内置式GIS用局部放电超声波与光脉冲联合检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种内置式GIS用局部放电超声波与光脉冲联合检测系统及方法，该系统包括被监测对象GIS、超声波和光脉冲一体化传感器、3dB耦合器、光纤传输、光源、双通道光电转换和放大器装置、双通道数据同步采集和存储装置、控制与显示装置以及打印装置，所述的超声波和光脉冲一体化传感器内置式安装于被监测对象GIS内，所述的双通道光电转换和放大器装置、双通道数据同步采集和存储装置、控制与显示装置以及打印装置依次连接。与现有技术相比，本发明专利技术具有简单、实用、降低电磁和外部可见光干扰问题等优点。

Combined Detection System and Method of Partial Discharge Ultrasound and Optical Pulse for Built-in GIS

The invention relates to a combined detection system and method of partial discharge ultrasound and optical pulse for built-in GIS. The system includes GIS, integrated sensor of ultrasonic and optical pulse, 3dB coupler, optical fiber transmission, light source, dual-channel photoelectric conversion and amplifier device, dual-channel data synchronous acquisition and storage device, control and display device and printing device. The built-in ultrasonic and optical pulse integrated sensor is installed in the monitored object GIS. The dual-channel photoelectric conversion and amplifier device, the dual-channel data synchronous acquisition and storage device, the control and display device and the printing device are connected in turn. Compared with the prior art, the invention has the advantages of simplicity, practicability, reducing electromagnetic and External visible light interference problems, etc.

