一种基于光纤传输的激光触发系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种基于光纤传输的激光触发系统，包括激光器、耦合器、光纤和放电间隙；所述激光器发出的激光进入耦合器，经过耦合器耦合的激光通过光纤传输到放电间隙。本实用新型专利技术提供一种基于光纤传输的激光触发系统，采用光纤传输纳秒级激光后，可以实现激光脉冲的长距离任意路径传输，并提高了放电间隙触发的可靠性；本实用新型专利技术提供的激光触发系统应用广泛，应用该激光触发系统开展了大量的触发放电实验研究，取得了丰富的试验数据，为激光触发间隙的研究以及工程应用奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及属于电力设备
，具体涉及一种基于光纤传输的激光触发系统。
技术介绍
自2001年开始，中国电力科学研究院开始自主研发交流输电线路串联补偿成套设备，目前所有设备均实现国产化，并具有完全自主知识产权。火花间隙作为串补电容器组和金属氧化物限压器的主保护设备，在串补成套设备中占据重要地位，是串联补偿装置安全可靠的关键设备。激光触发间隙放电一般多应用于脉冲功率领域的开关技术中，用于降低开关抖动、减小触发时延等。在电力系统中，放电间隙应用也较为广泛，其中一个重要的应用即交流输电线路串联补偿装置中的火花间隙。火花间隙是串补装置中的主要保护设备，为串补电容器组和限压器提供主保护，虽然不同公司提供的火花间隙工作原理有所不同，但是基本上都属于控制触发型(或称为强制触发型)火花间隙。把激光触发气体间隙放电应用到串补火花间隙中，可以更好地控制间隙放电，并大幅提高串补间隙的工作可靠性。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本技术提供了一种基于光纤传输的激光触发系统，采用光纤传输纳秒级激光后，可以实现激光脉冲的长距离任意路径传输，并提高了放电间隙触发的可靠性。为了实现上述目的，本技术采取如下方案：本技术提供一种基于光纤传输的激光触发系统，所述激光触发系统包括激光器、耦合器、光纤和放电间隙；所述激光器发出的激光进入耦合器，经过耦合器耦合的激光通过光纤传输到放电间隙。所述激光器发出的激光和经过耦合器耦合的激光均为纳秒级激光。所述放电间隙包括高压电极和低压电极。所述低压电极上设有通孔，所述通孔为圆孔，所述圆孔的直径为3～10mm。所述激光器发出的纳秒级激光进入耦合器进行耦合，经过耦合的纳秒级激光通过光纤传输到放电间隙，所述光纤和低压电极之间设有透镜，经过透镜的纳秒级激光通过圆孔，实现纳秒级激光直接触发放电间隙放电或纳秒级激光聚焦到高压电极表面触发放电间隙放电。所述高压电极和低压电极之间的距离为10～30mm。所述所述高压电极和低压电极之间的距离为15～25mm。所述激光器为气体激光器，所述气体激光器为灯泵脉冲激光器。所述耦合器为定向耦合器。所述光纤为毫米级石英光纤。所述放电间隙为空气间隙。与最接近的现有技术相比，本技术提供的技术方案具有以下有益效果：1)光纤传输纳秒级激光，进而由激光触发的放电间隙具有不受大气环境影响的优点；2)采用光纤传输纳秒级激光后，可以实现纳秒级激光的长距离任意路径传输；3)采用光纤传输纳秒级激光后，提高了空气间隙触发的可靠性；4)本技术提供的激光触发系统应用广泛，应用该激光触发系统开展了大量的触发放电实验研究，取得了丰富的试验数据，为激光触发间隙的研究以及工程应用奠定了基础。附图说明图1是基于光纤传输的激光触发系统结构图。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步详细说明。本技术提供一种基于光纤传输的激光触发系统，如图1，所述激光触发系统包括激光器、耦合器、光纤和放电间隙；所述激光器发出的激光进入耦合器，经过耦合器耦合的激光通过光纤传输到放电间隙。所述激光器发出的激光和经过耦合器耦合的激光均为纳秒级激光。所述放电间隙包括高压电极和低压电极，所述高压电极和低压电极采用的材料均为铜。所述低压电极上设有通孔，所述通孔为圆孔，所述圆孔的直径为3～10mm。所述激光器发出的纳秒级激光进入耦合器进行耦合，经过耦合的纳秒级激光通过光纤传输到放电间隙，所述光纤和低压电极之间设有透镜，经过透镜的纳秒级激光通过圆孔，实现纳秒级激光直接触发放电间隙放电或纳秒级激光聚焦到高压电极表面触发放电间隙放电。