一種復(fù)眼式光纖efpi局部放電方向檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種復(fù)眼式光纖EFPI局部放電方向檢測(cè)系統(tǒng)，屬于電力油紙絕緣電氣設(shè)備局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。該系統(tǒng)窄帶光源(1)、光濾波器(2)、光分路器(3)依次相連；分為五條光路的每條光路光環(huán)形器、單模光纖、光纖外腔式琺珀傳感頭依次相連；光環(huán)形器還與光電探測(cè)器(7)、放大器(8)相連；放大器(8)與示波器(9)相連。供電，使各器件處于工作狀態(tài)；將復(fù)眼式光纖外腔式琺珀傳感器放置在絕緣桿的頂端，轉(zhuǎn)動(dòng)絕緣桿等直到位于中間的光纖外腔式琺珀傳感頭的局放脈沖幅值最大，而另四個(gè)大致相等；即為局部放電點(diǎn)的方向。本發(fā)明靈敏度高，方向性好，抗干擾能力強(qiáng)；能方便準(zhǔn)確地進(jìn)行電力設(shè)備的重點(diǎn)部位局部放電方向定位。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種復(fù)眼式光纖EFPI局部放電方向檢測(cè)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種復(fù)眼式光纖EFPI局部放電方向檢測(cè)系統(tǒng)，屬于電力油紙絕緣電 氣設(shè)備局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前國(guó)內(nèi)外油紙絕緣電氣設(shè)備（以變壓器為主）局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)有多種方法， 主要包括甚高頻（VHF)脈沖電流檢測(cè)法、超高頻（UHF)電磁波檢測(cè)法和壓電傳感器超聲波 檢測(cè)法，其中VHF和UHF檢測(cè)法檢測(cè)的是電信號(hào)，容易受到電磁干擾信號(hào)的干擾；壓電超聲 法檢測(cè)的是超聲波信號(hào)，但傳感器是貼在設(shè)備外殼上檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的超聲波 信號(hào)，雖然不易受到電磁噪聲的干擾，但靈敏度不高。也有將壓電傳感器放置在設(shè)備外殼的 內(nèi)部，在油中檢測(cè)局部放電的，但由于壓電超聲傳感器在油中檢測(cè)靈敏度不高，同時(shí)不能放 在電位較高處進(jìn)行測(cè)量，使其檢測(cè)方法受到限制。
[0003] 光學(xué)方法測(cè)量電氣設(shè)備局部放電的技術(shù)有三種-直接探測(cè)可見(jiàn)光法、法拉第磁 光效應(yīng)法和光-超聲波法。直接探測(cè)可見(jiàn)光法只適合于用透明電介質(zhì)作為絕緣材料的高壓 電器設(shè)備，不適用于以固體電介質(zhì)、液體電介質(zhì)作為絕緣材料的高壓電器設(shè)備的局部放電 檢測(cè)；基于法拉第磁光效應(yīng)原理的光線(xiàn)電流傳感器只適合固定形狀的高壓電器設(shè)備的局部 放電檢測(cè)，而且不能排除來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)空間的強(qiáng)磁場(chǎng)干擾和無(wú)法辨別從高壓電器設(shè)備接地線(xiàn)上 串?dāng)_的電磁脈沖信號(hào)；光-超聲波法傳感器具有體積小、損耗低、干擾小、絕緣性能好和防 爆防腐蝕的優(yōu)點(diǎn)而具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0004] 光-超聲波法包括光纖光柵測(cè)超聲振動(dòng)法和光線(xiàn)干涉測(cè)超聲振動(dòng)法光纖干涉 法測(cè)超聲振動(dòng)有三種方法：光纖邁克爾遜（Michelson)干涉法、光纖馬赫-澤德?tīng)柛缮?(Mach-Zehnder)法和法布里-帕羅（Fabry-Perot)干涉法。