一种局部放电光学超声检测系统技术方案

本申请公开了一种局部放电光学超声检测系统，涉及局部放电检测领域，该系统利用光纤超声传感探头结合干涉型光路拓扑，将局部放电信号转换为光信号进行传输并通过干涉的方式进行解调实现局部放电检测，光纤超声传感探头具有体积小、质量轻、耐腐蚀、本质绝缘等优势，可以外置在待检测电力设备的表面也可以直接内置在待检测电力设备内部，延迟光纤的长度与待检测电力设备的检测位置的环境参数以及所述光纤超声传感探头的探头参数相关，可以匹配检测场景下所需的局部放电信号的频率分布范围。该系统的检测灵敏度较高、不易受到电磁干扰，且可有效降低检测误差。且可有效降低检测误差。且可有效降低检测误差。

【技术实现步骤摘要】
一种局部放电光学超声检测系统


[0001]本申请涉及局部放电检测领域，尤其是一种局部放电光学超声检测系统。

技术介绍

[0002]电力设备在运行过程中受到各种因素影响，其绝缘性能会逐步退化并产生绝缘缺陷，致使设备内部局部电场强度过大并引发局部放电(Partial Discharge,PD)。维护不及时将导致设备的非计划停运，严重时甚至引发火灾、爆炸等事故。因此开展安全可靠的局部放电检测技术研究对提升电力设备可靠运行能力具有重要意义。
[0003]目前局部放电检测手段主要包括脉冲电流法、特高频法、高频电流法和超声波法，现场局部放电检测通常采用特高频和超声波法。特高频法通过检测局部放电引发的电磁波信号，具有非侵入、可在线监测等优点，但电力设备运行现场电磁环境复杂，通过电参量检测方式易受电磁干扰致使检测失效。传统的超声波法采用压电陶瓷传感器(Piezoelectric transducer,PZT)进行局部放电检测，这种非电参量的检测手段具有抗电磁干扰优势。但绝缘缺陷常常发生于设备内部，致使放电信号传播至外壳时衰减严重，而PZT传感器只能布置于设备外壳进行检测，因此传感灵敏度受到限制。

