一种用荧光光纤检测电力变压器局部放电的装置及方法，涉及电力变压器内针-板电极局部放电的模拟实验装置及方法。本发明专利技术装置主要包括感应调压器、无晕试验变压器、局部放电保护电阻、标准电容分压器、由针-板电极、荧光光纤及外壳构成的局部放电发生器、光电倍增管、直流稳压电源、示波器等。本发明专利技术的方法是利用本装置，模拟电力变压器空气下针-板电极局部放电实验。本发明专利技术能模拟变压器在不同施加电压以及不同间距下的局部放电实验，且抗干扰能力强，绝缘性能好，检测灵敏度高等优点。本发明专利技术还可广泛应用于电力变压器在空气介质下的悬浮电位局部放电、绝缘子表面放电，以及变压器油中、GIS的SF6中局部放电的光特性研究。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力设备局部放电(PD)在线监测
，具体是涉及电力变压器内部针一板电极局部放电的模拟实验装置及方法。
技术介绍
电力变压器是电力系统中必不可少的电气设备之一，其可靠性对于电力系统的运行起至关重要的作用，而局部放电是导致电力变压器绝缘劣化的主要原因之一。因此，对电力变压器实施绝缘状态在线监测，具有十分重要的意义。目前，现有用于检测电力变压器局部放电的方法主要有脉冲电流法、气相色谱法以及超高频法。脉冲电流法它是通过检测阻抗或电流传感器，检测变压器套管末屏接地线、外壳接地线、中性点接地线、铁心接地线中由局部放电引起的脉冲电流，获得视在放电量。脉冲电流法是研究最早、应用最广泛的一种检测方法。目前广泛用于变压器型式试验、交接和预防性试验、出厂试验等。该方法的主要缺点有(a)由于运行现场电磁干扰严重，导致脉冲电流法无法有效应用于运行设备在线监测；(b)对于变压器这类具有绕组结构的设备，由于局部放电在绕组内传播的复杂性，导致脉冲电流法在定量时产生很大的误差；(c)当试品的电容量较大时，受耦合电容的影响，测试仪器的检测灵敏度不高；(d)检测频率低、频带窄、包含的信息量少。气相色谱法当油绝缘变压器内部发生局部放电时，各种绝缘材料发生分解破坏， 在绝缘油中会产生新的微量气体衍生物，该方法是通过检测油中溶解气体的成份和浓度， 来判断油绝缘变压器内部局部放电的故障类型和损坏程度。该方法的主要缺点在于油气分离是一个长期的监测过程，对早期潜伏性故障较灵敏，但不能反映突发性故障。超高频法自上个世纪九十年代开始研究以来。荷兰KAMA实验室的Rutgers和英国Strachclyde大学的Judd等人研究表明，变压器油中局部放电的上升沿很陡，脉冲宽度为纳秒级，可激发出300MHz至数GHz的超高频电磁波信号，而该频率段有效地避开了 300MHz以下的电晕干扰，具有现场抗低频干扰的能力。该方法是利用超高频电磁信号传感器检测设备内部局部放电，是目前国内外研究的热点，取得一些成果还处在实验室和现场应用研究阶段。该方法的主要缺点是还没有定量标定的有效办法，容易受到被检测设备外部超高频电磁信号干扰，影响检测的准确度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有电力变压器局部放电检测方法的不足之处，提出一种，具有抗电磁干扰能力强、绝缘性能好、 检测灵敏度高等优点，从而提高了电力变压器绝缘状态在线监测的准确度和精度。本专利技术的原理在电力设备实际的局部放电过程中，除了伴随着电荷的转移与电能的损耗外，还会产生电磁辐射、超声波、发光、发热、新的生成物等。因此，光测法是通过检测局部放电的光辐射作为测量依据的。研究表明，不同类型的局部放电产生的光波长不同 电晕放电光波长小于400nm ；火花放电波长在200 900nm之间；固体介质表面放电光谱与放电区域的气体组成、固体材料的性质、表面状态以及电极材料有关。在变压器油中，各种放电发出的光波长不同，研究表明通常在300 SOOnm之间。荧光光纤是在纤芯中掺入一定量的荧光物质，当入射光从侧面照射荧光光纤时， 这种光被荧光分子所吸收，电子从基态跃迁到激发态，然后以光辐射的形式从激发态回到基态，这种光致发光现象称为荧光，寿命为10_9 10_6s。