【技术实现步骤摘要】
内置式GIS用局部放电超声波与光脉冲联合检测系统及方法
本专利技术涉及GIS局部放电检测领域，尤其是涉及一种内置式GIS用局部放电超声波与光脉冲联合检测系统及方法。
技术介绍
局部放电的测量是以局部放电所产生的各种现象为依据，通过能表述该现象的物理量来表征局部放电的状态。局部放电的过程除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外，还会产生电磁辐射、超声波、发光、发热以及出现新的生成物等。因此与这些现象相对应，局部放电的检测方法可分为电气测量法和非电测量法两大类。非电测量法主要包括超声波检测法、光测法、红外检测法、化学检测法等。这些方法的优点是测量中不受电气的干扰，抗干扰能力强。目前，超声波测量主要传感器是压电式声传感器，应用时将传感器固定在变压器壳体之外。此种测量方法不但存在信号的电磁干扰问题，同时也有声波沿变压器壳体传播影响定位的问题。光测法是通过检测局部放电产生的光辐射作为测量依据的。通过局放光脉冲本身或光电转换后，可以进行局部放电光谱分析、局放光脉冲检测、局放定位、电气绝缘老化机理以及局放电磁波传播特性等各种研究，但其易容受可见光等干扰问题，导致测量信号不准确。尽管如此，超声波、光脉冲局部放电检测的方法和技术已在在线监测中广泛使用，但均是两套系统，或者两个独立的传感器，联合使用时效率低、信号分析时需人为介入判断。经过检索，中国专利公开号为CN206773135U公开了一种GIS局部放电特性的检测系统，包括：相互并联的GIS绝缘缺陷模拟装置、交流电压源、直流电压源和局部放电测量装置；其中，GIS绝缘缺陷模拟装置用于逐次模拟GIS的不同绝缘缺陷，在直流电压源和交流电压源同时为GIS绝缘缺陷模拟装置供电时，生成不同的局部放电信号；局部放电测量装置对局部放电信号进行处理，生成GIS的不同绝缘缺陷各自对应的局部放电脉冲波形。但该技术使用的是电气测量法，易受电气的干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种内置式GIS用局部放电超声波与光脉冲联合检测系统及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种内置式GIS用局部放电超声波与光脉冲联合检测系统，该系统包括被监测对象GIS、超声波和光脉冲一体化传感器、3dB耦合器、光纤传输、光源、双通道光电转换和放大器装置、双通道数据同步采集和存储装置、控制与显示装置以及打印装置，所述的超声波和光脉冲一体化传感器内置式安装于被监测对象GIS内，所述的双通道光电转换和放大器装置、双通道数据同步采集和存储装置、控制与显示装置以及打印装置依次连接；所述的超声波和光脉冲一体化传感器通过光纤传输依次连接3dB耦合器和双通道光电转换和放大器装置，所述的3dB耦合器与光源连接，组成了基于Fabry-Perot干涉原理的局部放电超声波信号检测回路，所说的双通道光电转换和放大装置将局部放电的超声波信号转化为电压波形信号送入双通道数据同步采集和存储装置；所述的超声波和光脉冲一体化传感器通过光纤传输依次连接双通道光电转换和放大器装置以及双通道数据同步采集和存储装置，组成了基于光纤技术的局部放电光脉冲检测回路，所述的双通道光电转换和放大器装置将局部放电的光脉冲信号转化为电压波形信号送入双通道数据同步采集和存储装置；所述的双通道数据同步采集和存储装置同步采集经过双通道光电转换和放大器装置输出的两路电压波形信号，将数据送入控制与显示装置进行显示和打印装置进行打印。优选地，所述的超声波和光脉冲一体化传感器包括环氧封装圆盘、超声波传感器探头、光脉冲传感器探头、金属管和单模光纤，所述的超声波传感器探头布置于环氧封装圆盘中心表面，所述的光脉冲传感器探头按照超声波传感器探头为中心均匀对称分布在圆盘表面，连接所述的超声波传感器探头和光脉冲传感器探头的单模光纤封装于金属管内，所述的金属管连接环氧封装圆盘。优选地，所述的超声波传感器探头采用基于Fabry-Perot干涉原理的薄膜腔体探头。优选地，所述的光脉冲传感器包括多根单模光纤和光导波耦合器，所述的多根单模光纤通过光导波耦合器进行并联作为光脉冲传感器探头，所述的多根单模光纤按照超声波传感器探头为中心均匀对称分布在圆盘表面。优选地，所述的光脉冲传感器包括8根单模光纤和7个Y型2×1光波导耦合器，所述的8根单模光纤以环氧封装圆盘为中心，按环氧封装圆盘1/3半径处、2/3半径处两个圆环每隔45°进行布置，所述的7个Y型2×1光波导耦合器设于环氧封装圆盘内，形成的8×1耦合器进行光信号强度耦合。优选地，所述的光脉冲传感器可使用12根或16根单模光纤以超声波传感器探头为中心均匀对称分布在环氧封装圆盘表面。优选地，所述的控制与显示装置的显示内容包括：显示单个脉冲波形、峰值-时间序列以及PRPD谱图，所述的控制与显示装置的分析内容包括：信号趋势分析、模式识别和定位。优选地，所述的双通道数据采集方式可替换为多通道采集或或分布式采集方式。优选地，所述的控制与显示装置通过数据线对双通道光电转换和放大器装置和双通道数据同步采集和存储装置进行参数设置。一种内置式GIS用局部放电超声波与光脉冲联合检测系统的方法，包括以下步骤：步骤1，基于MEMS技术加工Fabry-Perot干涉仪超声传感器，并将局部放电超声传感器、光脉冲信号探头设计成一体化GIS用内置式传感器；步骤2，将一体化GIS用内置式传感器在GIS上安装布置并连接2个测量回路；步骤3，GIS局部放电超声波信号通过基于Fabry-Perot干涉原理的薄膜腔体探头，经光纤传输，通过光电转换和放大后转化为电压波形信号；GIS局部放电光脉冲信号则通过多根单模光纤并联形成的探头，经光纤传输，通过光电转换和放大后转化为电压波形信号；步骤4，利用双通道数据同步采集装置对GIS局部放电超声波、光脉冲信号进行同步采集、存储和传输；步骤5，局部放电超声波、光脉冲信号显示和对比分析，打印结果。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术提供了一种内置式一体化传感器，同时测量GIS内部局部放电超声波、光脉冲信号的联合检测方法及系统。2、本专利技术提供了一种比传统GIS局部放电超声波信号更加有效的内置式检测方法，其不但解决了电磁干扰问题，同时也避免了原超声波沿GIS内部绝缘子传播影响定位的问题。3、本专利技术提供了一种将多根单模光纤通过光导波耦合器进行并联作为光信号探测器，增强了检测信号强度和增大了局部放电光信号探测角度。4、本专利技术提供了一种新型的GIS局部放电信号超声波、光脉冲内置式检测相互佐证(声—光联合)分析方法。附图说明图1为本专利技术的系统方框结构示意图。图2为本专利技术的方法工作流程图。图3为本专利技术的一体化传感器装置的结构示意图。图4为图3的A部局部放大图。图5为本专利技术的基于Fabry-Perot干涉原理的超声波传感及测试系统原理图。图6为图5的B部局部放大图。图7为本专利技术的基于光纤技术的光脉冲传感及测试系统原理图。图8为本专利技术的8×1光波导耦合器的原理示意图。其中1为被监测对象GIS，2为超声波和光脉冲一体化传感器，3为3dB耦合器，4为光纤传输，5为光源，6为双通道光电转换和放大器装置，7为双通道数据同步采集和存储装置，8为控制与显示装置，9为打印装置，21为环氧封装圆盘，22为超声波传感器探头，23为光脉冲传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内置式GIS用局部放电超声波与光脉冲联合检测系统，其特征在于，该系统包括被监测对象GIS、超声波和光脉冲一体化传感器、3dB耦合器、光纤传输、光源、双通道光电转换和放大器装置、双通道数据同步采集和存储装置、控制与显示装置以及打印装置，所述的超声波和光脉冲一体化传感器内置式安装于被监测对象GIS内，所述的双通道光电转换和放大器装置、双通道数据同步采集和存储装置、控制与显示装置以及打印装置依次连接；所述的超声波和光脉冲一体化传感器通过光纤传输依次连接3dB耦合器和双通道光电转换和放大器装置，所述的3dB耦合器与光源连接，组成了基于Fabry‑Perot干涉原理的局部放电超声波信号检测回路，所说的双通道光电转换和放大装置将局部放电的超声波信号转化为电压波形信号送入双通道数据同步采集和存储装置；所述的超声波和光脉冲一体化传感器通过光纤传输依次连接双通道光电转换和放大器装置以及双通道数据同步采集和存储装置，组成了基于光纤技术的局部放电光脉冲检测回路，所述的双通道光电转换和放大器装置将局部放电的光脉冲信号转化为电压波形信号送入双通道数据同步采集和存储装置；所述的双通道数据同步采集和存储装置同步采集经过双通道光电转换和放大器装置输出的两路电压波形信号，将数据送入控制与显示装置进行显示和打印装置进行打印。...

