一种用于电气设备局部放电检测的装置的制作方法

本发明属于传感器技术领域，具体是涉及一种用于电气设备局部放电检测的装置。

背景技术：
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高压电气设备在发送绝缘介质击穿之前往往表现为局部放电的逐步发展和增强，绝缘故障常常起源于局部放电造成的绝缘劣化。局部放电是绝缘发生劣化的重要征兆，绝缘的劣化程度越高，局部放电活动越强烈，同时局部放电也是导致绝缘进一步劣化的重要原因。用于变压器等高压电气设备的局部放电的检测有多种方法，主要包括甚高频脉冲电流检测法、超高频电磁波检测法和压电传感器超声波检测法等。其中前两种方法检测的是电信号，容易受到电磁干扰信号的干扰，压电传感器超声波检测的是超声波信号，虽然不易受到电磁噪声的影响，但是传感器是贴在设备外壳上检测设备内部局部放电产生的超声波信号，所以灵敏度不高。

现有的采用光学方法测量高压电气设备局部放电的技术主要有以下几种：第一种是直接探测可见光法，该方法适合于用透明电介质作为绝缘材料的高压电气设备，不适用于固体电介质、液体电介质作为绝缘材料的高压电气设备的局部放电检测；第二种是光-超声波法，该方法具有抗干扰能力强、绝缘性好等优点，但其要求传感器精度高、加工困难，且受温度变化影响较大，超声波信号存在较多折反射而容易衰减；第三种是基于法拉第磁光效应原理，该方法采用的光纤电流传感器只适合固定形状的高压电气设备的局部放电检测。

技术实现要素：
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为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种用于电气设备局部放电检测的装置。

本发明的技术方案如下：

一种用于电气设备局部放电检测的装置，包括：

光源。

光纤磁场传感器，所述光纤磁场传感器包括第一光纤、耦合器、Y波导、偏振分束器、光纤环、法拉第旋转反射镜、第一光电探测器，所述耦合器的第一输入端通过第一光纤与所述光源连接，所述光纤环环套在待测导体上。

光纤电场传感器，所述光纤电场传感器包括第二光纤、第一准直透镜、起偏器、四分之一波片、电光晶体、检偏器、第二准直透镜、第二光电探测器，所述第一准直透镜的输入端通过所述第二光纤与所述光源连接，所述电光晶体设置在待测导体一侧。

信号处理单元，所述信号处理单元分别与所述第一光电探测器、所述第二光电探测器连接。

无线通信单元，所述信号处理单元通过所述无线通信单元与外部终端设备连接。

作为上述技术方案的优选，所述光纤磁场传感器中：

所述耦合器的第二输入端通过第一光纤与所述第一光电探测器的输入端连接，所述耦合器的输出端通过所述第一光纤与所述Y波导的输入端连接，所述Y波导的第一输出端通过所述第一光纤与所述偏振分束器的第一输入端连接，所述Y波导的第二输出端通过所述第一光纤与所述偏振分束器的第二输入端连接，所述偏振分束器通过所述第一光纤与所述光纤环的输入端连接，所述光纤环的输出端通过所述第一光纤与所述法拉第旋转反射镜的输入端连接。

作为上述技术方案的优选，所述光纤电场传感器中：

所述第一准直透镜的输入端通过所述第二光纤与所述起偏器的输入端连接，所述起偏器的输出端通过所述第二光纤与所述四分之一波片的输入端连接，所述四分之一波片的输出端通过所述第二光纤与所述电光晶体的输入端连接，所述电光晶体的输出端通过所述第二光纤与所述检偏器的输入端连接，所述检偏器的输出端通过所述第二光纤与所述第二准直透镜的输入端连接，所述第二准直透镜的输出端通过所述第二光纤与所述第二光电探测器的输入端连接。

作为上述技术方案的优选，所述信号处理单元包括放大滤波单元、峰值保持单元、数据采集单元、数据计算单元。

作为上述技术方案的优选，所述光源采用SLD光源。

作为上述技术方案的优选，所述法拉第旋转反射镜采用°法拉第旋转反射镜。

作为上述技术方案的优选，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器均采用PIN光电二极管。

本发明的有益效果在于：其通过设置光纤磁场传感器和光纤电场传感器，可以获取待测导体周边的电场和磁场的极性，并根据获取的电场和磁场的极性来判断局部放电信号的传播方向，检测灵敏度高，方向性好，抗干扰能力强，受温度变化影响小，光路损耗小；其设置的光纤磁场传感器能够实现磁场测量的互易光路测量，精确度高；其通过设置信号处理单元和无线通信单元，可以对获取的局部放电信号进行处理，并通过无线通信单元发送到外部终端设备，提高了检测的安全性与便利性。本装置结构简单、操作方便、精确度高、可靠性高。

附图说明：

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。 其中：

图1为本发明一个实施例的一种用于电气设备局部放电检测的装置结构示意图；

图2为本发明一个实施例的光纤磁场传感器结构示意图；

图3为本发明一个实施例的光纤电场传感器结构示意图；

图4为本发明一个实施例的信号处理单元结构示意图。

图中符号说明：

1-光源，2-光纤磁场传感器，3-光纤电场传感器，4-信号处理单元，5-无线通信单元，6-待测导体，201-第一光纤，202-耦合器，203-Y波导，204-偏振分束器，205-光纤环，206-法拉第旋转反射镜，207-第一光电探测器，301-第二光纤，302-第一准直透镜，303-起偏器，304-四分之一波片，305-电光晶体，306-检偏器，307-第二准直透镜，308-第二光电探测器，401-放大滤波单元，402-峰值保持单元，403-数据采集单元，404-数据计算单元，E-电场，F-磁场。

