具有溫度測(cè)量功能的光纖電弧光傳感裝置及其測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)保護(hù)中設(shè)備設(shè)施故障電弧光檢測(cè)的檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法，特別涉及具有溫度測(cè)量功能的光纖電弧光傳感裝置及其測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)中往往由于電極、觸點(diǎn)或傳輸線(xiàn)故障而發(fā)出刺眼的電弧光，該電弧光具有極強(qiáng)的光能及熱能，并且對(duì)電力設(shè)備及操作人員均有巨大的危害，要及時(shí)的加以控制，防止電弧光對(duì)設(shè)備及人員的傷害?，F(xiàn)有業(yè)內(nèi)人員采取的檢測(cè)故障時(shí)產(chǎn)生大電流的方法往往會(huì)誤將正常的大電流當(dāng)作故障電流處理，使得很多能夠產(chǎn)生大電流的設(shè)備無(wú)法使用，此外，檢測(cè)電流的方法使用的電流互感器不僅昂貴，而且還受到安裝位置及動(dòng)作時(shí)間的限制，不利于對(duì)故障電弧光的保護(hù)。
[0003]近年來(lái)，在對(duì)電弧光檢測(cè)的方法中，現(xiàn)有基于檢測(cè)電弧光中可見(jiàn)光的方法(如歐美的ABB、VAMP及澳大利亞的瑞勝等)存在著一個(gè)致命的缺點(diǎn)，就是無(wú)法排除自然光、日光燈及手電筒等雜散光的干擾，采用此方法檢測(cè)電弧光的探頭很容易誤將雜散光作為電弧光進(jìn)行檢測(cè)，因而無(wú)法保證所檢測(cè)到的光是電力系統(tǒng)故障時(shí)發(fā)出的電弧光。
[0004]然而，電弧光發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的熱量也是非常大的，在檢測(cè)弧光和電流的同時(shí)，需要實(shí)時(shí)關(guān)注像開(kāi)關(guān)柜等設(shè)備內(nèi)部的溫度狀態(tài)。這些設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)溫度都是比較低，在故障短路等情況下溫度會(huì)有迅速的變化，關(guān)注其溫度也是至關(guān)重要的。
[0005]采用可靠的方法檢測(cè)電力系統(tǒng)故障時(shí)的電弧光并同時(shí)檢測(cè)溫度是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)業(yè)的必然趨勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供具有溫度測(cè)量功能的光纖電弧光傳感裝置及其測(cè)量方法，該裝置具有通過(guò)單一探頭、單一光纖跳線(xiàn)、單一光電轉(zhuǎn)換模塊同時(shí)完成弧光與溫度的探測(cè)功能，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)抗干擾光力度不足及不能同時(shí)完成弧光與溫度同時(shí)探測(cè)的缺點(diǎn)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]本發(fā)明具有溫度測(cè)量功能的光纖電弧光傳感裝置包括光學(xué)探頭、光纖跳線(xiàn)、光電轉(zhuǎn)換單元，所述光學(xué)探頭通過(guò)所述光纖跳線(xiàn)與所述光電轉(zhuǎn)換單元連接，所述光學(xué)探頭包括出口光纖，所述出口光纖的前端設(shè)置有稀土參雜的具有溫度特性的熒光材料，所述出口光纖的末端與所述光纖跳線(xiàn)連接，所述出口光纖的外表面還設(shè)置有紫外帶通光學(xué)窗口。
[0009]優(yōu)選的，所述熒光材料為稀土摻雜的具有溫度特性的熒光物質(zhì)。
[0010]優(yōu)選的，所述光學(xué)窗口為紫外帶通光學(xué)窗口。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述出口光纖為熔融石英材質(zhì)。
[0012]進(jìn)一步的，所述光電轉(zhuǎn)換單元包括光學(xué)耦合系統(tǒng)、分束器、光接收器、溫度信號(hào)激發(fā)光源、光電轉(zhuǎn)換電路、溫度信號(hào)激發(fā)光源驅(qū)動(dòng)電路、同步電路和信號(hào)處理和輸出電路；所述光纖跳線(xiàn)通過(guò)所述光學(xué)耦合系統(tǒng)與所述分束器的輸入端連接，所述分束器的兩個(gè)輸出端分別與光接收器和溫度信號(hào)激發(fā)光源連接，所述光接收器與所述光電轉(zhuǎn)換電路連接，所述溫度信號(hào)激發(fā)光源依次通過(guò)所述溫度信號(hào)激發(fā)光源驅(qū)動(dòng)電路和所述同步電路與所述光電轉(zhuǎn)換電路連接，所述光電轉(zhuǎn)換電路與所述信號(hào)處理和輸出電路連接。
