一种基于一分多光纤的局放光学传感器外置系统和方法技术方案

本申请公开了一种基于一分多光纤的局放光学传感器外置系统和方法，包括：前端光纤探头配置多芯光纤，采集气体绝缘开关设备中局部放电的放电光束；分光器将多芯光纤均分为多组多芯光纤以将放电光束均匀划分形成多组光束；传输光路模块将分光器均分的多组子多芯光纤封装成多组传输光路，多组传输光路分别传输放电光束均匀划分出的多组光束；滤光镀膜将特定光谱波段光束滤出，得到多光谱信号；光学传感器将多光谱信号转换为光电流信号。本发明专利技术实现了针对气体绝缘开关设备的局部放电光学传感器的外置，避免了GIS设备内部高气压与高场强环境对于光学传感器工作性能的影响，同时也避免了因传感器布置而导致的GIS设备绝缘性能下降。降。降。

【技术实现步骤摘要】
一种基于一分多光纤的局放光学传感器外置系统和方法


[0001]本专利技术属于电力设备检测
，涉及一种基于一分多光纤的局放光学传感器外置系统和方法。

技术介绍

[0002]气体绝缘开关设备(GIS，Gas lnsulated Switchgear)将变电站内的主要设备如隔离开关、断路器、接地开关、互感器、避雷器和母线等密封于一个金属壳体，并在壳内充入高气压的六氟化硫气体实现气体绝缘开关，具有绝缘性能好、占地面积小、维护成本低、环境适应性强等优点，目前在电力系统中被广泛应用。
[0003]然而GIS设备在装配运输或长期运行中，难免会出现故障缺陷并且伴随着局部放电现象的发生。长期的局部放电会对设备绝缘性能造成破坏，缩短设备寿命，甚至导致电力事故发生。所以对GIS设备进行局部放电监测，可以避免严重事故的发生，维护电力系统的安全稳定运行。
[0004]目前，针对GIS设备局部放电的伴生现象衍生出来了四种主流监测方法，分别为脉冲电流法、超高频法、超声法和光测法。其中，光测法因其抗干扰能力强和能反映局部放电本质特征的优点，逐渐在电力设备局部放电监测中得到应用推广。
[0005]在光测法中，对于光电信号有三类主要的分析方法。一种是直接法，直接分析光电流信号的幅值以及峰值时间特征，以光电流幅值大小对应局部放电光辐射相对强度；但是局部放电光辐射相对强度受到设备内部结构、光纤传播衰减和光学传感器性能影响，因此该方法常用于局部放电光信号定性分析。另外一种方法是光电流信号统计特征量分析法，类似于传统监测方式，该方法根据设备电压信息，将一段时间内采集到的光电流信号叠加生成PRPD谱图，并对其进行统计特征量提取与分析，结果可用于局部放电故障类型判断以及严重程度分析；但该方法必须基于电压相位信号进行分析，因此在无法获取电压相位或直流设备情况下无法应用，所以难以在实际电力设备中推广。而三光谱法是一种新兴的光电流分析方法，该方法通过分别采集紫外、可见、近红外三个波段下的局部放电光信号以及对应传感器输出的光电流信号，对三个波段下光电流信号进行光脉冲强度、强度比例和统计特征量分析，可以实现局部放电的类型的程度分析；该方法摆脱了传统统计量分析方法的电压相位依赖，通过分析光谱信息，增大了对于光学信号的利用率，且可定量地对电力设备局部放电信号进行分析，进一步促进了光测法在实际电力设备中的推广。
[0006]然而，尽管光测法相较于其他局部放电检测手段有较大优势，且目前已经存在有微型灵敏的光学传感器并可应用于个别电力设备局部放电检测当中，但难以在GIS设备中推广应用。原因在于，GIS设备壳体内部因充有六氟化硫气体，形成高气压环境，现有的局部放电光学传感器无法承受GIS设备标准的气压等级；除此之外，因GIS设备结构紧凑，在其正常运行过程中，会在空间中形成高场强的环境，可能会影响局部放电光学传感器的正常运行，且传感器的内置可能会影响GIS设备电场的分布，导致绝缘性能的下降。
[0007]因此，为满足局部放电光学传感器在GIS设备中检测位置和多光谱信号采集的要
求，亟需一种新的气体绝缘开关设备外置光学传感器的布置方案。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术中的不足，本申请提供一种基于一分多光纤的局放光学传感器外置系统和方法，将前端光纤探头安装于气体绝缘开关设备中用以采集局部放电光学信号，后经分光器将前端光纤探头中的多芯光纤均分为多组多芯光纤并引出多路传输光路，各路传输光路通过后端不同波段的滤光镀膜处理并连接光学传感器，最终实现气体绝缘开关设备局部放电光学传感器的外置与多光谱信号的采集。
[0009]为了实现上述目标，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种基于一分多光纤的局放光学传感器外置系统，包括：
[0011]前端光纤探头，其配置多芯光纤，用于气体绝缘开关设备中局部放电的放电光束的采集与引出；
[0012]分光器，其连接所述前端光纤探头，用于将所述多芯光纤均分为多组多芯光纤以将所述放电光束均匀划分形成多组光束；