具体实施方式：

如图1所示，本发明的用于电气设备局部放电检测的装置，包括：

光源1，所述光源1采用SLD光源。

光纤磁场传感器2，如图2所示，所述光纤磁场传感器2包括第一光纤201、耦合器202、Y波导203、偏振分束器204、光纤环205、法拉第旋转反射镜206、第一光电探测器207，所述耦合器202的第一输入端通过第一光纤201与所述光源1连接，所述光纤环205环套在待测导体6上。所述耦合器202的第二输入端通过第一光纤201与所述第一光电探测器207的输入端连接，所述耦合器202的输出端通过所述第一光纤201与所述Y波导203的输入端连接，所述Y波导203的第一输出端通过所述第一光纤201与所述偏振分束器204的第一输入端连接，所述Y波导203的第二输出端通过所述第一光纤201与所述偏振分束器204 的第二输入端连接，所述偏振分束器204通过所述第一光纤201与所述光纤环205的输入端连接，所述光纤环205的输出端通过所述第一光纤201与所述法拉第旋转反射镜206的输入端连接。所述法拉第旋转反射镜206采用90°法拉第旋转反射镜。所述第一光电探测器207采用PIN光电二极管。

光纤电场传感器3，如图3所示，所述光纤电场传感器3包括第二光纤301、第一准直透镜302、起偏器303、四分之一波片304、电光晶体305、检偏器306、第二准直透镜307、第二光电探测器308，所述第一准直透镜302的输入端通过所述第二光纤301与所述光源1连接，所述电光晶体305设置在待测导体6一侧。所述第一准直透镜302的输入端通过所述第二光纤301与所述起偏器303的输入端连接，所述起偏器303的输出端通过所述第二光纤301与所述四分之一波片304的输入端连接，所述四分之一波片304的输出端通过所述第二光纤301与所述电光晶体305的输入端连接，所述电光晶体305的输出端通过所述第二光纤301与所述检偏器306的输入端连接，所述检偏器306的输出端通过所述第二光纤301与所述第二准直透镜307的输入端连接，所述第二准直透镜307的输出端通过所述第二光纤301与所述第二光电探测器308的输入端连接。所述第二光电探测器308采用PIN光电二极管。

信号处理单元4，如图4所示，所述信号处理单元4分别与所述第一光电探测器207、所述第二光电探测器308连接。所述信号处理单元4包括放大滤波单元401、峰值保持单元402、数据采集单元403、数据计算单元404。

无线通信单元5，所述信号处理单元4通过所述无线通信单元5与外部终端设备连接。

工作方式：

S1：利用光纤磁场传感器获取局部放电的磁场信息，光源发出的光经过耦合器后，到到Y波导，形成两束线偏振光，线偏振光经过偏振分束器后，使得 一束线偏振光方向旋转90度后与另一束线偏振光以正交模式在光纤中传输，经过处于轴向磁场中的光纤环，产生相位差，携带相位信息的两束偏振光经过90°法拉第旋转反射镜后，偏振模式互换，返回到处于轴向磁场中的光纤环5，再次产生相位差，两束正交模式的线偏振光反向经过偏振分束器后，分成两束平行模式传输的线偏光，到达Y波导处发生干涉，再经过耦合器后被第一光电探测器接收，第一光电探测器将带有被测信号的光信息通量转换为计算机可以测量的第一电信号，并将该第一电信号发送到信号处理单元。

S2：利用光纤电场传感器获取局部放电的电场信息，光源发出的光经过第一准直透镜后变为平行光，经过起偏器后变为线偏振光，再经过四分之一波片后变为圆偏振光，如果电光晶体附件导体受到外部电压干扰，则光波经过电光晶体后将由圆偏振光变为椭圆偏振光，这一变化过程与电光晶体收到干扰电压信号的频率和振幅有关，后经过检偏器和第二准直透镜后分为2束光波进入到第二光电探测器，第二光电探测器可以接收到2个线偏振光波经过电光晶体后的干涉信号，将该光信号转换为第二电信号，并将该第二电信号发送到信号处理单元。

S3：信号处理单元对第一电信号和第二电信号进行处理，获取局部放电信号的传播方向，并通过无线通信单元发送到外部终端设备。由于前行波电场与磁场的极性相同，反行波电场与磁场的极性相反，所以对于沿导线传播的脉冲信号来说，其电场和磁场是相互关联的，对于沿相反方向传播的正极性脉冲来说，其电场都是正极性，而磁场的极性则正好相反；对于福极性脉冲来说，也有类似的情况。总之，如果某正极性的脉冲从某一方向传播时，测得此脉冲电场和磁场的极性都为正极性，而把此时脉冲的传播方向定义为正向，那么对于所有正向传播的脉冲，无论其极性如何，其电场和磁场总是同极性的；而对于反向传播的脉冲，其电场和磁场的极性总是相反的。根据脉冲信号的电场极性 和磁场极性的对应广西，通过光纤磁场传感器和光纤电场传感器输出脉冲信号初始峰的极性，就可以判断出所测得脉冲的传播方向。

本实施例所述的一种用于电气设备局部放电检测的装置，包括：光源、光纤磁场传感器、光纤电场传感器、信号处理单元、无线通信单元。其通过设置光纤磁场传感器和光纤电场传感器，可以获取待测导体周边的电场和磁场的极性，并根据获取的电场和磁场的极性来判断局部放电信号的传播方向，检测灵敏度高，方向性好，抗干扰能力强，受温度变化影响小，光路损耗小；其设置的光纤磁场传感器能够实现磁场测量的互易光路测量，精确度高；其通过设置信号处理单元和无线通信单元，可以对获取的局部放电信号进行处理，并通过无线通信单元发送到外部终端设备，提高了检测的安全性与便利性。本装置结构简单、操作方便、精确度高、可靠性高。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。