【技术特征摘要】
1.一种内置式GIS用局部放电超声波与光脉冲联合检测系统，其特征在于，该系统包括被监测对象GIS、超声波和光脉冲一体化传感器、3dB耦合器、光纤传输、光源、双通道光电转换和放大器装置、双通道数据同步采集和存储装置、控制与显示装置以及打印装置，所述的超声波和光脉冲一体化传感器内置式安装于被监测对象GIS内，所述的双通道光电转换和放大器装置、双通道数据同步采集和存储装置、控制与显示装置以及打印装置依次连接；所述的超声波和光脉冲一体化传感器通过光纤传输依次连接3dB耦合器和双通道光电转换和放大器装置，所述的3dB耦合器与光源连接，组成了基于Fabry-Perot干涉原理的局部放电超声波信号检测回路，所说的双通道光电转换和放大装置将局部放电的超声波信号转化为电压波形信号送入双通道数据同步采集和存储装置；所述的超声波和光脉冲一体化传感器通过光纤传输依次连接双通道光电转换和放大器装置以及双通道数据同步采集和存储装置，组成了基于光纤技术的局部放电光脉冲检测回路，所述的双通道光电转换和放大器装置将局部放电的光脉冲信号转化为电压波形信号送入双通道数据同步采集和存储装置；所述的双通道数据同步采集和存储装置同步采集经过双通道光电转换和放大器装置输出的两路电压波形信号，将数据送入控制与显示装置进行显示和打印装置进行打印。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的超声波和光脉冲一体化传感器包括环氧封装圆盘、超声波传感器探头、光脉冲传感器探头、金属管和单模光纤，所述的超声波传感器探头布置于环氧封装圆盘中心表面，所述的光脉冲传感器探头按照超声波传感器探头为中心均匀对称分布在圆盘表面，连接所述的超声波传感器探头和光脉冲传感器探头的单模光纤封装于金属管内，所述的金属管连接环氧封装圆盘。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的超声波传感器探头采用基于Fabry-Perot干涉原理的薄膜腔体探头。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的光脉冲传感器包括多根单模光纤和光导波耦合器，所述的多根单模光纤通过光导波...

【专利技术属性】
技术研发人员：司文荣，傅晨钊，赵丹丹，金珩，肖嵘，贺林，陈洪岗，黄华，袁鹏，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，华东电力试验研究院有限公司，西安茂荣电力设备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31