基于光纤外腔式珐珀传感器的变压器局部放电检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力变压器设备局部放电在线监测技术领域。特别设及一种基于光纤 外腔式珪巧传感器的变压器局部放电检测方法。
【背景技术】
[0002] 目前国内外变压器局部放电在线监测有多种方法，主要包括甚高频（VH巧脉冲电 流检测法、超高频0JHF)电磁波检测法和压电传感器超声波检测法，其中VHF和UHF检测法 检测的是电信号，容易受到电磁干扰信号的干扰；压电超声法检测的是超声波信号，但传感 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，虽然不易受到电磁噪声的 干扰，但灵敏度不高。也有将压电传感器放置在设备外壳的内部，在油中检测局部放电的， 但由于压电超声传感器在油中检测灵敏度不高，同时不能放在电位较高处进行测量，使其 检测方法受到限制。
[0003] 光学方法测量电气设备局部放电的技术有S种一一直接探测可见光法、法拉第磁 光效应法和光-超声波法。直接探测可见光法只适合于用透明电介质作为绝缘材料的高压 电器设备，不适用于W固体电介质、液体电介质作为绝缘材料的高压电器设备的局部放电 检测；基于法拉第磁光效应原理的光线电流传感器只适合固定形状的高压电器设备的局部 放电检测，而且不能排除来自现场空间的强磁场干扰和无法辨别从高压电器设备接地线上 串扰的电磁脉冲信号；光-超声波法传感器具有体积小、损耗低、干扰小、绝缘性能好和防 爆防腐蚀的优点而具有广泛的应用前景。
[0004] 光-超声波法包括光纤光栅测超声振动法和光线干设测超声振动法，光纤干设 法测超声振动有=种方法：光纤迈克尔逊（Michelson)干设法、光纤马赫-泽德尔干设 (Mach-Zehnder)法和法布里-帕罗（F油巧-Perot)干设法。迈克尔逊法检测系统的灵敏度 不高，且存在超声波传播的多路径问题；光纤马赫-泽德尔干设法解调频率响应不够高、结 构复杂，对设备要求高；光纤法布里-帕罗法则具有结构简单，体积小，高可靠性，高灵敏 度，快时间响应，抗干扰能力强等优点受到人们普遍的关注。
[0005]目前国内研究的光纤EFPI(extrinsicF油；ry-Perotinterferometer,外腔式法 布里-帕罗干设型传感器），主要用于溫度、应变、压力等缓变量的测量，尚不适合高频快速 的局部放电检测。
[0006] 图2所示为光纤外腔式珪巧传感器结果示意图，由光纤01、绝缘支架02、娃套管03 和娃薄膜片04组成，娃薄膜片04与娃套管03之间通过二氧化碳激光热烙固定密封，绝缘 支架02与娃套管03之间通过二氧化碳激光热烙固定密封，W及绝缘支架02与光纤01通 过二氧化碳激光热烙固定密封，在传感器的制作过程中要保证娃薄膜片04的中屯、与光纤 的中屯、对齐。
[0007] 在过去的复眼式系统的传感器巧FPI)局部放电检测系统中，复眼式系统的传感 器由按角度布置的5个光纤外腔式珪巧传感器组成；传感器接收到的信号的强度与信号源 位置与传感器石英膜片垂直方向间的夹角有很大关系，使其检测方法受到限制。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的提出了基于光纤外腔式珪巧传感器的变压器局部放电检测方法，该 方法是利用基于光纤外腔式珪巧传感器的局部放电检测系统进行检测的，所述光纤外腔式 珪巧传感器局部放电检测系统由窄带光源、光滤波器、光分路器、4个光环形器、4个单模光 纤、4个光纤外腔式珪巧传感器和由4个光电探测器、4个放大器和示波器组成；其中两个光 纤外腔式珪巧传感器放置在变压器顶部测溫槽油中，另外两个放置在变压器顶部两侧法兰 槽中；所述窄带光源与光滤波器和光分路器依次相连，光分路器分4路依次、对应与4个光 环形器、4个单模光纤和4个光纤外腔式珪巧传感器连接，其中4个光纤外腔式珪巧传感器 组成光纤外腔式珪巧传感器阵列；在光分路器与4个光环形器之间，4个光环形器再分别与 对应的4个光电探测器、4个放大器依次连接；四个相同的放大器均与示波器相连；该方法 包括W下步骤：
[0009] 步骤1 :将四个相同的光纤外腔式珪巧传感器的两个光纤外腔式珪巧传感器放 置安装在变压器顶部测溫槽油中，另外两个放置在变压器顶部两侧法兰槽中；四个光纤外 腔式珪巧传感器的光纤分别连接到局部放电检测系统的四个通道上，其中示波器采用边沿 自触发方式，将触发电平调到位置上；
[0010] 步骤2 :供电，使各器件处于工作状态；
[0011] 步骤3 :观察示波器显示的检测信号，，当有局部放电时，光纤外腔式珪巧传感器 会有震荡的脉冲信号；如果其中某个光纤外腔式珪巧传感器的局部放电信号明显较弱，贝U 该传感器位置和局放位置之间的路径上存在阻碍结构或放点位置与传感器距离较大；如果 其中某个光纤外腔式珪巧传感器的局部放电信号明显较强，则该传感器位置靠近局部放电 位置或传感器位置和局放位置之间的路径上不存在阻碍结构；由此确定局放现象的存在W 及放点位置所在的大致区域。