其中辐射方向满足纤芯-包层界面全反射条件的荧光将沿着荧光光纤轴向传输，再从出射端面射出。光电探测器是利用物质的光电效应把光信号装换成电信号的器件。本专利技术选用光电倍增管(PMT)作为光电转换器件(即光电探测器)，具有响应速度快、灵敏度高、噪声低、阴极面积大等优点。本专利技术通过荧光光纤作为传感器接收局部放电产生的光辐射信号，然后通过塑料光纤将光信号传输到高灵敏度的光电转换器件(即光电倍增管)进行光电转换成电信号， 最后通过同轴电缆将电信号传输到示波器进行信号显示与储存，从而建立了一套用荧光光纤检测电力变压局部放电的光测法系统。该方法具有下列优点，从而提高了电力变压器绝缘状态在线监测的准确度和精度。1)抗电磁干扰能力强。当光信号在荧光光纤中传输时，不会与电磁场产生作用。2)绝缘性能好。由于荧光光纤是非金属材料，不导电，因此用来检测变压器局部放电时，可方便放于不同的高电位处，绝缘性能好。3)检测灵敏度高。由于荧光光纤对局部放电产生的微弱光强有较高的敏感性，故检测信号的灵敏度高。实现本专利技术目的的技术方案是一种用荧光光纤检测电力变压器局部放电的装置主要包括感应调压器Tl、无晕试验变压器T2、无局部放电保护电阻R、标准电容分压器Cl、 C2、局部放电发生器、光电倍增管、电位器、直流稳压电源、同轴电缆、示波器等。感应调压器 Tl的原边通过电源线与220V市电连接，感应调压器的副边通过同轴电缆与无晕试验变压器T2的低压侧连接。无晕试验变压器T2的高压侧，先与无局部放电保护电阻R串联后，再与标准电容分压器器Cl和C2并联，然后通过高压引线并穿过固接在金属屏蔽避光箱体顶端的绝缘套管后，与装设在金属屏蔽避光箱体内的局部放电发生器的顶端的高压接线柱连接，用以向局部放电发生器施加高电压(即针-板电极间施加高电压)。在金属屏蔽避光箱体的底部还装设有光电倍增管。所述的金属屏蔽避光箱体材料为铁质。形状为长3. 0 3. 5m、宽2. 0 2. 5m、高 2. 0 2. 2m、壁厚2 3mm的壳体。金属屏蔽避光箱体的作用有一是用来防止外界的电磁干扰，起到电磁屏蔽的作用；二是防止外界的光线干扰，起到避光的作用。所述的局部放电发生器，主要由外壳、针电极、板电极、荧光光纤构成。其外壳材料为有机玻璃、形状为圆柱体，圆柱体的内径为200 300mm、壁厚8 12mm、高为200 300mm。在外壳的顶部中心和底部中心处，分别设有通孔。高压接线柱的上部通过高压套管固接在外壳顶部的中心通孔中，高压接线柱的上端与高压引线连接，并在该连接处外装设球形屏蔽罩进行屏蔽，改善电场分布，以防止发生电晕放电。高压接线柱的下端通过螺纹固接针电极。接地接线柱的上端通过螺纹固接板电极。接地接线柱的下部通过螺钉固接在低压套管内，低压套管固接在外壳底部的中心通孔处，接地接线柱的下端通过接地线接地。 针-板电极的材料均为黄铜。针电极的外径为8 12mm、长度为50 100mm、尖端的曲率半径为0. 4 0. 8mm。板电极的厚度为5 10mm、外径为80 120mm的圆盘电极。在外壳内并位于针-板电极的一侧装设长度为20 40mm的荧光光纤，用来接收针-板电极局部放电时所产生的光辐射信号。荧光光纤一端粘接在外壳内的底端面上，另一端通过光纤连接器穿过外壳顶端并与塑料光纤的一端相连。塑料光纤的另一端通过光纤连接器与光电倍增管的光窗连接，光电倍增管接收塑料光纤传输过来的局部放电光信号，并将光信号转化成电信号输出。光电倍增管的电信号输出端通过同轴电缆并穿过金属屏蔽避光箱体的侧面与示波器连接，将电信号传输给示波器，示波器将电信号转化为数字信号进行显示并存储。放置在金属屏蔽避光箱体内的光电倍增管的正极端和负极端，分别通过正极电压线和负极电压线并穿过金属屏蔽避光箱体的侧面与直流稳压电源的正、负极输出端连接，光电倍增管的接地端通过接地线并穿过金属屏蔽避光箱体的侧面与直流稳压电源的地线输出端连接。