技术实现思路

[0004]本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种局部放电光学超声检测系统，本申请的技术方案如下：
[0005]一种局部放电光学超声检测系统，该局部放电光学超声检测系统包括光纤超声传感探头、延迟光纤、光纤耦合器、偏振控制器、光源和光电探测器，光纤超声传感探头包括芯轴及绕制在芯轴外部的光纤，芯轴由绝缘弹性材料制成；
[0006]光纤超声传感探头设置在待检测电力设备的检测位置处，光纤超声传感探头中的光纤的两端分别连接延迟光纤和偏振控制器，光源、光电探测器、延迟光纤和偏振控制器分别连接至光纤耦合器；延迟光纤的长度与待检测电力设备的检测位置的环境参数以及光纤超声传感探头的探头参数相关；
[0007]光源发出的光依次经过光纤耦合器、延迟光纤、光纤超声传感探头、偏振控制器和光纤耦合器至光电探测器形成第一路干涉光路，光源发出的光还依次经过光纤耦合器、偏振控制器、光纤超声传感探头、延迟光纤和光纤耦合器至光电探测器形成第二路干涉光路；
[0008]光电探测器对两路干涉光路进行解调输出待检测电力设备内部的局部放电信号。
[0009]其进一步的技术方案为，系统包括至少两条长度不同的延迟光纤，当光纤超声传感探头设置在环境参数不同的检测位置处时，选用与环境参数对应长度的延迟光纤。
[0010]其进一步的技术方案为，待检测电力设备的检测位置的环境参数包括检测位置处的绝缘介质的类型，不同类型的绝缘介质对应不同的局部放电信号的频率分布范围，延迟光纤的长度与光纤超声传感探头所在的环境参数对应的局部放电信号的频率分布范围的响应中心频率f
n
相关。
[0011]其进一步的技术方案为，待检测电力设备设置有光纤超声传感探头的检测位置位于待检测电力设备的表面，则检测位置处的绝缘介质为空气；
[0012]或者，待检测电力设备设置有光纤超声传感探头的检测位置位于待检测电力设备的内部，则检测位置处的绝缘介质为液体或固体。
[0013]其进一步的技术方案为，延迟光纤的长度L
delay
为：
[0014][0015]其中，k为比例系数，η与光纤超声传感探头的探头参数相关。
[0016]其进一步的技术方案为，影响延迟光纤的长度的探头参数包括光纤超声传感探头的芯轴的弹性模量E、高度H和泊松比μ。
[0017]其进一步的技术方案为，
[0018]其进一步的技术方案为，芯轴的弹性模量E<4Gpa、泊松比μ>0.2、高度H在10mm～200mm范围内。
[0019]其进一步的技术方案为，当光纤超声传感探头所在的检测位置处的绝缘介质为空气时，延迟光纤的长度为1500m～2500m；
[0020]当光纤超声传感探头所在的检测位置处的绝缘介质为液体或固体时，延迟光纤的长度为500m～1500m。
[0021]其进一步的技术方案为，输出的局部放电信号的最大幅值与光纤超声传感探头的芯轴外部绕制的光纤的长度L、芯轴的材料以及光纤超声传感探头的尺寸相关。
[0022]本申请的有益技术效果是：
[0023]本申请公开了一种局部放电光学超声检测系统，该系统利用光纤超声传感探头将局部放电信号转换为光信号进行传输并通过干涉的方式进行解调，可以实现局部放电检测，光纤超声传感探头具有体积小、质量轻、耐腐蚀、本质绝缘等优势，可以外置在待检测电力设备的表面也可以直接内置在待检测电力设备内部，其灵敏度较高，结合干涉型光路拓扑通过光信号形式感知与传输局部放电信号，不易受到电磁干扰，可有效降低检测误差。
[0024]光纤超声传感探头可以放置在气体、液体和固体场景的绝缘介质中，适用范围广泛，干涉型光路拓扑中的延迟光纤的长度与绝缘介质的类型对应的响应中心频率以及光纤超声传感探头的探头参数匹配，使得整个系统的系统响应匹配所需的局部放电信号的频率分布范围，提高检测灵敏度和准确度。
[0025]该系统可以设置多根长度不同的延迟光纤以匹配不同的检测场景，实现响应频带的可调效果。另外本申请还对光纤超声传感探头的探头参数的设计提供了具体设计参数，从而平衡系统响应的频率分布范围和响应性能，达到更优的检测效果。
附图说明
[0026]图1是本申请一个实施例中的局部放电光学超声检测系统的系统结构图。
[0027]图2本申请另一个实施例中的局部放电光学超声检测系统的系统结构图。
[0028]图3是一个仿真实例中，该系统中使用不同长度的延迟光纤时的系统频率响应。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本申请的具体实施方式做进一步说明。
[0030]本申请公开了一种局部放电光学超声检测系统，请参考图1，该局部放电光学超声检测系统包括光纤超声传感探头1、延迟光纤2、光纤耦合器3、偏振控制器4、光源5和光电探测器6。
[0031]光纤超声传感探头1包括芯轴11及绕制在芯轴11外部的光纤12，芯轴11由绝缘弹性材料制成。光纤超声传感探头1设置在待检测电力设备7的检测位置处。光纤超声传感探头1具有体积小、质量轻、耐腐蚀、本质绝缘等优势，因此光纤超声传感探头1设置在待检测电力设备7表面的检测位置处，或者，光纤超声传感探头1设置在待检测电力设备7内部的检测位置处，也即光纤超声传感探头1可以直接内置在待检测电力设备7的内部，图1以设置在待检测电力设备7的表面为例。具体的检测位置一般是待检测电力设备7的放电缺陷常见位置，根据实际情况确定。
[0032]在一个实施例中，光纤超声传感探头1与待检测电力设备7之间还会通过耦合剂进行耦合，以加强局部放电信号的耦合。耦合剂可以采用凡士林和硅脂实现。在另一个实施例中，光纤超声传感探头1与待检测电力设备7之间还需要施加预紧力，预紧力大小为10N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种局部放电光学超声检测系统，其特征在于，所述局部放电光学超声检测系统包括光纤超声传感探头、延迟光纤、光纤耦合器、偏振控制器、光源和光电探测器，所述光纤超声传感探头包括芯轴及绕制在所述芯轴外部的光纤，所述芯轴由绝缘弹性材料制成；所述光纤超声传感探头设置在待检测电力设备的检测位置处，所述光纤超声传感探头中的光纤的两端分别连接所述延迟光纤和所述偏振控制器，所述光源、光电探测器、延迟光纤和偏振控制器分别连接至所述光纤耦合器；所述延迟光纤的长度与所述待检测电力设备的检测位置的环境参数以及所述光纤超声传感探头的探头参数相关；所述光源发出的光依次经过所述光纤耦合器、延迟光纤、光纤超声传感探头、偏振控制器和光纤耦合器至所述光电探测器形成第一路干涉光路，所述光源发出的光还依次经过所述光纤耦合器、偏振控制器、光纤超声传感探头、延迟光纤和光纤耦合器至光电探测器形成第二路干涉光路；所述光电探测器对两路干涉光路进行解调输出所述待检测电力设备内部的局部放电信号。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括至少两条长度不同的所述延迟光纤，当所述光纤超声传感探头设置在环境参数不同的检测位置处时，选用与所述环境参数对应长度的延迟光纤。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述待检测电力设备的检测位置的环境参数包括所述检测位置处的绝缘介质的类型，不同类型的绝缘介质对应不同的局部放电信号的频率分布范围，所述延迟光纤的长度与所述光纤超声传感探头所在的环境参数对应的局部放电信号的频率分布范围的响应...

【专利技术属性】
技术研发人员：江军，宋宇，何亚倩，崔德智，李晓涵，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：