变压器局部放电光纤检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种变压器局部放电光纤检测装置。它基于熔融拉锥过度耦合的光纤传感器，属于无源器件，不会破坏原有电场分布，本质安全，不受电磁干扰，远程检测无需中继，长距离传输不用前置放大器，具有较高的灵敏度和信噪比，能检测到变压器局部放电所产生的超声信号，便于实现组网，复用及在线监测，故可以广泛应用于１１０ＫＶ及以上的油浸式变压器中。它主要包括激光光源、传输光缆、光纤传感器、光电信号转换及处理装置，其中光纤传感器安装在变压器外壳或安装在变压器内。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种输配电设备在线检测技术开发及应用，具体的说是涉及一种 集现场数据传感、解调、采集、数据处理为一体的变压器局部放电光纤检测装置。
技术介绍
大型变压器是电力系统的最重要的设备之一，它的状况直接关系到电力系统的安 全经济运行。资料表明，大型电力变压器的故障以绝缘故障为主，局部放电既是绝缘劣化的 原因，又是绝缘劣化的先兆和表现形式。局部放电的检测能够提前反映变压器的绝缘状况， 及时发现变压器内部的绝缘缺陷，预防潜伏性和突发性事故发生。测量局部放电的方法主 要包括脉冲电流法及超声波法，传统的脉冲电流法利用检测阻抗接入到测量回路中来测量 变压器局部放电引起的脉冲电流，属于直接测量，灵敏度高，本质上无遗漏，但是存在抗干 扰能力差，无法对局部放电位置定位的缺点。局部放电发生时都伴随着声发射现象，声发射 的频度和幅度能反映局部放电的水平，因此局部放电超声波测量法属于间接测量法，传统 的压电陶瓷超声传感器结构简单，灵敏度高，由于局部放电产生的电磁干扰严重，压电陶瓷 传感器同样存在受电磁干扰的问题，并且长距离传输容易衰减，需要额外的前置放大器。光 纤声发射传感器作为一种光无源器件，本质安全，不受电磁干扰，绝缘等级高，长距离传输 不用中继放大，易于组网和复用，适合用于变压器局部放电在线监测。在变压器局部放电检测领域，已公布的专利中核心技术均为基于电子的手段，未 检索到基于光纤法测量的专利。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有的压电陶瓷测量变压器局部放电的不足之处，提供 一种变压器局部放电光纤检测装置，该装置具有本质安全，不受电磁干扰，绝缘等级高，长 距离传输不用中继放大，易于组网和复用的优点。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案一种变压器局部放电光纤检测装置，它主要包括激光光源、传输光缆、光纤传感 器、光电信号转换及处理装置，其中光纤传感器安装在变压器外壳或安装在变压器内。所述光电信号转换及处理装置包括光电转换及信号处理器，它与滤波器、数据采 集卡连接，数据采集卡与工控机连接。所述激光光源为产生C波段激光的半导体DFB激光器。所述光纤传感器的光纤传感探头由熔融拉锥过度耦合器封装在磁性材料上而成， 包含一进两出三根光缆，通过真空脂粘贴到变压器外壳上。所述一进两出三根光缆为光纤传感器进光臂、光纤传感器直通臂和光纤传感器耦 合臂，三者交汇处为耦合区，耦合区设有环氧连接端。本技术的变压器局部放电光纤检测装置，主要包括C波段激光光源，光纤 传感探头，解调电路板，数据采集卡，计算机。激光光源为半导体DFB激光器，中心波长1309. 5nm，功率8mW，带宽< 100pm，光纤传感探头由熔融拉锥过度耦合器封装在磁性材料上而成，包含一进两出三根光缆，通过真空脂粘贴到变压器外壳上使得变压器局放产生的 超声信号充分地传到传感器上，光源发出的光经过1端口进入传感器，然后经传感器分为 两路送解调电路板的两个光电探测器，携带了传感信息的光经过光电探测器转换成电信号 进行模拟运算处理，经放大和有源滤波后通过数据采集卡完成AD转换与计算机通讯，软件 完成在线监测的任务，包括频谱分析，数据触发，历史查询等等。鉴于高频声波衰减较大并 参考相似行业标准，本装置带宽为20-250KHZ。本装置的工作过程当变压器内部发生局部放电时，必然伴随着声发射现象，声发 射产生的超声在通过变压器油传到变压器外壳上的光纤传感器上，对光纤传感器来说，声 波在介质中传播引发的应力场会导致介质折射率的变化。当外部声场作用于传感器耦合区 时，会在耦合区的环氧连接端激发出内部的声波，这个声波沿着耦合区传播导致应变场沿 耦合区的扰动。