所述高压电极和低压电极之间的距离为10～30mm。所述所述高压电极和低压电极之间的距离为15～25mm。所述激光器为气体激光器，所述气体激光器为灯泵脉冲激光器。所述耦合器为定向耦合器。所述光纤为毫米级石英光纤。所述放电间隙为空气间隙。激光器产生的纳秒级激光脉冲聚焦于放电间隙内时，如果纳秒级激光能量足够大，焦点及其附近的空气就会放电，在电场作用下迅速发展成为火花放电通道，使放电间隙导通。由于纳秒级激光在空气中传输受大气环境的影响较大，很难保证进行几十米甚至数百米以上的长距离传输后，纳秒级激光再直接聚焦于所要求的位置使空气电离。同时，串补装置用火花间隙安装在与线路相同电位的串补平台上，距离地面一般为5m以上，且能保证激光器稳定运行的串补控制保护小室一般距离串补平台数百米以上，激光很难通过空气直接传输到火花间隙中以实现可靠间隙的触发。激光器产生的纳秒级激光进入耦合器，在耦合器中输出到光纤中，纳秒级激光通过光纤传输到施加一定电压的空气间隙，通过透镜后沿低压电极轴向预留的通孔，聚焦于电极间轴向某一位置处致使空气电离形成等离子体，畸变电极间电场从而导致间隙触发导通。这样激光器发出的纳秒级激光直接通过光纤传输到空气间隙，避免了直接在空气中传输受到的大气环境以及光路上可能存在的障碍物的影响，从而提高了间隙触发放电的可靠性。这样纳秒级激光可以沿随意弯曲的光纤传输，避免了纳秒级激光直接在空气中传输距离较长且激光器的激光输出口与所需激光聚焦点不在同一平面时需要多次通过透镜折、反射的问题，提升了激光触发间隙的应用范围。本技术提供的基于光纤传输的激光触发系统可以应用于以下激光很难或者无法在空气中直接传输但需要触发的放电间隙中，激光器工作在可以确保其安全可靠运行的环境中，通过光纤传输后：1)激光触发空气间隙放电如前面所述，足够能量的激光脉冲通过光纤传输到空气间隙中，通过透镜聚焦于电极间某一点致使气体电离形成等离子体，畸变电极间电场从而导致间隙触发导通。除敞开的空气间隙外，还可应用于充不同气体的空气间隙中，如SF6等气体或者压缩空气等。2)激光聚焦到电极表面触发间隙放电通过光纤传输的激光聚焦于金属电极表面，其聚焦点处的金属产生等离子体，该等离子体畸化两电极之间的电场，从而导致间隙放电。最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本技术的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本技术精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤传输的激光触发系统，其特征在于：所述激光触发系统包括激光器、耦合器、光纤和放电间隙；所述激光器发出的激光进入耦合器，经过耦合器耦合的激光通过光纤传输到放电间隙。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤传输的激光触发系统，其特征在于：所述激光触发系统包括激光器、耦
合器、光纤和放电间隙；所述激光器发出的激光进入耦合器，经过耦合器耦合的激光通过光
纤传输到放电间隙。
2.根据权利要求1所述的基于光纤传输的激光触发系统，其特征在于：所述激光器发出
的激光和经过耦合器耦合的激光均为纳秒级激光。
3.根据权利要求2所述的基于光纤传输的激光触发系统，其特征在于：所述放电间隙包
括高压电极和低压电极。
4.根据权利要求3所述的基于光纤传输的激光触发系统，其特征在于：所述低压电极上
设有通孔，所述通孔为圆孔，所述圆孔的直径为3～10mm。
5.根据权利要求4所述的基于光纤传输的激光触发系统，其特征在于：所述激光器发出
的纳秒级激光进入耦合器进行耦合，经过耦合的纳秒级激光通过光纤传输到放电间隙，所述
光纤和低压电极之间设有透镜，经过透镜的纳秒级激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：董勤晓，刘之方，周玮，党冬，闫晔，李志远，陈没，李永亮，李会兵，余辉，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：新型
国别省市：北京;11