專利名稱：電弧光的檢測(cè)方法及其檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中設(shè)備發(fā)生故障時(shí)所產(chǎn)生的電弧光的探測(cè)技術(shù)，特別涉及電弧光的 檢測(cè)方法及其檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，往往會(huì)伴隨巨大的電弧光。電弧光發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的巨大光能量輻 射和溫度能量輻射，不僅對(duì)電力系統(tǒng)的設(shè)備有著很大的破壞作用，而且還會(huì)造成操作人員的 傷亡事故，因而極具危害性。電弧光的危害程度取決于電弧光持續(xù)的時(shí)間，因而快速、及時(shí) 地限制或切斷系統(tǒng)電流，是降低電弧光所造成損失的關(guān)鍵之舉。為此，業(yè)內(nèi)人員采用了多種 方法及相應(yīng)裝置以減小電弧光的危害。例如通過(guò)限流反應(yīng)器來(lái)限制系統(tǒng)最大電流或通過(guò)熔 斷器切斷弧光產(chǎn)生時(shí)、所形成的巨大峰值電流，但是限流器和熔斷器均不能認(rèn)定巨大峰值電 流就是電弧光所產(chǎn)生，容易造成故障處理的判斷誤差，而且限流反應(yīng)器在電路中本身就是一 個(gè)阻抗，足以使電路產(chǎn)生電壓降；另外，熔斷器還存在著響應(yīng)時(shí)間的快慢問(wèn)題。又例如，在 電力的中、低壓母線系統(tǒng)中，采用變壓器的后備過(guò)流保護(hù)等方法，又均因動(dòng)作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不 能起到有效的保護(hù)作用，而且高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)范圍還受電流互感器安裝位置的限制，其 接線復(fù)雜，電流互感器要求高，總體造價(jià)又較昂貴。近些年來(lái)，歐美的ABB公司和VAMP公司 推出的光纖弧光傳感器倍受關(guān)注。該光纖弧光傳感器探頭包括點(diǎn)式的傳感器探頭、光帶傳感 器探頭兩種。光帶式弧光傳感器探頭比點(diǎn)式光纖傳感器探頭具有更大的弧光接收面積，并可 組成回路式探測(cè)系統(tǒng)，完成自我檢測(cè)整個(gè)探測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)。但無(wú)論那種光纖弧光傳感器均是 采用塑料多模光纖，該光纖對(duì)于紫外光的衰減非常大，故而所探測(cè)到的都是可見光。其它干 擾光中如熒光燈、氙燈、閃光燈、手電筒和太陽(yáng)光等發(fā)出的可見光也有可能被電弧光探頭接 收到，雖然有些干擾光中含有紫外光成分，但閃電、氙燈、閃光燈一般都不會(huì)直接照射到探 頭上，只會(huì)通過(guò)其他的物體反射到探頭上，而物體的表面對(duì)紫外光有很大的吸收作用，所以 能反射到探頭中的光主要還是可見光而非紫外光，因而上述的光纖傳感器并不能分辨出所接 受到的光是電弧光還是干擾光。清華大學(xué)魏念榮等人曾提出使用熒光光纖檢測(cè)局部放電信號(hào) 的方法，該方法是利用熒光光纖的頻移特征，使進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器的光譜范圍更好地與光電轉(zhuǎn) 換器的波長(zhǎng)響應(yīng)匹配，可以提高探測(cè)器的光電效率但是無(wú)法有效的消除各種干擾光的影響。 到目前為止，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行的電弧光探測(cè)系統(tǒng)，尚不能有效的分辨出那些光是電弧光，那些光是干擾光，因此有可能使系統(tǒng)保護(hù)出現(xiàn)誤操作。大型電力系統(tǒng)設(shè)備中保護(hù)系統(tǒng)的誤操作所造 成的損失同樣是不可估量的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種電弧光的檢測(cè)方法及其檢測(cè)裝置，目的在于通過(guò)利用光學(xué)濾波器、光 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料以及可見光帶通濾波器與光纖組合，實(shí)施光學(xué)波長(zhǎng)切換，并以相應(yīng)的裝置來(lái)克 服干擾光的影響，以準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)到電力系統(tǒng)產(chǎn)生的電弧光，予以快速切斷系統(tǒng)電源。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案
本發(fā)明基于電弧光所產(chǎn)生的高強(qiáng)度光輻射光譜中的紫外光成分遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)可見光成分， 探測(cè)電弧光中的紫外光成分便可準(zhǔn)確的確定電弧光的產(chǎn)生，但是光學(xué)纖維特別是塑料光學(xué)纖 維，對(duì)于紫外光有非常大的傳輸損耗，如果將紫外光切換成可見光，則更有利于光纖的長(zhǎng)距 離傳輸，同時(shí)排除其它干擾光的影響。
(一) 本發(fā)明方法為光波長(zhǎng)切換法，它是將所接收到的電弧光中的紫外光切換成可見光 ，經(jīng)光學(xué)纖維傳輸，由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成切斷電力系統(tǒng)電流的電信號(hào)。
