交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统及方法与流程

本发明涉及局部放电试验技术领域，具体而言，涉及一种交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统及方法。

背景技术：

阀塔指的是大型电力电子开关管的紧凑阵列，换流站阀塔光纤处在直流和交流电压共同作用下，光纤护套材料为绝缘材料，光纤本体材料为SiO₂，根据夹层介质界面极化理论，光纤护套和光纤接触面存在界面自由电荷分布，在光纤护套缺陷区域易形成局部高场强，从而产生局部放电，而光纤局部放电会导致光纤表皮灼伤损坏，严重时经导致换流阀晶闸管触发与回报信号传输受阻，进而引起直流闭锁的严重事故。

目前，对于光纤局部放电特性的试验主要是在交流电压下进行的，而只对光纤进行交流电压下的局部放电特性试验并不能反映出实际工作环境中的光纤在直交流叠加电压下的局部放电特性。此外，现有的试验装置不能在不同电场分量下对光纤进行局部放电特性试验。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出了一种交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统及方法，旨在解决现有技术不能在交直流叠加电压对光纤进行局部放电特性试验进而导致不能反映实际工作环境中光纤的局部放电特性的问题。

一个方面，本发明提出了一种交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统，包括：第一电极、第二电极、直流供电装置、交流电源、第一电容和局部放电检测装置；第一电极的第一端和第二电极的第一端均用于与具有缺陷的被测光纤接触连接，第一电极的第二端和第二电极的第二端分别与直流供电装置和交流电源电连接；交流电源的第一端与第二电极的第二端电连接，交流电源的第二端与直流供电装置电连接且共地；第一电容的第一端与交流电源的第一端电连接，第一电容的第二端与交流电源的第二端电连接，并且，第一电容的第二端与局部放电检测装置电连接，局部放电检测装置用于检测被测光纤的局部放电信号。

进一步地，上述交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统中，直流供电装置包括：直流电源、电阻和第二电容；其中，电阻的第一端与直流电源的正极电连接，电阻的第二端与第一电极的第二端电连接；第二电容的第一端与电阻的第二端电连接，第二电容的第二端与直流电源的负极电连接；直流电源的负极与交流电源电连接且共地。

进一步地，上述交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统，还包括：第一绝缘支撑体；其中，第一绝缘支撑体为壳体，第一电极和第二电极均置于第一绝缘支撑体内，第一电极的第二端和第二电极的第二端均穿设于第一绝缘支撑体的顶板且均与第一绝缘支撑体的顶板相卡接；被测光纤呈预设形状置于第一绝缘支撑体的底板，第一电极的第一端和第二电极的第一端分别与被测光纤的两端接触连接。

进一步地，上述交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统中，还包括：第二绝缘支撑体；其中，第二绝缘支撑体为壳体，第一电极和第二电极均安装于第二绝缘支撑体内；被测光纤呈预设形状夹设于第一电极与第二电极之间。

本发明的试验系统可以对被测光纤进行交直流叠加电压下的局部放电特性试验，模拟了光纤在实际工作环境中的局部放电情况。此外，该试验系统中，第一电极和第二电极的两种设置方式可以提供不同方向的电场分量，可以在不同方向分量的电场下对光纤进行局部放电特性试验。

另一方面，本发明还提出了一种适用于交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统的试验方法，包括如下步骤：光纤放置步骤，将具有缺陷的被测光纤置于交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统；电压设定步骤，调节交流电源输出的交流电压为预设电压值；电压施加步骤，通过交流电源对被测光纤施加交流电压值，同时，通过直流供电装置对被测光纤施加从零开始逐渐增加的直流电压；局部放电量采集步骤，当被测光纤第一次产生局部放电信号时升高预设直流电压值，并且每升高一次预设直流电压值，在预设时间内采集被测光纤的局部放电量；绘制步骤，根据在不同电压下被测光纤的局部放电量获取在不同电压下被测光纤的PRPD图谱。

进一步地，上述适用于交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统的试验方法中，所述通过直流供电装置对所述被测光纤施加从零开始逐渐增加的直流电压之前还包括：调节交流电源输出的交流电压谐波频率为预设频率。

进一步地，上述适用于交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统的试验方法中，局部放电量采集步骤进一步包括：连接子步骤，将电压测量装置与第一电极相连接；起始电压确定子步骤，将被测光纤第一次产生局部放电信号时第一电极的电压值确定为被测光纤产生局部放电的直流起始放电电压值。

