一種基于激光二極管的局部放電光電檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及局部放電監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于激光二極管的局部放電光電檢測系統(tǒng)，包括光電測量模塊、光纖傳輸、光電轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)據(jù)采集裝置；光電測量模塊置于試樣高壓端，局放電流通過適當(dāng)大小的采樣電阻分壓流過帶尾纖的激光二極管，壓敏電阻、雙向抑制二極管、保護(hù)電阻組成保護(hù)回路來防止二極管大電流損壞，激光二極管根據(jù)局放電流大小發(fā)出不同強(qiáng)度的光；光電測量模塊輸出通過光纖進(jìn)行傳輸；光電轉(zhuǎn)換裝置將光纖傳輸?shù)墓庑盘栟D(zhuǎn)換為電信號，輸出到數(shù)據(jù)采集裝置。本實用新型能夠有效測量電氣設(shè)備局部放電電流，采用激光二極管，入纖功率大，調(diào)制速度高，反應(yīng)速度快，測量結(jié)果直觀，且能有效避免電磁干擾和地線干擾。
【專利說明】—種基于激光二極管的局部放電光電檢測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及局部放電監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種基于激光二極管的局部放電光電檢測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)中的高壓電氣設(shè)備，在長期的運行過程中不可避免的會出現(xiàn)一定的絕緣缺陷，局部放電已經(jīng)成為造成設(shè)備絕緣劣化的重要原因。電氣設(shè)備絕緣內(nèi)部常存在一些弱點，在外施電壓作用下絕緣缺陷，首先發(fā)生放電，這就是電氣設(shè)備的局部放電。放電的能量雖然很微弱，不影響設(shè)備的短時絕緣強(qiáng)度，但日積月累將引起絕緣老化，最后可能導(dǎo)致整個絕緣在正常電壓下發(fā)生擊穿，引發(fā)事故。定期檢測設(shè)備的局部放電可以及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，保證安全運行。近數(shù)十年來，國內(nèi)外已越來越重視對設(shè)備進(jìn)行局部放電測量。
[0003]現(xiàn)有的局部放電檢測方法主要分為測量電信號與非電信號兩類，以發(fā)生局部放電時產(chǎn)生的電脈沖、電磁輻射、超聲波等現(xiàn)象為依據(jù)，相應(yīng)的檢測方法包括脈沖電流法、超聲波檢測法、紅外檢測法、超高頻檢測法等，非電的測量方法無法準(zhǔn)確判斷放電量的大小，不夠直觀。
[0004]脈沖電流檢測法通過檢測阻抗或電流傳感器，檢測設(shè)備由于局部放電引起的脈沖電流，獲得視在放電量。它的研究最早、在早期的局部放電檢測中應(yīng)用廣泛，對此，IEC有專門制定的標(biāo)準(zhǔn)。但該方法頻率低、頻帶窄，無法滿足高頻電壓下的測量，獲得的信息量較少且容易受到外界的空間電磁干擾影響。
[0005]超聲波檢測法是將超聲探頭固定在設(shè)備外表面，接受內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的超聲波信號，以此判斷局部放電的大小。超聲波檢測法可以躲避電磁干擾的影響，易于實現(xiàn)在線檢測，操作簡便，便于攜帶。但目前的超聲波傳感器靈敏度較低，在現(xiàn)場不易獲得有效信號，聲信號干擾因素較多。超聲檢測主要用于定性判斷局放信號的有無，是主要的輔助測量手段，屬于非電的測量手段。
