基于光纖布喇格光柵的變壓器油中局部放電檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力設(shè)備檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光纖布喇格光柵的變壓器油中局部放電檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電力變壓器是電力系統(tǒng)能量傳輸中非常重要的設(shè)備之一，其安全穩(wěn)定運行對電網(wǎng)的可靠供電至關(guān)重要。局部放電在線監(jiān)測技術(shù)是診斷電力變壓器絕緣缺陷，提前發(fā)現(xiàn)潛在故障的最有效的狀態(tài)檢測手段之一。其中，局部放電超聲波檢測法是目前應(yīng)用較為廣泛的一種非破壞性檢測方法，利用超聲波傳感器接收局部放電產(chǎn)生的超聲信號，實現(xiàn)對局部放電強弱和位置的檢測。該方法無需檢測電信號，有一定的抗電氣干擾能力，并且能夠?qū)崿F(xiàn)定位，使之在局部放電檢測中應(yīng)用廣泛。通過超聲波法檢測局部放電，對早發(fā)現(xiàn)早預(yù)防變壓器的潛在故障，以及實現(xiàn)變壓器的在線監(jiān)測和提高其運行可靠性，均具有的相當重要的指導(dǎo)意義。
[0003]變壓器局部放電超聲檢測中目前最常用的方法是利用壓電陶瓷式換能器作為超聲傳感器。在檢測超聲波的過程中，將壓電陶瓷換能器通過耦合劑以及夾持裝置，固定在變壓器油箱壁上接收變壓器內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的超聲脈沖信號。然后，利用壓電陶瓷材料的壓電效應(yīng)將接收到的超聲波轉(zhuǎn)換成電信號，通過對電信號的分析，判斷變壓器內(nèi)部局放強弱。利用局部放電時產(chǎn)生的電信號和聲信號之間的相對時間差或聲信號和聲信號之間的時間差，可判斷局部放電的空間位置，實現(xiàn)變壓器局部放電的檢測。上述超聲波檢測法由于檢測非電信號，且傳感器與檢測設(shè)備之間采用光纖連接，能夠較好的隔離檢測設(shè)備和高壓電氣設(shè)備，使得該法具有一定的抗電氣干擾能力，并且通過分析信號時間差能夠方便定位，減少了變壓器故障的檢修時間，為變壓器潛在故障的診斷提供了可靠依據(jù)。
[0004]現(xiàn)有壓電陶瓷式傳感器的超聲檢測法也存在一些缺點:
[0005](I)靈敏度低，由于油箱內(nèi)超聲的傳播過程復(fù)雜，且到達油箱壁外的超聲信號微弱，使得整個系統(tǒng)的檢測靈敏度較低。
[0006](2)易受電磁干擾，雖然壓電陶瓷傳感器靠光纖連接，具有一定的抗電氣干擾能力，但是在現(xiàn)場應(yīng)用中，絕緣性能較差，仍然會受電磁干擾影響。
[0007](3)不易于多點測量，使用壓電傳感探頭只能進行單點檢測，不能實現(xiàn)多點測量。
[0008](4)易受環(huán)境影響，壓電陶瓷傳感器不適合于高溫、易燃、腐蝕等環(huán)境，同時由于體積、質(zhì)量等因素的影響，難以在惡劣、狹小環(huán)境下使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]基于現(xiàn)有變壓器局部放電超聲檢測法的不足，本發(fā)明提出了一種基于光纖布喇格光柵的變壓器油中局部放電檢測系統(tǒng)，包括:包括傳感單元、解調(diào)采集單元和溫度補償單元;
[0010]其中，傳感單元包括:在油浸式電力變壓器腔體內(nèi)布置的光纖布喇格光柵傳感器；解調(diào)采集單元包括:激光源、光耦合器、光電探測器以及數(shù)字波形記錄系統(tǒng)；溫度補償單元包括環(huán)境溫度傳感器和反饋電路；激光源、光纖布喇格光柵傳感器、光電探測器分別通過單模光纖與光耦合器相連；數(shù)字波形記錄系統(tǒng)與光電探測器相連；環(huán)境溫度傳感器布置在油浸式電力變壓器腔體外壁上，通過反饋電路與激光源相連。