本发明中的试验方法可以在交流电压不变，改变直流电压的情况下对被测光纤进行交直流叠加电压下的局部放电特性试验，模拟了光纤在实际工作环境中的局部放电情况。此外，根据上述试验系统中第一电极和第二电极的两种设置方式，可以提供不同方向的电场分量，可以在不同方向分量的电场下对光纤进行局部放电特性试验。

另一方面，本发明还提出了一种适用于交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统的试验方法，包括如下步骤：光纤放置步骤，将具有缺陷的被测光纤置于交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统；电压设定步骤，调节直流供电装置输出的直流电压为预设电压值；电压施加步骤，通过直流供电装置对被测光纤施加直流电压值，同时，通过交流电源对被测光纤施加从零开始逐渐增加的交流电压；局部放电量采集步骤，当被测光纤第一次产生局部放电信号时升高预设交流电压值，并且每升高一次预设交流电压值，在预设时间内采集被测光纤的局部放电量；绘制步骤，根据在不同电压下被测光纤的局部放电量获取在不同电压下被测光纤的PRPD图谱。

进一步地，上述适用于交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统的试验方法中，所述通过交流电源对所述被测光纤施加从零开始逐渐增加的交流电压之前还包括：调节交流电源输出的交流电压谐波频率为预设频率。

进一步地，上述适用于交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统的试验方法中，局部放电量采集步骤进一步包括：连接子步骤，将电压测量装置与第二电极相连接；起始电压确定子步骤，将被测光纤第一次产生局部放电信号时第二电极的电压值确定为被测光纤产生局部放电的交流起始放电电压值。

本实发明中的试验方法可以在直流电压不变，改变交流电压的情况下对被测光纤进行交直流叠加电压下的局部放电特性试验，模拟了光纤在实际工作环境中的局部放电情况。此外，根据上述试验系统中第一电极和第二电极的两种设置方式，可以提供不同方向的电场分量，可以在不同方向分量的电场下对光纤进行局部放电特性试验。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统中，试验电路的连接示意图；

图2为本发明实施例提供的交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统中，第一电极和第二电极水平设置的正视图；

图3为本发明实施例提供的交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统中，第一电极和第二电极水平设置的俯视图；

图4为本发明实施例提供的交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统中，第一电极和第二电极沿竖直方向设置的正视图；

图5为本发明实施例提供的交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统中，第一电极和第二电极沿竖直方向设置的俯视图；

图6为本发明实施例提供的交直流叠加电压下光纤局部放电试验方法的流程图；

图7为本发明实施例提供的交直流叠加电压下光纤局部放电试验方法中，被测光纤的PRPD图谱；

图8为本发明实施例提供的交直流叠加电压下光纤局部放电试验方法中，又一被测光纤的PRPD图谱；

图9为本发明实施例提供的交直流叠加电压下光纤局部放电试验方法中，又一被测光纤的PRPD图谱；

图10为本发明实施例提供的交直流叠加电压下光纤局部放电试验方法的又一流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

装置实施例：

参见图1至图5。如图所示，该装置包括：第一电极1、第二电极2、直流供电装置3、交流电源4、第一电容5和局部放电检测装置(图中未示出)。其中，第一电极1和第二电极2均安装于绝缘支撑体。具体实施时，绝缘支撑体可以为壳体。

第一电极1、第二电极2和绝缘支撑体的一种实施方式为：参见图2和图3，第一电极1和第二电极2平行设置，即第一电极1和第二电极2均置于第一绝缘支撑体7内，第一电极1的第二端(图2所示的上端)和第二电极2的第二端(图2所示的上端)均穿设于第一绝缘支撑体7的顶板71且均与第一绝缘支撑体7的顶板71相卡接。具体实施时，第一电极1的第二端和第二电极2的第二端均可以与顶板71螺纹连接。被测光纤6呈预设形状置于第一绝缘支撑体7的底板72，第一电极1的第一端(图2所示的下端)和第二电极2的第一端(图2所示的上端)分别与具有缺陷的被测光纤6的两端接触连接。具体实施时，被测光纤的预设形状可以为S形，也只为直线形，具体的形状可以根据实验需要确定，本实施例对其不做任何限定。被测光纤6的缺陷可以是针孔缺陷，也可以是划痕缺陷，具体的缺陷可以根据试验需要确定，本实施例对其不做任何限定。第一电极1的第二端和第二电极2的第二端分别与直流供电装置3和交流电源4电连接。