[0006]紅外檢測法是基于局部放電點處溫度升高的原理，利用紅外探測儀的熱成像原理來記錄放電點。由于設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)與傳熱過程的復(fù)雜性，利用紅外檢測法直接檢測設(shè)備內(nèi)部的局部放電存在一定難度，目前主要針對于設(shè)備外部的故障檢測，為非電的測量方法。
[0007]超高頻檢測法是一種較新的檢測手段，通過超高頻天線接受設(shè)備局部放電所產(chǎn)生的超高頻電磁信號，實現(xiàn)局部放電的測量。這種檢測方法的主要缺點是無法確定放電量，即使當(dāng)局放點到傳感器之間的傳播路徑不變情況下，超高頻方法所測的信號幅值與脈沖電流法測得的視在放電量也沒有明確的線性對應(yīng)關(guān)系，加大了應(yīng)用此方法進(jìn)行局部放電量標(biāo)定的難度，為非電的測量手段。
[0008]光電測量模塊中的激光二極管(LD)較以往類似測量方法中所使用的發(fā)光二極管(LED)有著一些明顯的優(yōu)點。LED輸出為非相干光，其譜寬寬，入纖功率小，調(diào)制速率低；LD是相干光輸出，譜寬窄，入纖功率大，調(diào)制速度高，適用與長距離高速率系統(tǒng)。對于局部放電檢測系統(tǒng)來說，響應(yīng)速度是一項重要的參數(shù)指標(biāo)，LD的響應(yīng)速度快，可以達(dá)到ps級，同時耦合效率高，可直接進(jìn)行調(diào)制，相干性好等優(yōu)點可以滿足ns級局部放電的測量與分析。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實用新型的目的是提出一種基于激光二極管的局部放電光電檢測系統(tǒng)，在試樣高壓端進(jìn)行檢測，隔離地線干擾與空間電磁干擾，響應(yīng)速度快，基于LD的光電檢測系統(tǒng)可以獲得高強(qiáng)度的局放信號。
[0010]一種基于激光二極管的局部放電檢測系統(tǒng)，包含光電測量模塊、光纖、光電轉(zhuǎn)換裝置和數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于:
[0011]所述光電測量模塊放置于試樣高壓端，有兩個接線端，分別接高壓和試樣；光電測量模塊包含無感采樣電阻、帶尾纖激光二極管(LD)及保護(hù)回路，光纖從激光二極管連接至光電轉(zhuǎn)換裝置，傳輸過程中避免空間電磁的干擾，隔離地線干擾；光電轉(zhuǎn)換裝置放置于無干擾區(qū)域，接收來自光電測量模塊的局部放電光信號，將不同強(qiáng)弱的光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)大小的電信號，直接輸出到數(shù)據(jù)采集裝置中；數(shù)據(jù)采集裝置為示波器、計算機(jī)或筆記本電腦；
[0012]所述保護(hù)回路包含壓敏電阻、雙向抑制二極管、保護(hù)電阻R1和保護(hù)電阻R2，保護(hù)回路中的壓敏電阻與無感采樣電阻并聯(lián)，帶尾纖二極管和保護(hù)電阻Rl串聯(lián)后與雙向抑制二極管并聯(lián)后，再與保護(hù)電阻R2串聯(lián)，最后并接于壓敏電阻兩端；
[0013]所述無感電阻的阻值可變，無感電阻的阻值范圍為50 Ω?5ΚΩ，能夠測量的試樣高壓端的局放電流大小為6.26mA?785mA ；
[0014]所述帶尾纖激光二極管根據(jù)其流過局放電流大小的不同而發(fā)出不同強(qiáng)度的光，通過尾部光纖進(jìn)行傳輸。
[0015]所述光電測量模塊應(yīng)用于油紙絕緣氣隙試樣或油楔試樣，能夠測量局部漏放電的放電起始電壓、放電熄滅電壓、放電脈沖頻率和放電脈沖峰值。
[0016]—種基于所述檢測系統(tǒng)的激光二極管的局部放電檢測方法，其特征在于，包含以下步驟:
[0017]I)將光電測量模塊放置于試樣高壓端，根據(jù)高壓端局放電流的大小及靈敏度選定采樣電阻的阻值；