[0013]传输光路模块，其连接所述分光器，用于将所述分光器均分的多组子多芯光纤封装成多组传输光路，所述多组传输光路分别传输放电光束均匀划分出的多组光束；
[0014]滤光镀膜，其设置于多组传输光路的输出端，用于将特定光谱波段光束滤出，得到多光谱信号；
[0015]光学传感器，其具有多个独立信号通道，并连接滤光镀膜，用于将多光谱信号转换为光电流信号。
[0016]本专利技术进一步包括以下优选方案：
[0017]优选地，所述前端光纤探头，通过预制开孔或预制法兰安装于气体绝缘开关设备外壳中。
[0018]优选地，所述前端光纤探头外层设有外壳以保证所述前端光纤探头牢固性，所述外壳装配有密封圈以保证所述前端光纤探头安装后气体绝缘开关设备气密性。
[0019]优选地，所述前端光纤探头配置的多芯光纤设有单独包层，且多芯光纤平面与所述外壳前端匹配。
[0020]优选地，所述分光器前端与光纤探头的外壳匹配，所述分光器后端与传输光路模块的多组传输光路匹配。
[0021]优选地，所述传输光路模块中，每组多芯光纤采用单独包层封装后在最外层设置外护套。
[0022]优选地，所述滤光镀膜波长覆盖范围为300nm至750nm且透过率不低于90％。
[0023]优选地，所述光学传感器的多个独立信号通道与所述多组传输光路一一对应以实现多光谱信号的同步采集。
[0024]优选地，所述光学传感器为硅光电倍增线阵。
[0025]优选地，所述硅光电倍增线阵的光谱响应覆盖范围为300nm至750nm，且单光子检测效率不低于90％，增益不低于106。
[0026]本专利技术还提供基于一分多光纤的局放光学传感器外置方法，包括：
[0027]步骤1：前端光纤探头通过预制开孔或预制法兰安装于气体绝缘开关设备中，并通
过密封圈保持其气密性；
[0028]步骤2：前端光纤探头后端连接分光器，气体绝缘开关设备内部局部放电产生的局放光束由前端光纤探头引出到分光器；
[0029]步骤3：分光器将局放光束均分为多组光束并通过多组传输光路将局放光束导出；
[0030]步骤4：通过在不同传输光路输出端分别设置不同波段的滤光镀膜，使得单根所述传输光路只允许对应波段的光信号输出；
[0031]步骤5：传输光路的光信号经滤光镀膜滤波后传输至光学传感器；
[0032]步骤6：光学传感器的多组信号通道与多组传输光路一一对应，光学传感器对光信号处理后输出光电流信号，实现光学传感器的外置与多光谱信号的获取。
[0033]本申请所达到的有益效果：
[0034]本专利技术实现了针对气体绝缘开关设备的局部放电光学传感器的外置，通过前端光纤探头、分光器与传输光路将局部放电多路光学信号引出，区别于传统光纤探头，一分多光纤实现了多路光信号的同步导出，为后续多光谱信号的采集提供了条件，其外，安装设计考虑了GIS高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于一分多光纤的局放光学传感器外置系统，其特征在于：所述系统包括：前端光纤探头，其配置多芯光纤，用于气体绝缘开关设备中局部放电的放电光束的采集与引出；分光器，其连接所述前端光纤探头，用于将所述多芯光纤均分为多组多芯光纤以将所述放电光束均匀划分形成多组光束；传输光路模块，其连接所述分光器，用于将所述分光器均分的多组子多芯光纤封装成多组传输光路，所述多组传输光路分别传输放电光束均匀划分出的多组光束；滤光镀膜，其设置于多组传输光路的输出端，用于将特定光谱波段光束滤出，得到多光谱信号；光学传感器，其具有多个独立信号通道，并连接滤光镀膜，用于将多光谱信号转换为光电流信号。2.根据权利要求1所述的一种基于一分多光纤的局放光学传感器外置系统，其特征在于：所述前端光纤探头，通过预制开孔或预制法兰安装于气体绝缘开关设备外壳中。3.根据权利要求2所述的一种基于一分多光纤的局放光学传感器外置系统，其特征在于：所述前端光纤探头外层设有外壳以保证所述前端光纤探头牢固性，所述外壳装配有密封圈以保证所述前端光纤探头安装后气体绝缘开关设备气密性。4.根据权利要求3所述的一种基于一分多光纤的局放光学传感器外置系统，其特征在于：所述前端光纤探头配置的多芯光纤设有单独包层，且多芯光纤平面与所述外壳前端匹配。5.根据权利要求3所述的一种基于一分多光纤的局放光学传感器外置系统，其特征在于：所述分光器前端与光纤探头的外壳匹配，所述分光器后端与传输光路模块的多组传输光路匹配。6.根据权利要求1所述的一种基于一分多光纤的局放光学传感器外置系统，其特征在于：所述传输光路模块中，每组多芯光纤采用单独包层封装后在最外层设置外护...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈平，缪金，费彬，黄芬，吴俊锋，冷兆云，万杰枫，任明，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司，
类型：发明
国别省市：