一种变压器内部空间电场测量系统技术方案

本申请公开了一种变压器内部空间电场测量系统，由圆偏振激光器、传感探头、光电探测器、数据存储单元组成。其中，所述传感探头为光学传感探头，当沿着某一方向传播的圆偏振激光经过施加了电场的电光晶体时，在线性电光效应的作用下，圆偏振激光在晶体中发生双折射，出射的两双光束就产生了相位差，由于空间中电场的影响，基于Pickles效应，电光晶体的折射率出现变化，导致相位差的变化，从而实现了电场强度的测量。本申请提供的变压器内部空间电场测量系统利用非金属材料，易于小型化，不会对被测电场产生干扰，可以实现电气设备内部空间电场的精确测量。

A measurement system of electric field in transformer

【技术实现步骤摘要】
一种变压器内部空间电场测量系统
本申请涉及电气设备特征参量传感
，尤其涉及一种变压器内部空间电场测量系统。
技术介绍
变压器油纸绝缘结构的可靠设计对保证变压器安全可靠运行具有重要意义，变压器油纸绝缘结构的可靠性检测包括变压器内部电场的检测。但是，由于变压器内部绝缘机构的复杂性和空间的紧凑型，难以通过实测的方式获得其内部的电场分布，导致已有的油纸绝缘结构电场仿真计算模型难以通过实验进行验证，不利于油纸绝缘结构的可靠性设计。
技术实现思路
本申请提供了一种变压器内部空间电场测量系统，以解决无法测量变压器内部电场的电场分布的技术问题。为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：本申请实施例公开了一种变压器内部空间电场测量系统，包括：圆偏振激光器，用于输出圆偏振激光；传感探头，所述传感探头的入射光纤与所述圆偏振激光器连接，所述传感探头的出射光纤与光电探测器连接，其中，所述传感探头为光学电场传感探头；光电探测器，所述光电探测器的输入端与所述传感探头的出射光纤连接，把光信号转化为电信号；数据存储单元，所述数据处理单元与所述光电探测器的输出端电连接，用于存储所述电信号。可选的，所述传感探头包括：套管，所述套管的两端封闭，其中一端连接有出射光纤和入射光纤；所述套管内部固设有准直透镜、光纤耦合器、电光晶体、波片、第一反射片和第二反射片，其中，所述准直透镜与所述入射光纤连接，维持所述圆偏振激光的准直性；所述光纤耦合器与所述出射光纤连接，且所述准直透镜与所述光纤耦合器并行设置于所述套管内部；所述第一反射片的法线与所述第二反射片的法线垂直；所述圆偏振激光依次经过所述准直透镜、所述电光晶体、所述波片，由第一反射片反射至所述第二反射片后，依次经过所述波片、所述电光晶体、所述光纤耦合器后进入出射光纤。可选的，所述波片为1/8波片。可选的，所述套管宽为3.5mm，高3.5mm的玻璃管。可选的，所述电光晶体材料选取为LiNbO3，厚度为5mm。可选的，所述出射光纤和所述入射光纤为保偏光纤，所述保偏光纤的工作波长为1550nm。与现有技术相比，本申请的有益效果为：本申请实施例公开了一种变压器内部空间电场测量系统，包括：圆偏振激光器，用于输出圆偏振激光；传感探头，所述传感探头的入射光纤与所述圆偏振激光器连接，所述传感探头的出射光纤与光电探测器连接；光电探测器，所述光电探测器的输入端与所述传感探头的出射光纤连接，把光信号转化为电信号；数据存储单元，所述数据处理单元与所述光电探测器的输出端电连接，用于存储所述电信号。其中，所述传感探头为光学传感探头，当沿着某一方向传播的圆偏振激光经过施加了电场的电光晶体时，在线性电光效应的作用下，圆偏振激光在晶体中发生双折射，出射的两双光束就产生了相位差，由于空间中电场的影响，电光晶体的折射率出现变化，导致相位差的变化，从而实现了电场强度的测量。本申请提供的基于Pockels效应的电场测量技术利用非金属材料，易于小型化，不会对被测电场产生干扰，可以实现电场的精确测量。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。附图说明为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的一种变压器内部空间电场测量系统示意图；图2为本申请实施例提供的传感探头结构示意图；其中：1-圆偏振激光器。2-传感探头，3-光电探测器，4-数据处理单元，21-套管，22-准直透镜，23-电光晶体，24-波片，25-第一反射片，26-第二反射片，27-光纤耦合器。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。如图1所示，本申请实施例提供了变压器内部空间电场测量系统，包括：圆偏振激光器1，用于输出圆偏振激光。传感探头2，所述传感探头2的入射光纤与所述圆偏振激光器1连接，所述传感探头2的出射光纤与光电探测器3连接，其中，所述传感探头2为光学电场传感探头。光电探测器3，所述光电探测器3的输入端与所述传感探头2的出射光纤连接，把光信号转化为电信号。数据处理单元4，所述数据处理单元4与所述光电探测器3的输出端电连接，用于依据所述电信号计算变压器内部空间电场电压值。其中，所述传感探头2结构如图2所示，包括：套管21，所述套管21的两端封闭，其中所述套管21一端连接有出射光纤和入射光纤。所述套管21内部固设有准直透镜22、光纤耦合器27、电光晶体23、波片24、第一反射片25和第二反射片26。具体的，所述准直透镜22与所述入射光纤连接，维持所述圆偏振激光的准直性；所述光纤耦合器27与所述出射光纤连接，且所述准直透镜22与所述光纤耦合器27并行设置于所述套管内部。所述第一反射片25的法线与所述第二反射片26的法线垂直，且所述第一反射片25与所述第二反射片26固定于所述套管的另一端。所述电光晶体23设置于所述准直透镜22与所述波片24之间，所述波片24设置于所述准直透镜22与所述第一反射片25之间。所述圆偏振激光依次经过所述准直透镜22、所述电光晶体23、所述波片24，由第一反射片25反射至所述第二反射片后26，再依次经过所述波片24、所述电光晶体23、所述光纤耦合器27后进入出射光纤。本实施中，所述波片24为1/8波片，厚度为0.03mm。所述套管21宽为3.5mm，高3.5mm的石英管，石英属于良好的绝缘材料，有利于本传感器置于电气设备内部。所述电光晶体材料23选取为LiNbO3，厚度为5mm。所述电光晶体具有电光效应，常用电光晶体有磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、铌酸锂、钽酸锂等晶体，优选采用铌酸锂晶体。铌酸锂晶体发展成熟，应用广泛，具有电光系数大，半波电压低，折射率大，光学均匀性好，透明波段范围宽，透光率高，耐电压强度高，温度效应低，抗损伤能力强，物理化学性质稳定，易于加工等优点。所述第一反射片和所述第二反射片的反射率＞99％。所述出射光纤和所述入射光纤为保偏光纤保，偏光纤的工作波长为1550nm，其传输损耗≤0.02dB/m@1550nm。准直透镜材料为硒化锌(ZnSe)，其折射率为2.45。其工作原理如下，由圆偏振激光器发出的激光经光纤输入传感器探头，在传感器探头中经过准直透镜准直后进入电光晶体，所述圆偏振激光依次经过所述准直透镜、所述电光晶体、所述波片，由第一反射片反射至所述第二反射片后，再依次经过所述波片、所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变压器内部空间电场测量系统，其特征在于，包括：/n圆偏振激光器(1)，用于输出圆偏振激光；/n传感探头(2)，所述传感探头(2)的入射光纤与所述圆偏振激光器(1)连接，所述传感探头(2)的出射光纤与光电探测器(3)连接；/n光电探测器(3)，所述光电探测器(3)的输入端与所述传感探头(2)的出射光纤连接，把光信号转化为电信号；/n数据处理单元(4)，所述数据处理单元(4)与所述光电探测器(3)的输出端电连接，用于依据所述电信号计算变压器内部空间电场电压值。/n

