一种光纤局部放电检测系统的制作方法
【专利摘要】一种光纤局部放电检测系统，包括光源、声光调制器、传感光路、解调系统四部分，利用声光调制器对光源发出的光进行移频并延时，传感光路与参考光路中只有光程相同的两路光才能发生干涉，当外界出现局部放电信号时，其产生的声波作用在传感光路中，引起干涉信号的相位发生变化，通过解调这一变化量，即可得到外界局部放电信号的相关信息(强度和位置等)。本发明采用光纤传感，相对于传统的电磁传感与压电传感，从本质上与电磁绝缘，可将传感光纤置于变压器的绝缘油中，进一步提高检测局部放电信号的灵敏度，而且易于形成多路复用，能够对局部放电信号进行精确定位。
【专利说明】-种光纤局部放电检测系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统自动化领域，特别涉及一种光纤局部放电检测系统。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济的发展，电力系统可靠运行的要求越来越高。电气设备是组成电力 系统的基本元件，一旦发生事故，不但会波及邻近设备，还会给用户造成重大经济损失。大 型电气设备多采用矿物油、绝缘纸或环氧树脂等各种有机合成绝缘材料组成复合结构，大 量资料表明，绝缘失效是造成电气设备故障的主要原因。
[0003] 局部放电既是造成绝缘故障的主要原因，也是绝缘劣化的重要征兆和表现形式， 与绝缘材料的劣化和击穿过程密切相关。局部放电能有效地反映电气设备的绝缘状况，尤 其对早期发现突发性故障与介质损失（简称介损，指绝缘材料在电场作用下，由于介质电 导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。）测量、色谱分析等方法相比效果要 好得多。因此，进行局部放电检测对于电力设备安全运行具有重要意义。
[0004] 目前，局部放电检测方法归纳起来，可分为两大类，即电测法和非电测法。其中电 测法按检测信号的频段，又可分为脉冲电流法和超高频（UHF)法；非电测法包括：超声波检 测法，化学检测法，荧光光学检测法等。脉冲电流法的测试频率f低（一般f〈lMHz)，频带 窄，应用于现场测量时易受外界干扰和噪声的影响，抗干扰能力差，因此这种方法仅适合在 实验室使用；超高频法实际应用较多，但其造价昂贵，定位精度不高（±0. lm)，且使用天线 接收局部放电的电磁脉冲信号强度较低、有时无法对局部放电源进行定位；非电测法中的 化学检测法与荧光光学检测法由于灵敏度差、精度低、不能长期工作，在实际检测中的应用 较少；超声波法易于定位，但多个传感器布置不易，灵敏度不高，且定位精度易受到影响。
【发明内容】
[0005] 本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种新型的光纤局部放电检 测系统，相对于传统的电磁传感与压电传感，从本质上与电磁绝缘，可将传感光纤置于变压 器的绝缘油中，进一步提高检测局部放电信号的灵敏度，而且易于形成多路复用，能够对局 部放电信号进行精确定位。
[0006] 本发明的技术解决方案是：一种光纤局部放电检测系统，所涉及的部件包括窄带 光源、光纤隔离器2、光纤耦合器3、声光调制器4、声光调制器5、同步驱动源、信号发生器、 光纤延时环8、光纤耦合器9、光纤环形器10、光纤耦合器11、光纤延时环12、光纤耦合器 13、光纤延时环14、光纤稱合器15、光纤延时环16、光纤稱合器17、光纤延时环18、法拉第旋 转镜19、法拉第旋转镜20、法拉第旋转镜21、法拉第旋转镜22、法拉第旋转镜23、局部放电 信号源、光电探测器25、光纤环形器26、光纤稱合器27、光纤延时环28、法拉第旋转镜29、法 拉第旋转镜30、光电探测器31、高速信号采集处理系统32、电脑实时显示与处理33。
[0007] 实现过程的特征在于：窄带光源发出的窄带光经光纤隔离器2到达光纤耦合器3， 分为两路，由信号发生器控制的同步驱动源驱动的声光调制器4和声光调制器5对两路光 分别进行移频，两路光的表达形式为：
【权利要求】
1. 一种光纤局部放电检测系统，其特征在于包括：窄带光源（1)、光纤隔离器（2)、第一 光纤耦合器（3)、第一声光调制器（4)、第二声光调制器（5)、同步驱动源（6)、信号发生器 (7)、第一光纤延时环（8)、第二光纤耦合器（9)、光纤环形器（10)、第三光纤耦合器（11)、第 二光纤延时环（12)、第四光纤稱合器（13)、第三光纤延时环（14)、第五光纤稱合器（15)、 第四光纤延时环（16)、第六光纤稱合器（17)、第五光纤延时环（18)、第一法拉第旋转镜 (19)、第二法拉第旋转镜（20)、第三法拉第旋转镜（21)、第四法拉第旋转镜（22)、第五法拉 第旋转镜（23)、局部放电信号源（24)、光电探测器（25)、光纤环形器（26)、第七光纤f禹合 器（27)、第六光纤延时环（28)、第六法拉第旋转镜（29)、第七法拉第旋转镜（30)、光电探测 