本發(fā)明涉及開關(guān)柜電弧監(jiān)測，具體而言，涉及一種基于熒光光纖的開關(guān)柜電弧監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、開關(guān)柜作為電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其安全穩(wěn)定運行對于整個電力系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要。然而，在開關(guān)柜的運行過程中，由于各種原因，如設(shè)備老化、操作不當或外部環(huán)境因素等，可能會產(chǎn)生電弧。電弧不僅會導(dǎo)致設(shè)備損壞，還可能引發(fā)火災(zāi)，對人員安全和財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴重威脅。目前，電弧檢測主要依賴于傳統(tǒng)的技術(shù)手段，如溫度傳感器、壓力傳感器或超聲傳感器等。這些方法雖然在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)電弧的檢測，但存在諸多局限性。例如，溫度傳感器的響應(yīng)時間較長，無法實時捕捉到電弧產(chǎn)生的瞬間；壓力傳感器則可能受到環(huán)境噪聲的影響，導(dǎo)致誤報；而超聲傳感器則可能因為開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聲音信號傳輸受阻，檢測效果不佳。此外，現(xiàn)有的檢測系統(tǒng)往往需要復(fù)雜的布線和維護，增加了系統(tǒng)的安裝成本和維護難度。在一些特殊環(huán)境下，如高濕度或強電磁干擾的場所，現(xiàn)有檢測系統(tǒng)的性能也會受到影響。鑒于上述問題，本發(fā)明提出了一種新型的電弧檢測技術(shù)，能夠提供快速、準確、可靠的檢測結(jié)果，同時具備良好的環(huán)境適應(yīng)性和較低的維護成本。本發(fā)明提出的電弧檢測技術(shù)基于熒光光纖和光電倍增管(sipm),與傳統(tǒng)開關(guān)柜電弧檢測手段相比具有以下優(yōu)點：

2、(1)傳感速度快、靈敏度高?；跓晒夤饫w的開關(guān)柜電弧監(jiān)測系統(tǒng)屬于光測法，信號傳播速度接近光速，能及時反應(yīng)開關(guān)柜內(nèi)部電弧故障；

3、(2)抗外界干擾、不誤報。開關(guān)柜電弧監(jiān)測系統(tǒng)使用特制熒光光纖，只檢測電弧中的紫外波段部分，對環(huán)境光并不敏感；

4、(3)檢測范圍廣，能實現(xiàn)多個開關(guān)柜電弧同時檢測。本發(fā)明提出的開關(guān)柜電弧檢測方法熒光光纖末端使用硅光電倍增管(sipm)進行光電轉(zhuǎn)換，sipm檢測下限極低，可用于單光子計數(shù)，所以拓展了本方法的檢測范圍；

5、(4)結(jié)構(gòu)簡單，易于靈活布置和維護。本發(fā)明提出的弧光監(jiān)測系統(tǒng)基于熒光光纖進行傳感，熒光光纖可靈活布置在開關(guān)柜內(nèi)部易檢測到弧光的位置，并且熒光光纖方便安裝和拆卸。

6、經(jīng)過檢索，專利公開號cn110649575a，公開了一種基于紫外光檢測的開關(guān)柜電弧光保護裝置，包括電弧光保護模塊、超聲波檢測模塊和單片機；所述電弧光保護模塊與單片機連接，所述超聲波檢測模塊包括超聲波傳感器、放大電路、濾波電路和比較電路，所述超聲波傳感器與放大電路連接，所述放大電路與濾波電路連接，所述濾波電路與比較電路連接，所述比較電路連接單片機。該裝置通過設(shè)置超聲波檢測模塊，使其與電弧光保護模塊相互配合，對開關(guān)柜內(nèi)潛在的電弧故障進行檢測并發(fā)出告警。然而，所述專利中使用的紫外光傳感器體積較大，在空間有限的開關(guān)柜中使用時不限和維護難度大。同時，紫外光傳感器價格高，只能監(jiān)測單面開關(guān)柜，無法實現(xiàn)多面開關(guān)柜分布式檢測。

7、經(jīng)過檢索，專利公開號cn115372765a，公開了一種基于零序能量突變的不穩(wěn)定電弧故障檢測方法。首先獲取零序電流信號。判斷零序電流的極性。提取故障后間隔半個工頻周期的零序電流。求取線路發(fā)生不同類型故障后的零序能量曲線，采集1ms時窗計算相鄰兩點能量突變量。利用能量突變量和閥值判別式來判別線路電弧故障。當突變量大于或等于閥值em即認為發(fā)生了一次不穩(wěn)定電弧故障。小于閥值em即判定沒有發(fā)生故障。該發(fā)明可實現(xiàn)開關(guān)柜故障檢測。然而，在開關(guān)柜中電弧檢測中零序電流信號容易受到電磁干擾的影響，發(fā)生誤報。