[0018]2)為采樣電阻并聯(lián)保護(hù)回路；
[0019]3)光電測量模塊中帶尾纖的激光二極管根據(jù)局放電流大小的不同發(fā)出不同強(qiáng)度的光；
[0020]4)光電測量模塊的輸出通過光纖傳輸至光電轉(zhuǎn)換裝置，避免了空間電磁干擾的影響；
[0021]5)光電轉(zhuǎn)換裝置將光纖傳輸?shù)墓庑盘栟D(zhuǎn)換為電信號，輸出到數(shù)據(jù)采集裝置；
[0022]6)數(shù)據(jù)采集裝置通過示波器、計算機(jī)或筆記本電腦的顯示設(shè)備經(jīng)過統(tǒng)計計算出局放電流的大小、放電起始電壓、放電熄滅電壓、放電脈沖頻率和放電脈沖峰值。
[0023]本實用新型的有益效果是提出了一種基于激光二極管的局部放電光電檢測系統(tǒng)及方法。檢測系統(tǒng)包括光電測量模塊、光纖傳輸、光電轉(zhuǎn)換裝置、信號采集裝置。該系統(tǒng)在試樣高壓端串入采樣電阻，通過激光二極管將采樣電阻上的電流信號轉(zhuǎn)換為光信號進(jìn)行傳輸，能直接檢測電氣設(shè)備的局部放電信號，隔離地線和空間電磁帶來的干擾，具有較高的響應(yīng)特性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是局部放電光電檢測系統(tǒng)示意圖；
[0025]圖2是光電測量模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖3是采樣電阻阻值與檢測局放電流范圍的關(guān)系圖；
[0027]圖4 (a)為油紙絕緣紙板氣隙模型；
[0028]圖4(b)為油紙絕緣氣隙模型實驗裝置；
[0029]圖4(c)為沖擊電壓下油紙絕緣氣隙模型的局放光電測量系統(tǒng)；
[0030]圖5是沖擊電壓下油紙絕緣氣隙試樣的局放波形；
[0031]圖6(a)為油楔紙板模型；
[0032]圖6(b)為油楔模型實驗裝置；
[0033]圖6(c)為沖擊電壓下油楔模型的局放光電測量系統(tǒng)；
[0034]圖7是沖擊電壓下油楔試樣的局放波形。
[0035]圖中標(biāo)號:1_高壓端；2-試樣；3-光纖；4_光電測量模塊；5_光電轉(zhuǎn)換裝置；6-數(shù)據(jù)采集裝置；7_高壓引線；8_絕緣套管；9_接地引線；10_高壓平板電極；11_接地平板電極；12_油紙氣隙模型；13:沖擊電壓源；14_球電極；15_油楔模型。

【具體實施方式】
[0036]本實用新型涉及一種一種基于激光二極管的局部放電光電檢測系統(tǒng)，下面結(jié)合具體實施例和附圖對本實用新型作詳細(xì)說明，但并不因此而限制本實用新型的內(nèi)容。
[0037]—種基于激光二極管的局部放電檢測系統(tǒng)，包括光電測量模塊4、光纖3、光電轉(zhuǎn)換裝置5、數(shù)據(jù)采集裝置6。
[0038]圖1是局部放電光電檢測系統(tǒng)示意圖；光電測量模塊4與高壓端I和試樣2連接，通過帶尾纖的激光二極管與光纖3相連，通過光纖3將信息從高壓端傳遞至低壓端。
[0039]光纖3與光電轉(zhuǎn)換裝置5相連，光電轉(zhuǎn)換裝置5接收來自光電測量模塊4的局部放電光信號，將不同強(qiáng)弱的光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)大小的電信號。
[0040]光電轉(zhuǎn)換裝置5與數(shù)據(jù)采集裝置6相連，光電轉(zhuǎn)換裝置5將轉(zhuǎn)換后的電信號直接輸出到數(shù)據(jù)采集裝置6中，數(shù)據(jù)采集裝置6可以選用示波器，計算機(jī)或筆記本。
[0041]局部放電檢測系統(tǒng)系統(tǒng)的工作步驟為:
[0042]步驟1:光電測量模塊4放置于試樣2和高壓端I 一側(cè)并連接，局放電流通過適當(dāng)大小的采樣電阻Rs分壓流過帶尾纖的激光二極管，二極管根據(jù)局放電流大小發(fā)出不同強(qiáng)度的光。