該方法的具體步驟是
光學(xué)濾波器接收電弧光，并過(guò)濾掉的電弧光中的可見光部分； 電弧光中的紫外光通過(guò)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料轉(zhuǎn)換成可見光； 上述可見光，通過(guò)可見光帶通濾波器； 采用光學(xué)纖維傳輸光信號(hào)； 將可見光通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；
將轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)輸入斷路器控制系統(tǒng)，啟動(dòng)切斷電力系統(tǒng)電流；
其中光學(xué)纖維傳輸光信號(hào)，其位置或是在光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料之后；或是在可見光帶通濾 波器之后。
(二) 本發(fā)明裝置
本發(fā)明裝置與現(xiàn)有技術(shù)相同的是，包括有光學(xué)纖維、光電轉(zhuǎn)換器，且光電轉(zhuǎn)換器連接斷 路器控制系統(tǒng)。本發(fā)明裝置的特征是它還包括光學(xué)濾波器、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料、可見光帶通濾 波器。其中，光學(xué)濾波器過(guò)濾掉電弧光光中的可見光；光學(xué)濾波器連接光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料；光 學(xué)纖維或設(shè)置在光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料與可見光帶通濾波器之間，或設(shè)置在帶通濾波器與光電轉(zhuǎn)換 器之間。所述的光學(xué)濾波器為紫外光帶通濾波器；所述的光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料或?yàn)闊晒夥?、或?yàn)?熒光晶體、或?yàn)闊晒馊玖?、或?yàn)橛袡C(jī)熒光材料等。
本發(fā)明的有益效果
5本發(fā)明設(shè)置有光學(xué)濾波器(即紫外光帶通濾波器)，濾掉了電弧光中的可見光成分，所 能通過(guò)的紫外光，又經(jīng)過(guò)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料切換成可見光，該可見光經(jīng)可見光帶通濾波器，再 傳輸給光電轉(zhuǎn)換器。斷路器系統(tǒng)利用光電轉(zhuǎn)換器提供的信號(hào)可準(zhǔn)確判斷電力系統(tǒng)故障電弧光 的發(fā)生，并迅速切斷故障系統(tǒng)的電流、縮短電弧光的持續(xù)時(shí)間，最大程度減小電弧光造成的 設(shè)備損壞和人員傷亡。
附圖l為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意附圖2為本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意附圖3為本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意附圖4為本發(fā)明實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意附圖5為本發(fā)明實(shí)施例五的結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一，
如圖1所示，電力系統(tǒng)故障時(shí)所發(fā)出的電弧光或干擾光源l，由光學(xué)濾波器(紫外光帶通 濾波器)2過(guò)濾掉弧光或干擾光中的可見光，而只讓紫外光透過(guò)；取光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料3將透過(guò) 光學(xué)濾波器2的紫外光轉(zhuǎn)換成為可見光；該可見光由光學(xué)纖維4作遠(yuǎn)、近距離的傳輸；再通過(guò)
可見光帶通濾波器5，光電轉(zhuǎn)換器6將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)作為斷路器控制系統(tǒng)的信號(hào)源。圖 中所標(biāo)注的2、 3、 4、 5、 6為順序連接。 實(shí)施例二，
如圖2所示，本實(shí)施例圖標(biāo)意義與實(shí)施例一相同，其實(shí)施方法與部件連接方式存在不同 之處，兩者的區(qū)別僅在于可見光帶通濾波器5移動(dòng)設(shè)置在光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料3之后，并且還可將 標(biāo)注2、 3和5的部件制作成一個(gè)整體件。
實(shí)施例三，
如圖3所示，本實(shí)施例圖標(biāo)意義與實(shí)施例一相同，其實(shí)施方法與部件連接方式存在相同 之處，兩者的區(qū)別僅在于光學(xué)濾波器2與光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料3的連接方式有所改變，本實(shí)施例將 光學(xué)濾波器2設(shè)置在光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的外圍，光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料與光纖的接收端連接，這樣可 簡(jiǎn)化探頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)，光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的散射功能還可以增加探頭的接收角。