第一电极1、第二电极2和绝缘支撑体的另一种实施方式为：参见图4和图5，第一电极1和第二电极2沿竖直方向设置，即第一电极1和第二电极2均安装于第二绝缘支撑体8内。具体实施时，第一电极1的第二端(图4所示的上端)可以与第二绝缘支撑体8的顶板81螺纹连接，第二电极2的第二端(图4所示的下端)可以与第二绝缘支撑体8的底板82螺纹连接。被测光纤6呈预设形状夹设于第一电极1的第一端(图4所示的下端)与第二电极2第一端之间(图4所示的上端)。具体实施时，被测光纤的预设形状可以为S形，也可以为直线形，具体的形状可以根据实验需要确定，本实施例对其不做任何限制。第一电极1的第二端和第二电极2的第二端分别与直流供电装置3和交流电源4电连接。

需要说明的是，当第一电极1和第二电极2平行设置时，被测光纤6承受弱垂直分量电场和水平分量电场。当第一电极1和第二电极2沿竖直方向设置时，被测光纤6承受强垂直分量电场。第一电极1和第二电极2之间的具体设置方式可以根据实验需要确定，本实施例对其不做任何限定。

继续参见图1，交流电源4的第一端(图1所示的上端)可以与第二电极2的第二端电连接，交流电源4的第二端(图1所示的下端)可以与直流电源31的负极电连接且共地。第一电容5的第一端(图1所示的上端)可以与交流电源4的第一端电连接，第一电容5的第二端(图1所示的下端)与交流电源4的第二端电连接，并且，第一电容5的第二端与局部放电检测装置电连接。具体实施时，局部放电检测装置可以为Techimp PDCheck。当使用的局部放电检测装置为Techimp PDCheck时，被测光纤6的放电信号需要经过第一电容5第二端输出，再被局部放电检测装置接收，进而检测到被测光纤6的局部放电信号。

本实施例中，该试验系统可以对被测光纤进行交直流叠加电压下的局部放电特性试验，模拟了光纤在实际工作环境中的局部放电情况。此外，该试验系统中，第一电极和第二电极的两种设置方式可以提供不同方向的电场分量，可以在不同方向分量的电场下对光纤进行局部放电特性试验。

上述实施例中，直流供电装置3可以包括：直流电源31、电阻32和第二电容33。其中，电阻32的第一端(图1所示的左端)可以与直流电源31的正极电连接，电阻32的第二端(图1所示的右端)可以与第一电极1的第二端电连接。第二电容33的第一端(图1所示的上端)可以与电阻32的第二端电连接，第二电容33的第二端(图1所示的下端)可以与直流电源31的负极电连接。直流电源31的负极与交流电源4的第二端电连接且共地。

本实施例中，电阻对电路起到保护作用，以保证电路的正常运行。实际试验时，直流电源提供的直流电压可能会掺杂少量的交流电压，第二电容可以通交流隔直流，即过滤到直流电压当中的少量的交流电压，以保证对第一电极施加的为直流电压，进而保证了试验的准确性。

综上，本实施例中的试验系统可以对被测光纤进行交直流叠加电压下的局部放电特性试验，模拟了光纤在实际工作环境中的局部放电情况。此外，该试验系统中，第一电极和第二电极的两种设置方式可以提供不同方向的电场分量，可以在不同方向分量的电场下对光纤进行局部放电特性试验。

方法实施例一：

参见图6，图6为本发明实施例提供的适用于上述直流叠加电压下光纤局部放电试验系统的试验方法的流程图。如图所示，该方法包括如下步骤：

光纤放置步骤S1，将具有缺陷的被测光纤置于交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统。

具体地，将具有缺陷的被测光纤6呈预设形状置于交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统。具体实施时，被测光纤6的预设形状可以为S形，也可以为直线形，具体的形状可以根据实验需要确定，本实施例对其不做任何限定。被测光纤6的缺陷可以是针孔缺陷，也可以是划痕缺陷，具体的缺陷可以根据试验需要确定，本实施例对其不做任何限定。