邁克爾遜法檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏 度不高，且存在超聲波傳播的多路徑問(wèn)題；光纖馬赫-澤德?tīng)柛缮娣ń庹{(diào)頻率響應(yīng)不夠高、 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)設(shè)備要求高；光纖法布里-帕羅法則具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，高可靠性，高靈敏 度，快時(shí)間響應(yīng)，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)受到人們普遍的關(guān)注。
[0005] 目前國(guó)內(nèi)研究的光纖 EFPI (extrinsic Fabry-Perot interferometer，夕卜腔式法布 里-帕羅干涉型傳感器）主要用于溫度、應(yīng)變、壓力等緩變量的測(cè)量，尚不適合高頻快速的 局部放電檢測(cè)。
[0006] 光纖外腔式琺珀傳感頭，一般，由光纖01、絕緣支架02、硅套管03和硅薄膜片04 組成，硅薄膜片04與硅套管03之間通過(guò)二氧化碳激光熱熔的方法實(shí)現(xiàn)固定密封，絕緣支架 02與硅套管03之間通過(guò)二氧化碳激光熱熔的方法實(shí)現(xiàn)固定密封，以及絕緣支架02與光纖 01通過(guò)二氧化碳激光熱熔的方法實(shí)現(xiàn)固定密封，（在傳感頭的制作過(guò)程中要保證）硅薄膜 片04的中心與光纖的中心對(duì)齊。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的針對(duì)國(guó)內(nèi)研究的光纖EFPI型傳感器主要用于溫度、應(yīng)變、壓力等緩 變量的測(cè)量，尚不適合高頻快速的局部放電檢測(cè)的不足，提出了一種復(fù)眼式光纖EFPI局部 放電方向檢測(cè)系統(tǒng)。
[0008] -種復(fù)眼式光纖EFPI局部放電方向檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由窄帶光源、光濾波器、光 分路器、五個(gè)相同的光環(huán)形器、五個(gè)單模光纖、五個(gè)相同的光電探測(cè)器、五個(gè)相同的放大器、 復(fù)眼式光纖外腔式琺珀傳感器和示波器組成；
[0009] 所述窄帶光源與光濾波器和光分路器依次相連；
[0010] 所述復(fù)眼式光纖外腔式法拍傳感器由五個(gè)相同的光纖外腔式法拍傳感頭組成；
[0011] 所述光分路器將經(jīng)過(guò)光濾波器過(guò)濾后的光均分為五條光路，每條光路與五個(gè)相同 的光環(huán)形器之一光環(huán)形器、五個(gè)單模光纖之一單模光纖、五個(gè)相同的光纖外腔式法拍傳感 頭之一光纖外腔式琺珀傳感頭依次相連；
[0012] 所述五個(gè)相同的光環(huán)形器之一光環(huán)形器還再與五個(gè)相同的光電探測(cè)器之一光電 探測(cè)器、五個(gè)相同的放大器之一放大器一一各自依次相連；
[0013] 五個(gè)相同的放大器均與示波器相連。
[0014] 所述復(fù)眼式光纖外腔式法拍傳感器由五個(gè)相同的光纖外腔式法拍傳感頭組成，五 個(gè)相同的光纖外腔式琺珀傳感頭之中一個(gè)光纖外腔式琺珀傳感頭位于中間，其余四個(gè)光纖 外腔式琺珀傳感頭均勻放置四周，且均與中間光纖外腔式琺珀傳感頭呈45度角。
[0015] 本發(fā)明可以靈敏地測(cè)量高頻信號(hào)，用于局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。
[0016] 本發(fā)明的有益效果：
[0017] 1、本發(fā)明具有靈敏度高，方向性好，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能抑制超聲振動(dòng)多路徑 傳播帶來(lái)的影響。且傳感器探頭小，可以作為一種點(diǎn)式傳感器，很方便安裝在電力設(shè)備的重 點(diǎn)部位進(jìn)行局部放電的檢測(cè)。
[0018] 2、本發(fā)明可以靈敏地測(cè)量高頻信號(hào)，用于局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。