【技术特征摘要】
1.一种变压器内部空间电场测量系统，其特征在于，包括：
圆偏振激光器(1)，用于输出圆偏振激光；
传感探头(2)，所述传感探头(2)的入射光纤与所述圆偏振激光器(1)连接，所述传感探头(2)的出射光纤与光电探测器(3)连接；
光电探测器(3)，所述光电探测器(3)的输入端与所述传感探头(2)的出射光纤连接，把光信号转化为电信号；
数据处理单元(4)，所述数据处理单元(4)与所述光电探测器(3)的输出端电连接，用于依据所述电信号计算变压器内部空间电场电压值。


2.根据权利要求1所述的变压器内部空间电场测量系统，其特征在于，所述传感探头(2)包括：
套管(21)，所述套管(21)的两端封闭，其中一端连接有出射光纤和入射光纤；
所述套管(21)内部固设有准直透镜(22)、光纤耦合器(27)、电光晶体(23)、波片(24)、第一反射片(25)和第二反射片(26)，其中，
所述准直透镜(22)与所述入射光纤连接，维持所述圆偏振激光的准直性；所述光纤耦合器(27)与所述出射光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱国超，彭庆军，张知先，陈伟根，雷嘉丽，马仪，周仿荣，邹德旭，王山，洪志湖，万福，颜冰，代维菊，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53