實(shí)施例四，
如圖4所示，本實(shí)施例圖標(biāo)意義與以上實(shí)施例相同，其實(shí)施方法與部件連接方式也都存 在相同之處，本實(shí)施例與實(shí)施例二的區(qū)別僅在于光學(xué)濾波器2、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料3、可見帶通光濾波器5的連接方式有所改變。本實(shí)施例是將光學(xué)濾波器2設(shè)置在光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的外圍， 可見光帶通濾波器5設(shè)置在光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的內(nèi)圍，并與光學(xué)纖維的接收端連接。本實(shí)施例 與實(shí)施例三一樣，不僅可簡(jiǎn)化探頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)，而且光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的散射功能還可以增加 探頭的接收角。 實(shí)施例五
如圖5所示，本實(shí)施例圖標(biāo)l、 2、 3、 4、 5、 6意義與以上實(shí)施例相同，只是裝置中增加 了光源7和側(cè)發(fā)光光纖8。其中側(cè)發(fā)光光纖8由內(nèi)向外包圍著光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料3、光學(xué)濾波器2 ;側(cè)發(fā)光光纖8兩端中的一端依次連接光學(xué)纖維4、可見光帶通濾波器5、光電轉(zhuǎn)換器6;另 一端通過(guò)另一根光纖4連接自身光源7 (自身光源7為能被電路調(diào)控的電光源，如發(fā)光二極 管、激光二極管、白熾燈http:〃baike.baidu. com/view/23342.htm光源等可控光源)。本 實(shí)施例將標(biāo)注8、 3和2的部件組合成一個(gè)探頭結(jié)構(gòu)，側(cè)發(fā)光光纖8直接通過(guò)光纖的側(cè)表面來(lái) 接收透過(guò)光學(xué)濾波器2、和經(jīng)過(guò)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料轉(zhuǎn)換過(guò)的可見光，光纖4再將光信號(hào)通過(guò)可見 光帶通濾波器傳給光電轉(zhuǎn)換器6。另一根光纖4與自身光源7連接，本裝置各部件所組成的回 路還可以用來(lái)進(jìn)行探測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)的自我檢測(cè)。
綜上，本發(fā)明克服了現(xiàn)有光纖傳感器的不足之處，達(dá)到了預(yù)期的發(fā)明目的。
權(quán)利要求
1.一種電弧光的檢測(cè)方法，其特征在于該方法為光波長(zhǎng)切換法，它是將所接收到的電弧光中的可見光濾掉，再將紫外光變換成可見光，經(jīng)光學(xué)纖維傳輸，由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成切斷電力系統(tǒng)電流的電信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種電弧光的檢測(cè)方法，其特征在于該方 法的步驟是(1) 光學(xué)濾波器接收電弧光，并過(guò)濾掉的電弧光中的可見光部分；(2) 電弧光中的紫外光通過(guò)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料轉(zhuǎn)換成可見光；(3) 上述可見光，通過(guò)可見光帶通濾波器；(4) 采用光學(xué)纖維傳輸光信號(hào)；(5) 將可見光通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；(6) 將轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)輸入斷路器控制系統(tǒng)，啟動(dòng)切斷電力系統(tǒng)電流；其中光學(xué)纖維傳輸光信號(hào)，其位置或是在光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料之后；或是在可見光的帶 通濾波器之后。