电压设定步骤S2，调节交流电源输出的交流电压为预设电压值。

具体地，调节交流电源4，使交流电源4输出的交流电压为预设电压值，例如，预设电压值为1kV。具体实施时，预设电压值可以根据试验需要而确定，本实施例对其不做任何限定。

电压施加步骤S3，通过交流电源对被测光纤施加交流电压值，同时，通过直流供电装置对被测光纤施加从零开始逐渐增加的直流电压。

具体地，开启交流电源4，对被测光纤6施加预设交流电压值，例如1kV，同时，也开启直流供电装置3，对被测光纤6施加直流电压，直流电压从零开始逐渐增加。

局部放电量采集步骤S4，当被测光纤第一次产生局部放电信号时升高预设直流电压值，并且每升高一次预设直流电压值，在预设时间内采集被测光纤的局部放电量。

具体地，在直流电压和交流电压的共同作用下，具有缺陷的被测光纤6会产生局部放电信号。当被测光纤6第一次产生局部放电信号的时候，使直流电压升高预设值，并在预设时间内采集被测光纤6的局部放电量。例如，当被测光纤6第一次产生局部放电信号的时的电压为-5.37kV，使直流电压在-5.37kV的基础上升高1kV，并在300秒内采集被测光纤6的局部放电量。具体实施时，可以多次使直流电压升高预设值，并多次采集预设时间内被测光纤6的局部放电量。

需要说明的是，升高的预设直流电压值和预设时间均可以根据试验需要确定，本实施例对其不做任何限定。

绘制步骤S5，根据在不同电压下被测光纤的局部放电量获取在不同电压下被测光纤的PRPD图谱。

具体地，参见图7至图9，根据上述步骤中在不同电压下被测光纤6的局部放电量，绘制在不同电压下被测光纤6的PRPD图谱。从图中可以看出，被测光纤6的局部放电集中在交流电压正半周的下降沿，在负半周的上升沿也存在少量局部放电。随着直流电压的升高，局部放电量增加，并且位于交流电压正半周的局部放电量相位分布范围增加。

本实施例中，该试验方法可以在交流电压不变，改变直流电压的情况下对被测光纤进行交直流叠加电压下的局部放电特性试验，模拟了光纤在实际工作环境中的局部放电情况。此外，根据试验系统中第一电极和第二电极的两种设置方式，可以提供不同方向的电场分量，可以在不同方向分量的电场下对光纤进行局部放电特性试验。

在本发明的一种实施方式中，通过直流供电装置对所述被测光纤施加从零开始逐渐增加的直流电压之前可以进一步包括：调节交流电源输出的交流电压谐波频率为预设频率。

具体地，交流电源4输出的交流电压可以有谐波成分，调节交流电压的谐波频率为预设频率。需要说明的是，谐波的预设频率可以根据试验需要确定，本实施例对其不做任何限定。

本实施例中，调节交流电源的谐波频率，可以测得光纤在交流电压存在谐波成分时的局部放电特性。

上述实施例中，局部放电量采集步骤S4可以进一步包括：

连接子步骤S41，将电压测量装置与第一电极相连接。

具体地，将电压测量装置与第一电极1相连接。具体实施时，电压测量装置可以为万用表，也可以为示波器，当然也可以为其他装置，本实施例对其不做任何限定。

起始电压确定子步骤S42，将被测光纤第一次产生局部放电信号时第一电极的电压值确定为被测光纤产生局部放电的直流起始放电电压值。

具体地，当被测光纤6第一次产生局部放电信号时，用电压测量装置测得第一电极1的电压值，例如，测得第一电极1的电压为5kV，则认为在交流电压1kV下，被测光纤6产生局部放电的直流起始放电电压值为5kV。此时，也可将电压测量装置与第二电极2相连接，以确定第二电极2的电压是否为预设的交流电压值。

本实施例中，可以在直流电压逐渐增加，交流电压固定的情况下，测得被测光纤局部放电的直流起始放电电压。

综上，本实施例中的试验方法可以在交流电压不变，改变直流电压的情况下对被测光纤进行交直流叠加电压下的局部放电特性试验，模拟了光纤在实际工作环境中的局部放电情况。此外，根据上述试验系统中第一电极和第二电极的两种设置方式，可以提供不同方向的电场分量，可以在不同方向分量的电场下对光纤进行局部放电特性试验。

