(xiàn)象為依據(jù)，通過不同的物理量來表征局部放電的狀態(tài)。目前存在電流脈沖、超聲波、光學(xué)、化學(xué)等多種檢測方法，利用脈沖電流法和超聲波檢測法來檢測局部放電信號較為廣泛。
[0005]通過檢測阻抗或電流傳感器可檢測套管末屏接地線、外殼接地線、鐵心接地線中由局部放電引起的脈沖電流，并獲得視在放電量。這是研究最早、應(yīng)用最廣泛的一種檢測方法。該檢測方法的主要缺點(diǎn)是當(dāng)試樣的電容量比較大時(shí)，易受耦合阻抗的限制，同時(shí)測試儀器的測量靈敏度也受到了一定的限制；在實(shí)驗(yàn)室中靈敏度較高，而現(xiàn)場檢測易受外界干擾的影響，抗干擾能力差。
[0006]超聲檢測法主要用于定性地判斷局部放電信號的有無，以及結(jié)合電脈沖信號或直接利用超聲信號對局放源進(jìn)行物理定位。但電力設(shè)備內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種介質(zhì)對聲波的衰減及對聲速的影響都不一樣，尤其是對變壓器在線檢測靈敏度只能達(dá)到500pC。
[0007]傳統(tǒng)的局部放電監(jiān)測方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，不能一概而論，需要根據(jù)現(xiàn)場具體情況針對不同的要求和目的采用適當(dāng)?shù)姆椒?。但由于電氣設(shè)備所在的現(xiàn)場中干擾非常復(fù)雜，而局部放電信號十分微弱，必然會受到現(xiàn)場各種噪聲源的干擾，準(zhǔn)確的獲取信噪比較高的真實(shí)局部放電信號才能進(jìn)行后續(xù)信號處理，因此具有優(yōu)良性能的傳感器系統(tǒng)是局部放電監(jiān)測和故障診斷的基礎(chǔ)。
[0008]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在抗干擾能力差、可靠性低和適用范圍小等缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種基于光纖電流傳感器的容性設(shè)備局部放電檢測方法，以實(shí)現(xiàn)抗干擾能力好、可靠性高和適用范圍大的優(yōu)點(diǎn)。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種基于光纖電流傳感器的容性設(shè)備局部放電檢測方法，主要包括:
[0011]a、建立光纖電流傳感器的數(shù)學(xué)模型；
[0012]b、設(shè)計(jì)光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu)；
[0013]C、光纖電流傳感器的性能分析及測試；
[0014]d、局部放電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測試。
[0015]進(jìn)一步地，在步驟a中，所述建立光纖電流傳感器的數(shù)學(xué)模型的操作，具體包括:
[0016]利用Faraday效應(yīng)的基本理論和光纖中雙折射的基本特性以及產(chǎn)生原因，將一個(gè)任意偏振光的瓊斯矢量分解為兩個(gè)指定的偏振光瓊斯矢量疊加的形式，偏振光的強(qiáng)度是它的兩個(gè)矢量的強(qiáng)度之和，首先假定單色光波沿z軸正方向傳播時(shí)，其振動平行于χ-y平面，
推導(dǎo)出偏振態(tài)光的歸一化瓊斯方程為
【權(quán)利要求】
1.一種基于光纖電流傳感器的容性設(shè)備局部放電檢測方法，其特征在于，主要包括: a、建立光纖電流傳感器的數(shù)學(xué)模型； b、設(shè)計(jì)光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu)； C、光纖電流傳感器的性能分析及測試； d、局部放電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖電流傳感器的容性設(shè)備局部放電檢測方法，其特征在于，在步驟a中，所述建立光纖電流傳感器的數(shù)學(xué)模型的操作，具體包括: 利用Faraday效應(yīng)的基本理論和光纖中雙折射的基本特性以及產(chǎn)生原因，將一個(gè)任意偏振光的瓊斯矢量分解為兩個(gè)指定的偏振光瓊斯矢量疊加的形式，偏振光的強(qiáng)度是它的兩個(gè)矢量的強(qiáng)度之和，首先假定單色光波沿z軸正方向傳播時(shí)，其振動平行于χ-y平面，推導(dǎo)出偏振態(tài)光的歸一化瓊斯方程為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光纖電流傳感器的容性設(shè)備局部放電檢測方法，其特征在于，在步驟b中，所述設(shè)計(jì)光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu)的操作，主要包括: 采用活動連接器進(jìn)行光纖的活動連接，同時(shí)在偏振系統(tǒng)中偏振器件之間采用了永久性融焊連接，用以確保光路傳輸?shù)拿荛]性； 選用發(fā)光二極管作為光源； 設(shè)計(jì)出能滿足測量的高穩(wěn)定度、高可靠性的驅(qū)動電路； 選擇光電探測器，把微弱的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光纖電流傳感器的容性設(shè)備局部放電檢測方法，其特征在于，所述活動連接器，包括兩個(gè)連接器插頭和一個(gè)轉(zhuǎn)換器，即三個(gè)主要組成部分:一個(gè)中心對準(zhǔn)部件和兩個(gè)相同的帶兩根尾纖的插入件； 