[0013]進(jìn)一步的，所述信號(hào)處理和輸出電路包括弧光信號(hào)處理電路和溫度信號(hào)采樣電路。
[0014]本發(fā)明同時(shí)提供一種利用本發(fā)明具有溫度測(cè)量功能的光纖電弧光傳感裝置的測(cè)量方法，包括弧光探測(cè)方法和溫度測(cè)量方法。
[0015]進(jìn)一步的，所述弧光探測(cè)方法包括以下步驟:
[0016]I)當(dāng)弧光出現(xiàn)時(shí)，光學(xué)探頭的光學(xué)窗口將弧光中波長(zhǎng)大于400nm的光過(guò)濾，使所述弧光中波長(zhǎng)小于400nm的紫外光透過(guò)光學(xué)窗口照射到熒光材料上，熒光材料受到紫外光照射后激發(fā)出與所述弧光對(duì)應(yīng)的具有特殊頻率、波形與強(qiáng)度的第一熒光信號(hào)。
[0017]2)步驟I)中的第一熒光信號(hào)依次通過(guò)出口光纖、光纖跳線(xiàn)、光學(xué)耦合系統(tǒng)和分束器傳輸至光接收器，光接收器配合光電轉(zhuǎn)換電路中的弧光信號(hào)處理電路將第一熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換成布爾型的弧光電信號(hào)。
[0018]進(jìn)一步的，所述溫度測(cè)量方法包括以下步驟:
[0019]I)光電轉(zhuǎn)換單元中的溫度信號(hào)激發(fā)光源驅(qū)動(dòng)電路控制溫度激發(fā)光源以極短的時(shí)間間隔發(fā)送激發(fā)脈沖光，所述激發(fā)脈沖光依次通過(guò)分束器、光學(xué)耦合系統(tǒng)、光纖跳線(xiàn)和出口光纖傳輸至熒光材料，熒光材料受到激發(fā)脈沖光的激發(fā)發(fā)出頻率、波形與強(qiáng)度不同于第一熒光信號(hào)的第二熒光信號(hào)。
[0020]2)步驟I)中的第二熒光信號(hào)依次通過(guò)出口光纖、光纖跳線(xiàn)、光學(xué)耦合系統(tǒng)和分束器傳輸至光接收器，光接收器配合光電轉(zhuǎn)換電路中的溫度信號(hào)采樣電路將第二熒光信號(hào)的時(shí)間衰減參數(shù)轉(zhuǎn)換為溫度值。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是:
[0022]本發(fā)明具有溫度測(cè)量功能的光纖電弧光傳感裝置及其測(cè)量方法，I)在光學(xué)探頭上設(shè)置有紫外帶通光學(xué)窗口，該窗口可濾除外界可見(jiàn)光對(duì)傳感系統(tǒng)的干擾；2)在光學(xué)探頭中置有稀土參雜的具有溫度特性的熒光物質(zhì)作為感光材料，該熒光物質(zhì)受溫度信號(hào)激發(fā)光源激發(fā)所產(chǎn)生的熒光信號(hào)與受弧光激發(fā)所產(chǎn)生的熒光信號(hào)的頻率、波形及強(qiáng)度不同，可同時(shí)完成弧光與溫度的探測(cè)，利用該熒光物質(zhì)的稀土元素受激發(fā)產(chǎn)生的熒光信號(hào)的時(shí)間衰減作為探測(cè)溫度的參數(shù)，利用其紫外光激發(fā)熒光物質(zhì)產(chǎn)生的熒光信號(hào)作為弧光探測(cè)的參數(shù)；3)在光學(xué)探頭中使用熔融石英光纖作為出口光纖，可以減小弧光與溫度信號(hào)傳輸過(guò)程中的衰減。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明光纖電弧光傳感裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明光纖電弧光傳感裝置中光電轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中:1、光學(xué)探頭，2、光纖跳線(xiàn)，3、光電轉(zhuǎn)換單兀，4、光學(xué)窗口，5、焚光材料，6、出口光纖，7、光學(xué)親合系統(tǒng)，8、分束器，9、光接收器，10、溫度信號(hào)激發(fā)光源。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明具有溫度測(cè)量功能的光纖電弧光傳感裝置包括光學(xué)探頭1、光纖跳線(xiàn)2、光電轉(zhuǎn)換單元3，光學(xué)探頭I通過(guò)光纖跳線(xiàn)2與光電轉(zhuǎn)換單元3連接。
[0028]光學(xué)探頭I包括出口光纖6，出口光纖6為恪融石英材質(zhì)，出口光纖6的前端設(shè)置有熒光材料5，熒光材料5為稀土摻雜的具有溫度特性的熒光物質(zhì)，該熒光物質(zhì)受溫度信號(hào)激發(fā)光源激發(fā)所產(chǎn)生的熒光信號(hào)與受弧光所產(chǎn)生的熒光信號(hào)的頻率、波形及強(qiáng)度不同，可同時(shí)完成弧光與溫度的探測(cè)，利用該熒光物質(zhì)的稀土元素受激發(fā)產(chǎn)生的熒光信號(hào)的時(shí)間衰減作為探測(cè)溫度的參數(shù)，利用其紫外光激發(fā)熒光物質(zhì)產(chǎn)生的熒光信