方法实施例二：

参见图10，图10为本发明实施例提供的适用于上述直流叠加电压下光纤局部放电试验系统的又一试验方法的流程图。如图所示，该方法包括如下步骤：

光纤放置步骤S1，将具有缺陷的被测光纤置于交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统。

具体地，将具有缺陷的被测光纤6呈预设形状置于交直流叠加电压下光纤局部放电试验系统。具体实施时，被测光纤6的预设形状可以为S形，也只为直线形，具体的形状可以根据实验需要确定，本实施例对其不做任何限定。被测光纤6的缺陷可以是针孔缺陷，也可以是划痕缺陷，具体的缺陷可以根据试验需要确定，本实施例对其不做任何限定。

电压设定步骤S2，调节直流供电装置输出的直流电压为预设电压值。

具体地，调节直流供电装置3，使直流供电装置3输出的直流电压为预设电压值，例如，预设电压值为1kV。具体实施时，预设电压值可以根据试验需要而确定，本实施例对其不做任何限定。

电压施加步骤S3，通过直流供电装置对被测光纤施加直流电压值，同时，通过交流电源对被测光纤施加从零开始逐渐增加的交流电压。

具体地，开启直流供电装置3，对被测光纤6施加预设直流电压值，例如1kV，同时，也开启交流电源4，对被测光纤6施加交流电压，交流电压从零开始逐渐增加。

局部放电量采集步骤S4，当被测光纤第一次产生局部放电信号时升高预设交流电压值，并且每升高一次预设交流电压值，在预设时间内采集被测光纤的局部放电量。

具体地，在直流电压和交流电压的共同作用下，具有缺陷的被测光纤6会产生局部放电信号。当被测光纤6第一次产生局部放电信号的时候，使交流电压升高预设值，并在预设时间内采集被测光纤6的局部放电量。具体实施时，可以多次使交流电压升高预设值，并多次采集预设时间内被测光纤6的局部放电量。

需要说明的是，升高的预设交流电压值和预设时间均可以根据试验需要确定，本实施例对其不做任何限定。

绘制步骤S5，根据在不同电压下被测光纤的局部放电量获取在不同电压下被测光纤的PRPD图谱。

具体地，根据上述步骤中在不同电压下被测光纤6的局部放电量，绘制在不同电压下被测光纤6的PRPD图谱。

本实施例中，该试验方法可以在直流电压不变，改变交流电压的情况下对被测光纤进行交直流叠加电压下的局部放电特性试验，模拟了光纤在实际工作环境中的局部放电情况。此外，根据上述试验系统中第一电极和第二电极的两种设置方式，可以提供不同方向的电场分量，可以在不同方向分量的电场下对光纤进行局部放电特性试验。

上述实施例中，通过交流电源对被测光纤施加从零开始逐渐增加的交流电压之前可以进一步包括：调节交流电源输出的交流电压谐波频率为预设频率。

具体地，交流电源4输出的交流电压可以有谐波成分，调节交流电压的谐波频率为预设频率。需要说明的是，谐波的预设频率可以根据试验需要确定，本实施例对其不做任何限定。

局部放电量采集步骤S4可以进一步包括：

连接子步骤S41，将电压测量装置与第二电极相连接。

具体地，将电压测量装置第二电极2相连接。具体实施时，电压测量装置可以为万用表，也可以为示波器，当然也可以为其他装置，本实施例对其不做任何限定。

起始电压确定子步骤S42，将被测光纤第一次产生局部放电信号时第二电极的电压值确定为被测光纤局部放电的交流起始电压值。

具体地，当被测光纤6第一产生局部放电信号时，用电压测量装置测得极第二电极2电压值，例如，测得第二电极2的电压为5kV，则认为在直流电压1kV下，被测光纤6产生局部放电的交流起始放电电压值为5kV。此时，也可将电压测量装置与第一电极1相连接，以确定第一电极1的电压是否为预设的直流电压值。

本实施例中，可以在交流电压逐渐增加，直流电压固定的情况下，测得被测光纤局部放电的交流起始放电电压。

综上，本实施例中的试验方法可以在直流电压不变，改变交流电压的情况下对被测光纤进行交直流叠加电压下的局部放电特性试验，模拟了光纤在实际工作环境中的局部放电情况。此外，根据上述试验系统中第一电极和第二电极的两种设置方式，可以提供不同方向的电场分量，可以在不同方向分量的电场下对光纤进行局部放电特性试验。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。