[0011]所述激光源輸出特定波長的光，通過光耦合器發(fā)射到光纖布喇格光柵傳感器，光纖布喇格光柵傳感器將接收到的變壓器局部放電超聲信號轉(zhuǎn)換為光強信號，光纖布喇格光柵的反射光再經(jīng)過光耦合器傳輸?shù)焦怆娞綔y器，光電探測器將光強信號轉(zhuǎn)換為電信號，數(shù)字波形記錄系統(tǒng)記錄下光電探測器輸出的電信號；環(huán)境溫度傳感器用于動態(tài)測定環(huán)境溫度，并通過反饋電路來改變激光源的輸出波長，確保輸出波長與溫度變化后光纖布喇格光柵傳感器的工作波長一致。
[0012]所述光纖布喇格光柵的長度小于所測超聲波波長一半長度的最大值，以最大限度的提尚檢測靈敏度。
[0013]所述光纖布喇格光柵為均勾周期的柵區(qū)長度為12mm的光纖布喇格光柵，或為非均勾周期的31相移光纖布喇格光柵。
[0014]所述光纖布喇格光柵的粘貼方式為直接將柵區(qū)部分粘貼至變壓器油箱內(nèi)壁，或僅粘貼靠近光纖布喇格光柵與光耦合器連接的接頭一側(cè)距離柵區(qū)0.5mm的部分。
[0015]所述激光源為可調(diào)諧激光器或分布式反饋激光器。
[0016]所述光纖布喇格光柵傳感器布置在油浸式電力變壓器腔體內(nèi)壁上，與環(huán)境溫度傳感器安裝位置相對應(yīng)。
[0017]所述光纖布喇格光柵的理想工作波長通過利用可調(diào)諧激光器的波長掃描功能來獲得光纖布喇格光柵波長變化梯度分布，然后選取光纖布喇格光柵波長上升沿或下降沿中梯度最大的波長為工作波長，使系統(tǒng)的檢測靈敏度和線性度達到最優(yōu)狀態(tài)。
[0018]本發(fā)明的有益效果在于:
[0019](I)絕緣性能好，具有非常好的抗電磁干擾能力，易實現(xiàn)在線監(jiān)測。
[0020](2)能夠適應(yīng)復(fù)雜工況。便于安裝在環(huán)境惡劣、狹小的空間進行檢測。
[0021](3)測量靈敏度較高。檢測系統(tǒng)線性度好，可以有效提高檢測靈敏度。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的變壓器油中局部放電超聲檢測系統(tǒng)示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)工作原理示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實施例進行詳細說明。
[0025]本發(fā)明提出了一種基于光纖布喇格光柵超聲傳感技術(shù)的變壓器油中局部放電檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用光纖布喇格光柵作為超聲波傳感器，利用可調(diào)諧激光邊沿解調(diào)技術(shù)對所測信號進行解調(diào)，具有較高的測量靈敏度和精度。以下為變壓器油中局部放電超聲檢測系統(tǒng)的詳細介紹。
[0026]基于光纖布喇格光柵超聲傳感技術(shù)的變壓器油中局放檢測系統(tǒng)，如圖1所示，主要由傳感單元、解調(diào)采集單元和溫度補償單元組成。其中，傳感單元主要由光纖布喇格光柵傳感器在油浸式電力變壓器腔體內(nèi)布置而成，達到檢測變壓器油中局部放電超聲信號的目的；解調(diào)采集單元主要由可調(diào)諧激光器、光耦合器、光電探測器以及數(shù)字示波器組成，通過將傳感單元接收到的超聲信號轉(zhuǎn)換為光強信號，進而轉(zhuǎn)換為電信號，以達到高精度檢測的目的。溫度補償單元包括環(huán)境溫度傳感器和反饋電路，環(huán)境溫度傳感器用于動態(tài)測定環(huán)境溫度，反饋電路用于改變激光源的輸出波長，確保所輸出波長與溫度變化后光纖布喇格光柵傳感器的工作波長一致。
[0027](I)傳感單元，主要通過內(nèi)置于變壓器油箱中的光纖布喇格光柵實現(xiàn)局放超聲信號的檢測。其中，布喇格光柵應(yīng)該選取小于超聲波波長一半長度的最大值，這樣既可以保證布喇格光柵能夠有效檢測到超聲信號，同時，柵區(qū)長度不至于太短，光纖布喇格光柵反射譜相對較陡，保證了反射光強與波長的線性度和檢測靈敏度。
[0028](2)解調(diào)采集單元，主要工作原理如圖2所示，可調(diào)諧窄帶激光器發(fā)出的光波長