光电倍增管的参考电压端通过参考电压线并穿过金属屏本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用荧光光纤检测电力变压器局部放电的装置，主要包括感应调压器（１）、无晕试验变压器（２）、无局部放电保护电阻（３）、标准电容分压器（４）、高压引线（５）、绝缘套管（６）、局部放电发生器（８）、示波器（１３），其特征在于金属屏蔽避光箱体（７）、光电倍增管（９）、电位器（１０）、直流稳压电源（１１）；感应调压器（１）的原边通过电源线与２２０Ｖ市电连接，感应调压器（１）的副边通过同轴电缆与无晕试验变压器（２）的低压侧连接，无晕试验变压器（２）的高压侧，先与无局部放电保护电阻（３）串联后，再与标准电容分压器（４）并联，然后通过高压引线（５）穿过固接在金属屏蔽避光箱体（７）顶端的绝缘套管（６）后，与装设在金属屏蔽避光箱体（７）内的局部放电发生器（８）的顶端的高压接线柱（１６）连接，用以向局部放电发生器（８）施加高电压，在金属屏蔽避光箱体（７）的底部还装设有光电倍增管（９）；所述的金属屏蔽避光箱体（７）材料为铁质，形状为长３．０～３．５ｍ、宽２．０～２．５ｍ、高２．０～２．２ｍ、壁厚２～３ｍｍ的壳体；所述的局部放电发生器（８）主要由外壳（２１）、针电极（１７）、板电极（１８）、荧光光纤（２２）构成，其外壳（２１）的材料为有机玻璃、形状为圆柱体，圆柱体的内径为２００～３００ｍｍ、壁厚８～１２ｍｍ、高为２００～３００ｍｍ，在外壳（２１）的顶部中心和底部中心处，分别设有通孔，高压接线柱（１６）的上部通过高压套管（１５）固接在外壳（２１）顶部的中心通孔中，高压接线柱（１６）的上端与高压引线（５）连接，并在该连接处外装设球形屏蔽罩（１４），改善电场分布，以防止发生电晕放电，高压接线柱（１６）的下端通过螺纹固接针电极（１７），接地接线柱（１９）的下部通过螺钉固接在低压套管（２０）内，低压套管（２０）固接在外壳（２１）底部的中心通孔处，接地接线柱（１９）的下端通过接地线接地，针－板电极的材料均为黄铜，针电极（１７）的外径为８～１２ｍｍ、长度为５０～１００ｍｍ、尖端的曲率半径为０．４～０．８ｍｍ，板电极（１８）的厚度为５～１０ｍｍ、外径为８０～１２０ｍｍ的圆盘电极，在外壳（２１）内并位于针（１７）－板（１８）电极的一侧装设长度为２０～４０ｍｍ的荧光光纤（２２），用来接收针－板电极局部放电时所产生的光辐射信号，荧光光纤（２２）一端粘接在外壳（２１）内的底端面上，另一端通过光纤连接器穿过外壳（２１）顶端并与塑料光纤（２３）的一端相连，塑料光纤（２３）的另一端通过光纤连接器与光电倍增管（９）的光窗连接，光电倍增管（９）接收塑料光纤（２３）传输过来的局部放电光信号，并将光信号转化成电信号输出，光电倍增管（９）的信号输出端通过同轴电缆（１２）并穿过金属屏蔽避光箱体（７）的侧面与示波器（１３）连接，将电信号传输给示波器（１３），示波器（１３）为宽屏高速的超大容量数字荧光示波器将电信号转化为数字信号进行显示并存储，放置在金属屏蔽避光箱体（７）内的光电倍增管（９）的正极端和负极端，分别通过正极电压线（２４）和负极电压线（２５）并穿过金属屏蔽避光箱体（７）的侧面与直流稳压电源（１１）的正、负极输出端连接，光电倍增管（９）的接地端通过接地线（２８）并穿过金属屏蔽避光箱体（７）的侧面与直流稳压电源（１１）的地线输出端连接，光电倍增管（９）的参考电压端通过参考电压线（２６）并穿过金属屏蔽避光箱体（７）的侧面与电位器（１０）串联后，再与直流稳压电源（１１）的地线输出端连接，光电倍增管（９）的控制电压端通过控制电压线（２７）并穿过金属屏蔽避光箱体（７）的侧面与电位器（１０）的中间抽头端连接，通过调节电位器（１０）的阻值来调节光电倍增管（９）的控制电压，达到调节光电倍增管（９）的输出增益的目的。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐炬，张晓星，姚陈果，欧阳有鹏，陈伟根，李剑，杜林，廖瑞金，王有元，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85
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