8、本發(fā)明提出的開關(guān)柜電弧檢測方法基于熒光光纖檢測開關(guān)柜弧光，使用硅光電倍增管(sipm)進行光電轉(zhuǎn)換，使用主機系統(tǒng)對弧光信號進行邏輯判斷，最多能實現(xiàn)10面開關(guān)柜電弧分布式檢測。

9、所述的一種基于熒光光纖的開關(guān)柜電弧檢測系統(tǒng)屬于光測法，信號傳播速度接近光速，弧光檢測響應(yīng)實現(xiàn)小于50μs，能快速監(jiān)測開關(guān)柜內(nèi)部電弧故障。

10、所述的一種基于熒光光纖的開關(guān)柜電弧檢測系統(tǒng)使用特制熒光光纖，只對弧光中紫外波段(<380nm)敏感，對環(huán)境光并不敏感，不易發(fā)生誤動。

11、所述的一種基于熒光光纖的開關(guān)柜電弧檢測系統(tǒng)熒光光纖布置在開關(guān)柜母線室和電纜室內(nèi)側(cè)壁，易于安裝和拆卸，結(jié)構(gòu)簡單，方便靈活布置和維護。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明以開關(guān)柜電弧產(chǎn)生光信號的本質(zhì)物理現(xiàn)象為基礎(chǔ)，為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于熒光光纖的開關(guān)柜電弧檢測系統(tǒng)，有望實現(xiàn)開關(guān)柜弧光分布式檢測。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種基于熒光光纖的開關(guān)柜電弧檢測系統(tǒng)，一根熒光光纖串聯(lián)布置在多面開關(guān)柜內(nèi)部，通過電弧的光信號實現(xiàn)開關(guān)柜電弧檢測。

3、所述的電弧檢測系統(tǒng)包括主機模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊、光纖傳感檢測單元。

4、所述的主機模塊所述的主機模塊功能為邏輯判斷，將弧光檢測系統(tǒng)的信號生成判據(jù)。

5、所述的光電轉(zhuǎn)換模塊包含包含28v直流偏置電源、硅光電倍增管(sipm)、i/v轉(zhuǎn)換電路。

6、所述的i/v轉(zhuǎn)換電路包含50ω直流電阻和10μf耦合電容，用于將sipm的光電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。

7、所述的光纖傳感單元包含塑料傳輸光纖、熒光光纖。所述的塑料傳輸光纖纖芯材料為ps，包層材料為pmma，光纖直徑為1mm，光傳輸衰減為1db/m。所述的熒光光纖纖芯材料為ps，包層材料為pmma，光纖直徑為1mm，光傳輸衰減為0.4db/m，吸收光譜波長峰值為351nm，發(fā)射光譜范圍波長峰值為450nm。

8、所述的主機系統(tǒng)和光電轉(zhuǎn)換模塊安裝在開關(guān)柜二次室。所述的傳感器模塊布置在開關(guān)柜母線室和電纜室中，熒光光纖通過光纖小孔穿過多面開關(guān)柜進行布置。熒光光纖首段連接塑料傳輸光纖，塑料傳輸光纖接光電轉(zhuǎn)換模塊。

9、所述的光電轉(zhuǎn)換單元中sipm負極接28v直流偏置電源，sipm正極接i/v轉(zhuǎn)換電路(205)。

10、進一步地，所述的i/v轉(zhuǎn)換電路中50ω直流電阻將光電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，10μf耦合電容用于濾除直流偏置電源噪聲。

11、所述的一種基于熒光光纖的分布式弧光檢測系統(tǒng)，其特征在于，熒光光纖(304)接收弧光信號后激發(fā)出峰值波長為450nm的熒光信號。

12、進一步地，所述的熒光信號從熒光光線輸出后進入塑料傳輸光纖(303)，經(jīng)塑料傳輸光纖(303)后到達首段開關(guān)柜的二次室(302)。熒光信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換模塊(102)輸出電壓信號，電壓信號進入主機系統(tǒng)(101)進行邏輯判斷。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，基于熒光光纖的開關(guān)柜電弧檢測系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢。首先，熒光光纖具有極高的靈敏度和快速響應(yīng)能力，能夠在電弧初期階段迅速反應(yīng)，確保系統(tǒng)在50μs內(nèi)檢測到信號，顯著提高故障響應(yīng)速度。其次，熒光光纖具有優(yōu)異的抗電磁干擾能力，在高壓環(huán)境下仍能穩(wěn)定工作，避免了傳統(tǒng)技術(shù)中常見的信號失真和誤觸發(fā)問題。此外，熒光光纖對外界光照不敏感，有效避免了光照變化引發(fā)的誤判。其良好的絕緣性和耐高溫、抗腐蝕性能，使得系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中能夠長期穩(wěn)定運行。最后，熒光光纖對電場的影響極小，避免了電場畸變問題，確保了信號的準確性?？傮w而言，基于熒光光纖的電弧檢測系統(tǒng)在提高檢測精度、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性和抗干擾性方面具有明顯優(yōu)勢，是一種高效、可靠的開關(guān)柜電弧檢測解決方案。