[0043]步驟2:光電測量模塊4輸出通過光纖3進(jìn)行傳輸，避免了空間電磁干擾的影響，將信號由高壓端傳輸至低壓端。
[0044]步驟3:光電轉(zhuǎn)換裝置5將光纖3傳輸?shù)墓庑盘栟D(zhuǎn)換為電信號，輸出到數(shù)據(jù)采集裝置6。
[0045]圖2是光電測量模塊4結(jié)構(gòu)圖，主要包括:帶尾纖的激光二極管、采樣電阻Rs、保護(hù)電阻Rp R2、壓敏電阻MOV與雙向抑制二極管TVS。當(dāng)試樣2發(fā)生局部放電時，通過適當(dāng)阻值的采樣電阻Rs進(jìn)行分壓，帶尾纖的激光二極管根據(jù)其流過局放電流大小的不同而發(fā)出不同強(qiáng)度的光，通過尾部連接的光纖3進(jìn)行傳輸。雙向抑制二極管(TVS)與壓敏電阻(MOV)作用一樣，在線路板上與被保護(hù)線路并聯(lián)，當(dāng)瞬時電壓超過二極管正常工作電壓后，TVS與MOV提供給瞬時電流一個超低電阻通路，瞬時電流通過二極管被引開，避開被保護(hù)器件，在電壓恢復(fù)正常值之前使被保護(hù)回路保持截止電壓，當(dāng)瞬時脈沖結(jié)束后會自動回復(fù)高阻狀態(tài)，整個回路進(jìn)入正常電壓。TVS的反應(yīng)速度較快，截止電壓較低，做為一級保護(hù)，MOV截止電壓較高，做為二級保護(hù)。選擇R1為240 Ω，R2為800 Ω，雙向抑制二極管的導(dǎo)通電壓為6.8V，壓敏電阻的壓敏電壓為27V。Rs的取值原則可依據(jù)圖3中描述的關(guān)系進(jìn)行選擇，
[0046]圖3是采樣電阻阻值與檢測局放電流范圍的關(guān)系圖，采樣電阻大小的不同會影響測量回路的測量范圍與靈敏度，Rs較小時，測量范圍大，靈敏度低；RS較大時，測量范圍小，靈敏度高。例如當(dāng)Rs = 50Ω時，可以測量流過放電回路的最大電流為785mA，能夠較大范圍的測量充電電流與局放電流。當(dāng)回路電流大于131mA時LD才開始工作，容易漏掉較小的局放電流；當(dāng)Rs = 5kQ時，可以測量的最大電流為42.5mA，最小電流為6.26mA，測量范圍較小，但靈敏度較高。
[0047]圖4是以沖擊電壓下油紙絕緣氣隙試樣為例的接線圖，其中圖4(a)為油紙絕緣紙板氣隙模型，由三層80mmX80mm的圓角正方形絕緣紙板粘接組成，其中中間層絕緣紙板中心處有一直徑為1mm的圓形孔洞；
[0048]圖4(b)為油紙絕緣氣隙模型實驗裝置，由一大一小兩個平板電極組成，用有機(jī)玻璃粘接成25cm*25cm*20cm密閉盛油容器，玻璃壁厚8mm，同時裝有頂端密封蓋，減緩變壓器油老化速度，保證一定密封性。高壓平板電極10直徑40mm，厚2mm ;接地平板電極11直徑75cm,厚2mm ;高壓引線7配有絕緣套管8，套管8長250mm。接地銅管與高壓引線7間距90_，在油中可以滿足絕緣要求。所有部件均為圓柱形設(shè)計，避免存在尖端引發(fā)局部放電。將圖4(a)所示的絕緣紙板放置在兩個平板電極中間位置夾緊；
[0049]圖4(c)為沖擊電壓下油紙絕緣氣隙模型12的局放光電測量系統(tǒng)，沖擊電壓源13為兩級高效率馬克思回路，包含DC—直流電源；D—高壓硅堆；R0—保護(hù)電阻；R’ 一充電電阻；Rf —波前電阻；Rt —波尾電阻；C0 —各級主電容；C —負(fù)荷電容；G0?Gl —球隙；C1、C2 一弱阻尼電容分壓器的高、低壓臂電容；r 一分壓器高壓臂的弱阻尼電阻。電容分壓器的分壓比為2000:1。光纖測量模塊4的高壓端I連接沖擊電壓源輸出，光纖測量模塊4的試樣2端連接油紙氣隙模型12，光電轉(zhuǎn)換裝置5的輸出通過50Ω匹配電阻連接到數(shù)據(jù)采集裝置6，此處選用示波器。