[0019] 3、本發(fā)明首次提出了復(fù)眼式傳感器確定局部放電點(diǎn)方向方法，據(jù)此設(shè)計(jì)了五探頭 傳感器，能方便準(zhǔn)確地進(jìn)行局部放電方向定位。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為復(fù)眼式光纖EFPI局部放電方向檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2為復(fù)眼式光纖外腔式琺珀傳感器（立體）結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖3為現(xiàn)有單個(gè)光纖外腔式琺珀傳感頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖4為光強(qiáng)與膜反射率及腔長(zhǎng)關(guān)系示意圖。
[0024] 圖5為光強(qiáng)峰峰值最大區(qū)間內(nèi)，光強(qiáng)與腔長(zhǎng)的關(guān)系示意圖。
[0025] 圖6為局放儀、光纖EFPI傳感器與壓電陶瓷傳感器檢測(cè)的局放信號(hào)示意圖。
[0026] 圖7為空載加壓時(shí)，局放儀、光纖EFPI傳感器、壓電陶瓷的檢測(cè)信號(hào)示意圖。
[0027] 圖8為壓電陶瓷傳感器衰減度、復(fù)眼式光纖外腔式琺珀傳感器衰減度示意圖。其 中，圖（a)為壓電陶瓷傳感器衰減度示意圖；圖（b)為復(fù)眼式光纖外腔式琺珀傳感器衰減度 示意圖。
[0028] 圖9為探頭角度設(shè)置示意圖。
[0029] 圖10為光纖EFPI傳感器10?90°角度響應(yīng)曲線(xiàn)圖。
[0030] 其中，1-窄帶光源、2-光濾波器、3-光分路器、4-光環(huán)形器、5單模光纖、
[0031] 6-光纖外腔式法拍傳感頭、7-光電探測(cè)器、8-放大器、9- 75波器、10-復(fù)眼式光纖 外腔式琺珀傳感器，01-光纖，02-絕緣支架，03-硅套管，04-硅薄膜片。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0033] 圖1為復(fù)眼式光纖EFPI局部放電方向檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，以波長(zhǎng) 定在1310nm的單色光源為例說(shuō)明，一種復(fù)眼式光纖EFPI局部放電方向檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)為：
[0034] 1)波長(zhǎng)定在1310nm的單色光源，由窄帶光源1通過(guò)光纖濾波器過(guò)濾得到單色波長(zhǎng) 光源。窄帶光源1選擇SLED型光源，濾波器選用1310nm光纖帶通濾波器。
[0035] 2)光纖選用1310nm單模光纖，其中心玻璃芯直徑9um，包層外直徑125um。經(jīng)測(cè)試 發(fā)現(xiàn)在1310nm波長(zhǎng)處，單模光纖的總色散為零。從光纖的損耗特性來(lái)看，1310nm處也是光 纖的一個(gè)低損耗窗口。所以選擇本發(fā)明光源選擇在1310nm處。
[0036] 3)光電探測(cè)器7選擇PIN光電二極管，具有入射光量和輸出電流的線(xiàn)性好；響應(yīng) 速度快；輸出誤差小；環(huán)境溫度變化所引起的輸出變動(dòng)?。恢谱骱?jiǎn)單；可靠性高的特點(diǎn)。
[0037] 4)光纖環(huán)形器是只允許某端口的入射光從確定端口輸出而反射光從另一端口輸 出的非互易性器件。為保證光纖沿指定路徑傳播，需使用光環(huán)形器4。
[0038] 5)由于現(xiàn)階段制造技術(shù)原因，窄帶光源1、光濾波器2等硬件設(shè)備在加工過(guò)程中也 不能保證參數(shù)完全一致，信號(hào)輸入也會(huì)有分散性，因此，為盡可能減少測(cè)試結(jié)果的分散性， 需要選用光分路器3。
[0039] 6)本發(fā)明設(shè)計(jì)的光電的放大器8采用三級(jí)放大，其中每級(jí)放大電路保持一致，串 聯(lián)起來(lái)。單級(jí)放大電路如圖1所示。前置放大器選擇0PA637.