3. 一種電弧光的檢測(cè)裝置，包括光學(xué)纖維、光電轉(zhuǎn)換器，且光電轉(zhuǎn) 換器連接斷路器，其特征在于它包括光學(xué)濾波器、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料、可見光帶通濾波器， 所述的光學(xué)濾波器連接光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料；光學(xué)纖維或設(shè)置在光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料與可見光帶通濾 波器之間，再連接光電轉(zhuǎn)換器；或設(shè)置在可見光帶通濾波器與光電轉(zhuǎn)換器之間，可見光帶通 濾波器連接在光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料之后。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電弧光的檢測(cè)裝置，其特征在于所述的光學(xué)濾波器、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料、可見光帶通濾波器作順序連接時(shí)，光學(xué)濾波器、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn) 換材料、可見光帶通濾波器制作為一個(gè)整體件。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電弧光的檢測(cè)裝置，其特征在于所述的光學(xué)濾波器、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料、光學(xué)纖維、可見光帶通濾波器、光電轉(zhuǎn)換器為順序連接時(shí) ，光學(xué)濾波器設(shè)置在光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的外圍，光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料連接于光學(xué)纖維的接收端。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電弧光的檢測(cè)裝置，其特征在于所述的光學(xué)濾波器、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料、可見光帶通濾波器、光學(xué)纖維、光電轉(zhuǎn)換器為順序連接時(shí)，光學(xué)濾波器2設(shè)置在光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的外圍，可見光濾波器設(shè)置在光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的內(nèi)圍，并連接于光學(xué)纖維的接收端。
7.一種電弧光的檢測(cè)裝置，包括光學(xué)纖維、光電轉(zhuǎn)換器，且光電轉(zhuǎn) 換器連接斷路器，其特征在于它還包括光學(xué)濾波器、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料、可見光帶通濾波器、自身光源和側(cè)發(fā)光光纖，側(cè)發(fā)光光纖兩端中的一端依次連接光學(xué)纖維、可見光濾波器、光電轉(zhuǎn)換器；另一端通過(guò)另一根光學(xué)纖維連接自身光源；側(cè)發(fā)光光纖由內(nèi)向外包圍著光波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料、光學(xué)濾波器。側(cè)發(fā)光光纖的一端依次連接光學(xué)纖維、可見光帶通濾波器、光電 轉(zhuǎn)換器；另一端通過(guò)另一根光學(xué)纖維連接自身光源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種電弧光的檢測(cè)裝置，其特征在于所述 的自身光源為電光源。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或7所述的一種電弧光的檢測(cè)裝置，其特征在于 所述的光學(xué)濾波器為紫外光帶通濾波器；所述的光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料或?yàn)闊晒夥?、或?yàn)闊晒饩w 、或?yàn)闊晒馊玖稀⒒驗(yàn)橛袡C(jī)熒光材料。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種電弧光的檢測(cè)方法及其檢測(cè)裝置。該檢測(cè)方法為光波長(zhǎng)切換法，它是將所接收到的電弧光中的紫外光切換成可見光，經(jīng)光學(xué)纖維傳輸，由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)可用于切斷電力系統(tǒng)電流的信號(hào)源。其相應(yīng)的檢測(cè)裝置主要由光學(xué)濾波器、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料、可見光帶通濾波器、光學(xué)纖維、光電轉(zhuǎn)換器組成，光學(xué)纖維或設(shè)置在光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料與可見光帶通濾波器之間，或設(shè)置在可見光帶通濾波器與光電轉(zhuǎn)換器之間，其中光學(xué)濾波器、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料、可見光帶通濾波器或?yàn)榉煮w式或?yàn)榻M合體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可準(zhǔn)確判斷電力系統(tǒng)故障電弧光的發(fā)生，并迅速切斷故障系統(tǒng)的電流、縮短電弧光的過(guò)程延續(xù)時(shí)間，最大限度減小電弧光造成的設(shè)備損壞和人員傷亡。
文檔編號(hào)H02H3/00GK101662137SQ200910308380
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者躍 嚴(yán) 申請(qǐng)人:躍 嚴(yán)