[0050]圖5為測得的沖擊電壓下油紙絕緣氣隙局部放電波形。CHl黃色信號為2000:1電容分壓器輸出的沖擊源13的波形，CH2為光電檢測系統(tǒng)里數(shù)據(jù)采集裝置6輸出的局部放電信號?？梢园l(fā)現(xiàn)波尾部分出現(xiàn)大量不同強(qiáng)度的帶有微弱振蕩的正方向放電脈沖，進(jìn)一步可以通過不斷的實驗與探索，得到油紙絕緣氣隙試樣在沖擊電壓下的放電起始電壓、放電熄滅電壓、放電脈沖頻率、放電脈沖峰值等主要參量。
[0051]圖6是以沖擊電壓下油楔試樣為例的接線圖。其中圖6(a)為油楔紙板模型，由三層120_X120_的圓角正方形絕緣紙板粘接組成。圖6(b)為油楔模型實驗裝置，由高壓端的球電極14與接地平板電極11組成，將干燥粘接好的三層絕緣紙板夾在球電極14與接地平板電極11中間。用有機(jī)玻璃粘接成25cm*25cm*20cm密閉盛油容器，玻璃壁厚8mm，同時裝有頂端密封蓋，減緩變壓器油老化速度，保證一定密封性。高壓球電極直徑25mm，接地平板電極直徑75cm，高壓引線7配有絕緣套管8，套管8長250mm。接地銅管與高壓引線7間距90mm，在油中可以滿足絕緣要求。所有部件均為圓柱形設(shè)計，避免存在尖端引發(fā)局部放電，將圖6(a)所示的絕緣紙板放置在球電極14與平板電極中間位置夾緊；
[0052]圖6(c)為沖擊下油楔模型15的局放光電測量系統(tǒng)，沖擊電壓源13為一級馬克思回路，包含DC —直流電源；D —高壓硅堆；R0 —保護(hù)電阻；Rf —波前電阻；Rt —波尾電阻；CO 一主電容；G0 —球隙；C1、C2 一弱阻尼電容分壓器的高、低壓臂電容；r 一分壓器高壓臂的弱阻尼電阻。電容分壓器的分壓比為2000:1。沖擊電壓波頭時間為I μ S，波尾時間為50 μ S，滿足實驗要求。數(shù)據(jù)采集裝置6的輸出通過50 Ω匹配電阻連接到數(shù)據(jù)采集裝置6，此處選用示波器。
[0053]圖7為測得的沖擊電壓下油楔模型的局部放電波形。CHl黃色信號為2000:1電容分壓器輸出的沖擊源13的波形,CH2為光電檢測模塊輸出的局部放電信號?？梢园l(fā)現(xiàn)波尾部分出現(xiàn)大量不同強(qiáng)度的帶有微弱振蕩的正方向放電脈沖，進(jìn)一步可以通過不斷的實驗與探索，得到油楔試樣在沖擊電壓下的放電起始電壓為25.6KV、放電熄滅電壓為25.6KV、放電脈沖頻率、放電脈沖峰值等主要參量。以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于激光二極管的局部放電檢測系統(tǒng)，包含光電測量模塊、光纖、光電轉(zhuǎn)換裝置和數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于: 所述光電測量模塊放置于電氣設(shè)備局部放電處，有兩個接線端，分別接高壓端和試樣；光電測量模塊包含無感采樣電阻、帶尾纖激光二極管(LD)及保護(hù)回路；光纖從激光二極管連接至光電轉(zhuǎn)換裝置；光電轉(zhuǎn)換裝置放置于無干擾區(qū)域，與數(shù)據(jù)采集裝置電氣連接；數(shù)據(jù)采集裝置為示波器、計算機(jī)或筆記本電腦； 所述保護(hù)回路包含壓敏電阻、雙向抑制二極管、保護(hù)電阻R1和保護(hù)電阻R2，保護(hù)回路中的壓敏電阻與無感采樣電阻并聯(lián)，帶尾纖二極管和保護(hù)電阻R1串聯(lián)后與雙向抑制二極管并聯(lián)后，再與保護(hù)電阻R2串聯(lián)，最后并接于壓敏電阻兩端； 所述無感電阻的阻值范圍為50 Ω?5ΚΩ，能夠測量的試樣高壓端的局放電流大小為.6.26mA ?785mA。
【文檔編號】G01R31/12GK204086459SQ201420402664
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】劉云鵬, 王劍, 趙濤, 裴少通, 劉賀晨, 李世延 申請人:華北電力大學(xué)（保定）