传感器的锥形区起到应变集中的作用，在细腰区入射声波的效果被放大。入 射声波传播引起的动态应变场在光弹作用和机械作用下使耦合区折射率和有效耦合长度 发生改变，引起耦合系数C(Z)和有效耦合长度1的变化，扰动导致传感器耦合臂和直通臂 输出光功率的变化，光功率的变化携带了声波的幅度和频率的信息，且两臂变化趋势相反。 解调电路进行光电转换和信号运算，经有源滤波后送出信号到数据采集卡，数据采集卡通 过USB接口与计算机通讯，相应软件完成最终的波形显示和频谱变换、触发保存的工作。附图说明图1.本装置的结构示意图；图2.光纤传感器结构图；图3.施加110 μ ε (间断线)和220 μ ε (点间断线)时光纤传感器归一化输出 光谱；图4.本装置测得的局放引起的超声信号波形及频谱图。其中，1半导体DFB激光器，2传输光缆，3光纤传感器，4变压器，5环氧连接端，6光 电转换及信号处理器，7滤波器，8数据采集卡，9工控机，10光纤传感器进光臂，11耦合区， 12光纤传感器直通臂，13光纤传感器耦合臂。具体实施方式以下结合附图与具体实施例对本技术进一步说明。如图1所示，它主要包括激光光源、传输光缆2、光纤传感器3、光电信号转换及处 理装置，其中光纤传感器3安装在变压器外壳上。光电信号转换及处理装置包括光电转换及信号处理器6，它与滤波器7、数据采集 卡8连接，数据采集卡8与工控机9连接。激光光源为产生C波段激光的半导体DFB激光器1。图2中，光纤传感器3的光纤传感探头由熔融拉锥过度耦合器封装在磁性材料上 而成，包含一进两出三根光缆，通过真空脂粘贴到变压器外壳上。一进两出三根光缆为光纤 传感器进光臂10、光纤传感器直通臂12和光纤传感器耦合臂13，三者交汇处为耦合区11， 耦合区11设有环氧连接端5。图3为施加110 μ ε (间断线)和220 μ ε (点间断线)时光纤传感器归一化输出 光谱，其中，间断线代表对传感器施加110μ ε时的归一化光谱图，点间断线代表对传感器 施加220μ ε时的归一化输出光谱图，X轴代表波长，单位为nm，Y轴代表透射率，单位为 dB0图4中X轴为时间，单位为每格50ms，Y轴为电压，单位每格为20mV。本技术中，C波段半导体DFB激光器1发出的光经内置的光隔离器进入传输光 缆2，到达光纤传感器3的光纤传感器进光臂10，光纤传感器3通过真空脂粘贴在变压器4 的外壳上面，经过光纤传感器3后经过光纤传感器直通臂12和光纤传感器耦合臂13 两路 从传输光缆2进入光电转换及信号处理器6 (即解调仪)，在解调仪内部进行光电转换和信 号处理，放大得到V1，V2，模拟电路计算单元对V1、V2按照公式(1)进行计算得到信号电压 值V。 其中G为放大器增益，模拟除法运算可以消除由于光源强度起伏和线路连接损耗 对最终信号的影响，V。ffsrt为放大器的后级直流漂移调整，V。ffsrt漂移调整可以在光电转换 不饱和的情况下灵活地消除不同传感器损耗的不同造成系统灵敏度不一致的影响，此信号 经放大后送有源20_250khz带通滤波器7后得到末级输出信号，经数据采集卡8采集送工 控机9通过软件显示。试验结果将本装置在实验室的变压器模拟平台上进行局部放电检测实验，变压器的局部放 电同时由脉冲式局部放电检测仪监测，利用球板沿面放电模型模拟变压器油中的局部放电 源，本装置测得的信号及频谱如图4所示。测试结果表明，本装置与脉冲电流局放仪的测量 结果具有高一致性，这说明本装置能满足变压器局部放电在线监测的要求。基于压电陶瓷的超声波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变压器局部放电光纤检测装置，其特征是，它主要包括激光光源、传输光缆、光纤传感器、光电信号转换及处理装置，其中光纤传感器安装在变压器外壳或安装在变压器内。

【技术特征摘要】
一种变压器局部放电光纤检测装置，其特征是，它主要包括激光光源、传输光缆、光纤传感器、光电信号转换及处理装置，其中光纤传感器安装在变压器外壳或安装在变压器内。2.如权利要求1所述的变压器局部放电光纤检测装置，其特征是，所述光电信号转换 及处理装置包括光电转换及信号处理器，它与滤波器、数据采集卡连接，数据采集卡与工控 机连接。3.如权利要求1所述的变压器局部放电光纤检测装置，其特征是，所述激光光源为产 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉峰，朱文兵，尹奎龙，祁海峰，马良柱，
申请(专利权)人：山东电力研究院，
类型：实用新型
国别省市：88[中国|济南]