所述連接器插頭主要由帶有微孔的圓柱體插針體和若干外部機(jī)械結(jié)構(gòu)零件組成，實(shí)現(xiàn)插拔的操作；轉(zhuǎn)換器主要由一個(gè)法蘭盤和兩個(gè)帶尾纖單心光纜的插針體組成，轉(zhuǎn)換器把光纖接頭連接在一起，使光纖接通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的基于光纖電流傳感器的容性設(shè)備局部放電檢測方法，其特征在于，所述光纖電流傳感器，包括依次連接的驅(qū)動電路、光源和起偏器，依次連接的信號處理器、光電探測器和檢偏器，一端與起偏器遠(yuǎn)離光源的一端連接、且另一端與檢偏器遠(yuǎn)離光電探測器的一端連接的傳感光纖環(huán)，以及設(shè)置在所述傳感光纖環(huán)內(nèi)部的導(dǎo)體； 所述電流傳感器主要應(yīng)用活動連接器進(jìn)行光纖的活動連接，同時(shí)在偏振器件之間采用了永久性融焊連接，用以確保光路傳輸?shù)拿荛]性；光纖活動連接器是實(shí)現(xiàn)光纖之間活動連接的無源光器件，光纖活動連接器還用于將光纖與有源器件、光纖與其它無源器件、光纖與系統(tǒng)和儀表進(jìn)行連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于光纖電流傳感器的容性設(shè)備局部放電檢測方法,其特征在于，在所述光源與起偏器之間、以及光電探測器與檢偏器之間，分別設(shè)有保偏光纖。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于光纖電流傳感器的容性設(shè)備局部放電檢測方法，其特征在于，在步驟c中，所述光纖電流傳感器的性能分析及測試的操作，具體包括: 檢偏器與起偏器之間的傳感光纖長度為4m,閉合光路直徑約為6cm,光圈數(shù)為20圈，導(dǎo)體先不通電，在沒有外加磁場情況下，實(shí)測沒有經(jīng)過放大和濾波的光探測器直流輸出電壓為70.4mV，根據(jù)輸出電壓可計(jì)算出光纖電流傳感器的光路損耗； 建立頻率特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)； 采用雙螺線管式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分別將通電導(dǎo)體和光纖繞成螺線管結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)體所形成磁場方向與光路傳播方向相同，光纖電流傳感器對平行于偏振光的磁場進(jìn)行測量，檢測2mA局放電流； 為了驗(yàn)證光纖電流傳感器對于不同類型及頻率信號響應(yīng)的情況，采用高雙折射熊貓型保偏光纖，利用信號發(fā)生器產(chǎn)生正`弦信號進(jìn)行檢驗(yàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于光纖電流傳感器的容性設(shè)備局部放電檢測方法，其特征在于，所述頻率特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括依次連接的滑動變阻器、數(shù)字示波器和信號發(fā)生器，分別與所述信號發(fā)生器和數(shù)字示波器連接的信號處理模塊，以及與所述信號處理模塊連接的光纖電流傳感器；在所述光纖電流傳感器的外圍，設(shè)有隔熱保護(hù)外殼。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于光纖電流傳感器的容性設(shè)備局部放電檢測方法，其特征在于，在步驟d中，所述局部放電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測試的操作，具體包括: 建立局部放電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)； 根據(jù)局部放電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)和電場分布設(shè)置尖板放電、板板放電、內(nèi)部放電、沿面放電和懸浮放電五種典型放電模型，通過光纖電流傳感器采集局部放電信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于光纖電流傳感器的容性設(shè)備局部放電檢測方法，其特征在于，所述局部放電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括依次連接的交流電源和變壓器，依次連接在所述變壓器副邊線圈的第一連接端和變壓器副邊線圈的第二連接端之間的限流水電阻、試驗(yàn)樣品和光纖電流傳感器，連接在所述限流水電阻和試驗(yàn)樣品的公共端與變壓器副邊線圈的第二連接端之間的耦合電容，以及與所述光纖電流傳感器連接的數(shù)字示波器；所述變壓器副邊線圈的第二連接端接地。
【文檔編號】G01R31/12GK103869224SQ201410074861
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】毛光輝, 李世偉, 王 鋒, 楊賢明, 張振, 胡春江, 溫定筠, 孫亞明, 趙景峰, 李睿 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)甘肅省電力公司, 國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院, 北京博電新力電氣股份有限公司