[0040] 7)光纖外腔式琺珀傳感頭的設(shè)計(jì)
[0041] 光纖外腔式琺珀傳感頭的設(shè)計(jì)是復(fù)眼式光纖外腔式琺珀傳感器系統(tǒng)的核心。光纖 外腔式琺珀傳感頭的結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖2為復(fù)眼式光纖外腔式琺珀傳感器（立體）結(jié)構(gòu) 示意圖。圖2中可以看到硅薄膜片與硅套管并非垂直，而是存在一定的角度。圖3為現(xiàn)有 單個(gè)光纖外腔式琺珀傳感頭的結(jié)構(gòu)示意圖，一般，一個(gè)光纖外腔式琺珀傳感頭由光纖01、絕 緣支架02、硅套管03和硅薄膜片04組成，通過(guò)二氧化碳激光熱熔的方法實(shí)現(xiàn)硅薄膜片04 與硅套管03,硅套管03與絕緣支架02,以及絕緣支架02與光纖01之間的固定密封，在傳 感頭的制作過(guò)程中要保證硅薄膜片04的中心與光纖01的中心對(duì)齊。
[0042] 對(duì)模型經(jīng)過(guò)仿真，得出角度越大，膜的反應(yīng)頻率越低。本發(fā)明采用硅薄膜片04與 硅套管03垂直的結(jié)構(gòu)。
[0043] a)硅薄膜片的設(shè)計(jì)
[0044] 硅薄膜片采用石英膜。硅薄膜片的設(shè)計(jì)包括膜的靈敏度及頻率響應(yīng)的確定。膜片 中心的壓強(qiáng)靈敏度的表達(dá)式為：
[0045]

【權(quán)利要求】
1. 一種復(fù)眼式光纖EFPI局部放電方向檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)由窄帶光源（1)、 光濾波器（2)、光分路器（3)、五個(gè)相同的光環(huán)形器（4)、五個(gè)單模光纖（5)、五個(gè)相同的光電 探測(cè)器（7)、五個(gè)相同的放大器（8)、復(fù)眼式光纖外腔式琺珀傳感器（10)和示波器（9)組 成； 所述窄帶光源（1)與光濾波器（2)和光分路器（3)依次相連； 所述復(fù)眼式光纖外腔式法拍傳感器（10)由五個(gè)相同的光纖外腔式法拍傳感頭（6)組 成； 所述光分路器（3)將經(jīng)過(guò)光濾波器（2)過(guò)濾后的光均分為五條光路，每條光路與五個(gè) 相同的光環(huán)形器（4)之一光環(huán)形器、五個(gè)單模光纖（5)之一單模光纖、五個(gè)相同的光纖外腔 式法拍傳感頭（6)之一光纖外腔式法拍傳感頭依次相連； 所述五個(gè)相同的光環(huán)形器（4)之一光環(huán)形器還再與五個(gè)相同的光電探測(cè)器（7)之一光 電探測(cè)器（7)、五個(gè)相同的放大器（8)之一放大器（8) -一各自依次相連； 五個(gè)相同的放大器（8)均與示波器（9)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)眼式光纖EFPI局部放電方向檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于， 所述復(fù)眼式光纖外腔式法拍傳感器（10)五個(gè)相同的光纖外腔式法拍傳感頭（6)之中一個(gè) 光纖外腔式法拍傳感頭（6)位于中間，其余四個(gè)光纖外腔式法拍傳感頭（6)均勻放置四周， 且均與中間光纖外腔式琺珀傳感頭（6)呈45度角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)眼式光纖EFPI局部放電方向檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于， 所述窄帶光源（1)為SLED型波長(zhǎng)為1310nm的單色光源所述。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)眼式光纖EFPI局部放電方向檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于， 所述光濾波器（2)為1310nm光纖帶通濾波器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種復(fù)眼式光纖EFPI局部放電方向檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于， 所述光纖為1310nm單模光纖，其中心玻璃芯直徑9um，包層外直徑125um。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)眼式光纖EFPI局部放電方向檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于， 所述光纖外腔式法拍傳感頭（6)娃薄膜片為石英膜，所述石英膜半徑R = 0. 9_、厚度h = 30 〇
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)眼式光纖EFPI局部放電方向檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于， 所述光纖外腔式法拍傳感頭（6)的腔體腔長(zhǎng)為50. 58 μ m。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)眼式光纖EFPI局部放電方向檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于， 所述光電探測(cè)器（7)為PIN光電二極管。
【文檔編號(hào)】G01R31/12GK104062568SQ201410323545
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】張映月, 王銘民, 張春燕, 王偉, 周志成, 何東欣, 滕俊, 李富平, 張磊, 杜家振, 盛吉, 陶風(fēng)波, 陸云才 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司揚(yáng)州供電公司, 華北電力大學(xué), 江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院