[0012] 所述光纤外腔式珪巧传感器安装在测溫槽和法兰槽油中，不但消除了变压器内部 油压对传感器灵敏度和使用寿命的影响，同时槽体结构相当于一个超声信号收集器，变压 器局部放电产生的超声信号通过变压器油或者变压器固体结构传播到槽体结构上，槽体结 构收集器收集信号并通过槽中变压器油传至光纤外腔式珪巧传感器，使得此时光纤外腔式 珪巧传感器接收到的信号不再与信号源位置与传感器石英膜片垂直方向间的夹角有关系， 并且光纤外腔式珪巧传感器能接收到更强的超声信号，增强装置的局放检测灵敏度。
[0013] 本发明的有益效果是用于局部放电在线监测，可W灵敏地测量高频信号，具有如 下特点：针对国内研究的光纤外腔式珪巧传感器主要用于溫度、应变、压力等缓变量的测 量，尚不适合高频快速的局部放电检测的不足，
[0014] 1.具有灵敏度高，信号收集能力强，操作方便，抗干扰能力强的特点，能抑制超声 振动多路径传播带来的影响。且由于传感器探头小，可W作为一种点式传感器，很方便安装 在变压器顶部测溫槽和法兰槽油中进行局部放电的检测；并在合理布置四个传感器位置的 情况下，能粗略的进行局部放电位置判定。
[001引 2.将光纤外腔式珪巧传感器安装在测溫槽和法兰槽油中，不但消除了变压器内部 油压对传感器灵敏度和使用寿命的影响，同时槽体结构相当于一个超声信号收集器，变压 器局部放电产生的超声信号通过变压器油或者变压器固体结构传播到槽体结构上，槽体 结构收集器收集信号并通过槽中变压器油传至光纤外腔式珪巧传感器，使得此时光纤外腔 式珪巧传感器接收到的信号不再与信号源位置与传感器石英膜片垂直方向间的夹角有关 系，并且光纤外腔式珪巧传感器能接收到更强的超声信号，增强装置的局放检测灵敏度。
【附图说明】
[0016] 图1为基于光纤外腔式珪巧传感器变压器局部放电检测系统结构示意图。
[0017] 图2为现有单个光纤外腔式珪巧传感头的结构示意图。
[0018] 图3为变压器上基于光纤外腔式珪巧传感器变压器局部放电检测系统安装布置 不意图。
[0019] 图4为传感头在变压器测溫/法兰槽中的放置示意图。
[0020] 图5为光强峰峰值最大区间内，光强与腔长的关系示意图。
[0021] 图6为光强与膜反射率及腔长关系示意图。
[0022] 图7为局放仪、光纤EFPI传感器与压电陶瓷传感器检测的局放信号示意图。
[0023] 图8为压电陶瓷传感器衰减度、光纤外腔式珪巧传感器衰减度示意图。其中，图 (a)为压电陶瓷传感器衰减度示意图；图化）为光纤外腔式珪巧传感器衰减度示意图。
[0024] 图9为空载加压时，局放仪、光纤EFPI传感器、压电陶瓷的检测信号示意图。
[0025] 其中，1-窄带光源、2-光滤波器、3-光分路器、4-光环形器、5单模光纤、6-光纤外 腔式珪巧传感器、7-光电探测器、8-放大器、9-示波器，01-光纤，02-绝缘支架，03-娃套 管，04-娃薄膜片。
【具体实施方式】
[0026] 本发明提出了一种基于光纤外腔式珪巧传感器的变压器局部放电检测方法。下面 结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0027] 图1为基于光纤外腔式珪巧传感器变压器局部放电检测系统结构示意图。如图1 所示，所述光纤外腔式珪巧传感器局部放电检测系统由窄带光源1、光滤波器2、光分路器 3、4个光环形器4、4个单模光纤5、4个光纤外腔式珪巧传感器6和4个光电探测器7、4个 放大器8和示波器9组成；其中两个光纤外腔式珪巧传感器6放置在变压器顶部测溫槽12 油中，另外两个放置在变压器顶部两侧法兰槽13油中（如图3、4所示）；所述窄带光源1、 光滤波器2和光分路器3依次相连，光分路器3分4路依次、对应的与4个光环形器4、4个 单模光纤5和4个光纤外腔式珪巧传感器6连接，其中4个光纤外腔式珪巧传感器6组成 光纤外腔式珪巧传感器阵列10;在光分路器与4个光环形器之间连接点上，4个光环形器4 再分别与对应的4个光电探测器7、4个放大器8依次连接；四个相同的放大器8均与示波 器9相连。
[0028] 下面W波长定在1310nm的单色光源为例说明，对光纤外腔式珪巧传感器变压器 局部放电检测系统的结构说明如下：
[0029] 1)波长定在1310nm的单色光源，由窄带光源1通过光纤滤波器过滤得到单色波长 光源。窄带光源1选择SL邸型光源，滤波器选用1310nm光纤带通滤波器。
[0030] 2)光纤选用1310nm单模光纤，其中屯、玻璃忍直径9um，包层外直径125um。经测试 发现在1310nm波长处，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，1310nm处也是光 纤的一个低损耗窗口。所W选择本发明光源选择在1310nm处。
[003。扣光电探测器7选择PIN光电二极管，具有入射光量和输出电流的线性好；响应 速度快；输出误差小；环境溫度变化所引起的输出变动小；制作简单巧靠性高的特点。 [0032] 4)光纤环形器是只允许某端口的入射光从确定端口输出而反射光从另一端口输 出的非互易性器件。为保证光纤沿指定路径传播，需使用光环形器4。
[003引 W系统的放大器（光电）8采用立级放大，其中每级放大电路保持一致，串联起来。
[0034] 6)对本发明采用的光纤外腔式珪巧传感器的说明（如图2所示）
[0035] a)娃薄膜片的设计
[0036] 娃薄膜片采用石英膜。娃薄膜片的设计包括膜的灵敏度及频率响应的确定。膜片 中屯、