器（31)、高速信号采集处理系统（32)和电脑实时显示与处理（33);窄带光源（1)发出的窄 带光经光纤隔离器（2)到达光纤耦合器（3)分为两路，由信号发生器（7)控制的同步驱动 源（6)驱动的声光调制器（4)和声光调制器（5)对两路光分别进行移频，其调制频率差为 Λ f，将声光调制器（4)移频后的光信号通过长度为2L的光延时环（8)进行延时，另一路光 信号不作延时，两路光信号先后到达光纤耦合器（9);光信号再次分为两路，一路通过光纤 环形器（10)进入传感端，另一路通过光纤环形器（26)进入参考端，通过光纤环形器（10) 进入传感端的光信号经过光纤环形器（11)，分别到达长度为L的光延时环（12)与法拉第 旋转镜（19)，到达法拉第旋转镜（19)的光信号被反射回去并经光纤环形器（10)进入光电 探测器（25)，到达光纤延时环（12)的光信号再次经过光纤耦合器（13)分别进入长度为L 的光纤延时环（14)与法拉第旋转镜（20)，同理，到达法拉第旋转镜（20)的光信号被反射 至光电探测器（25)，到达光纤延时环（14)的光信号再经光纤耦合器（15)分别进入长度为 L的光纤延时环（16)与法拉第旋转镜（21)，同理，到达法拉第旋转镜（21)的光信号被反射 至光电探测器（25)，到达光纤延时环（16)的光信号经过光纤耦合器（17)分别进入长度为 L的光纤延时环（18)与法拉第旋转镜（22)，同理，到达法拉第旋转镜（22)的光信号被反射 至光电探测器（25)，到达光纤延时环（18)的光信号最终进入法拉第旋转镜（23)，并被反射 至光电探测器（25)，到达光电探测器（25)的光信号只有满足干涉条件的才能发生干涉，当 外界局部放电信号（24)出现时，其发出的声波经由绝缘油传递到水听器阵列，引起光纤延 时环（12)、光纤延时环（14)、光纤延时环（16)、光纤延时环（18)的长度发生变化，继而引起 光电探测器（25)处干涉信号的相位发生变化，同理，进入光纤环形器（26)的光信号经光纤 耦合器（27)分别进入法拉第旋转镜（29)与长度为L的光纤延时环（28)，到达法拉第旋转 镜（29)的光信号反射至光电探测器（31)，到达光纤延时环（28)的光信号进入法拉第旋转 镜（30)，并被反射至光电探测器（31)，只有满足干涉条件的光信号才能在光电探测器（31) 处发生干涉，而且没有受到外界信号干扰，作为参考信号；光信号经由光电探测器（25)、光 电探测器（31)转换为电信号，经高速信号采集处理系统（32)，进入电脑实时显示与处理 (33)，即得到局部放电信号（24)的相关信息，所述相关信息包括强度、频率和位置。
2. 根据权利要求1所述的光纤局部放电检测系统，其特征在于：所述窄带光源（1)线 宽10kHz以内，功率稳定性小于等于0. ldB/h，强度噪声小于等于-100dB/HZ。
3. 根据权利要求1所述的光纤局部放电检测系统，其特征在于：所述光纤隔离器（2) 隔尚度大于等于50dB。
4. 根据权利要求1所述的一种新型的光纤局部放电检测系统，其特征在于：所述光纤 耦合器（3)、光纤耦合器（9)、光纤耦合器（27)均为2x2型光纤耦合器，插入损耗小于等于 0. 2dB，分光比为1:1。
5. 根据权利要求1所述的光纤局部放电检测系统，其特征在于：所述声光调制器（4)、 声光调制器（5)均为Te02,消光比大于等于50dB，插入损耗小于等于3dB。
6. 根据权利要求1所述的光纤局部放电检测系统，其特征在于：所述光纤延时环（8)、 光纤延时环（12)、光纤延时环（14)、光纤延时环（16)、光纤延时环（18)、光纤延时环（28) 所用光纤为抗弯曲光纤，芯径为80 μ m。
7. 根据权利要求1所述的一种新型的光纤局部放电检测系统，其特征在于：所述光纤 环形器（10)、光纤环形器（26)均为1x2型光纤环形器，隔离度大于等于50dB。
8. 根据权利要求1所述的光纤局部放电检测系统，其特征在于：所述光纤耦合器（11)、 光纤稱合器（13)、光纤稱合器（15)、光纤稱合器（17)均为2x2型光纤稱合器，插入损耗小 于等于0.2dB，分光比需满足反射至光电探测器（25)处的各路光信号功率相同。
9. 根据权利要求1所述的光纤局部放电检测系统，其特征在于：所述法拉第旋转镜 (19)、法拉第旋转镜（20)、法拉第旋转镜（21)、法拉第旋转镜（22)、法拉第旋转镜（23)、法 拉第旋转镜（29)、法拉第旋转镜（30)旋转角为45° ±Γ，插入损耗小于等于0.3dB，直径 2. 5mm,长度 10mm 〇
10. 根据权利要求1所述的光纤局部放电检测系统，其特征在于：所述光电探测器 (25)、光电探测器（31)带宽大于等于300MHz，增益700A/W，等效噪声压小于等于lOOpw/ Hz1/2。
【文档编号】G01R31/12GK104297642SQ201410438998
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】路书祥, 涂万, 郝良彬, 何哲玺, 于文鹏, 王学锋, 孔令兵 申请人:北京航天控制仪器研究所