一种基于Pockels效应的光学VFTO测量系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种基于Pockels效应的光学VFTO测量系统，所述系统包括设置在圆柱体形GIS罐体(1)上的VFTO光学传感器(4)、所述GIS罐体(1)内同轴心的母线导杆(3)和同中心的盆式绝缘子(2)。本测试系统具有测量频带宽，抗干扰能力强、绝缘水平高等特点，能应用于GIS中隔离开关动作产生VFTO的测量。
【专利说明】—种基于Pockels效应的光学VFTO测量系统
【技术领域】
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[0001]本实用新型涉及一种VFTO测量系统，具体讲涉及一种基于Pockels效应的高灵敏度光学VFTO测量系统。
【背景技术】
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[0002]高压输电领域广泛应用的气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear, GIS)具有占地面积小、维护工作量少、绝缘性能优良、可靠性高等优点。而操作时，GIS中的隔离开关、接地开关和断路器的动作速度较低，会发生触头间隙重复击穿，产生幅值较高，陡度很大，频率最高可达GHz的特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage, VFTO),严重时可导致GIS和变压器设备的损坏。同时VFTO引起的地电位抬升，会导致变电站二次设备的损坏。
[0003]VFTO现象复杂，随机性强，主要应通过试验获取其特性。目前，测量VFTO的方法主要有电容传感器、电场探头和套管末屏法；但是电容传感器法的测量带宽低；电场探头法的测量点标定容易受现场环境影响；套管末屏法的测量精度较低且测点受限。
实用新型内容:
[0004]为了克服现有技术中所存在的上述不足，本实用新型提出了一种基于Pockels效应的光学VFTO测量系统，利用偏振光在外电场的作用下经过Pockels晶体时，其偏振角度将发生变化的原理，通过光学元件，将角度变化转化为光强的变化，从而实现待测场强值与光强值的对应，用于测量GIS中隔离开关动作产生的VFTO信号。
[0005]本实用新型提供的技术方案是:一种基于Pockels效应的光学VFTO测量系统，其结构在于:所述系统包括设置在圆柱体形GIS罐体(I)上的VFTO光学传感器(4)、所述GIS罐体⑴内同轴心的母线导杆⑶和同中心的盆式绝缘子(2)。
[0006]优选的，所述GIS罐体(I)壁上开有一组位于所述GIS罐体(I)同一母线上且距离相等的其中心与所述轴心垂直的安装WTO光学传感器的手孔拔口 ；所述VFTO光学传感器包括光学传感头(11)、探头(5)、探头支撑￠)、光纤引出法兰(7)和光纤保护盒(9)；
[0007]所述手孔拔口将所述光纤引出法兰(7)固定在所述GIS罐体(I)上，所述光纤引出法兰(7)内外两侧分别安装高度可调的探头支撑￠)、所述探头支撑￠)固定的探头
(5)、和粘接在所述探头(5)端面中心的光学传感头(11)以及所述光纤保护盒(10)。
[0008]进一步，一端连接所述光学传感头(11)的光纤(10)穿过探头(5)和探头支撑(6)经光纤引出法兰(7)引出至光纤保护盒(9)内，再经光纤保护盒(9)端部的法兰盘引出后另一端与信号采集处理器(8)连接。
[0009]进一步，所述GIS罐体(I)的手孔拔口端部外沿安装有端法兰(12)，所述光纤引出法兰(7)与所述端法兰(12)固定，所述光纤引出法兰(7)四周与所述端法兰(12)之间通过密封圈(14)进行气密；所述光纤引出法兰(7)的中心设有通孔(16)。
[0010]进一步，光纤(10)穿过所述光纤引出法兰(7)中心的通孔(16)，再穿过端法兰(12)与GIS罐体⑴内部连通；所述光纤(10)外部套有金属管(13)，所述光纤(10)与金属管(13)之间通过金属焊料焊接在一起，所述金属管(13)穿过光纤引出法兰(7)中心的通孔(16)将所述光纤(10)引入GIS罐体(I)内腔；所述通孔(16)与所述金属管(13)之间的空隙采用353ND双组份环氧树脂胶灌封固化。
[0011]优选的，所述GIS罐体(I)的内腔填充有SF6气体。
[0012]进一步，所述信号采集处理器(8)与示波器连接。
[0013]本实用新型具有如下有益效果:
[0014](I)本实用新型中光学VFTO传感头通过探头、探头支撑、光纤气密引出法兰直接放置于GIS腔体内，应用方式灵活、体积小、重量轻、成本低、电气性能优越；
[0015](2)本实用新型中光学VFTO传感头直接放置于GIS腔体内，屏蔽效果好；
[0016](3)本实用新型中高压母线与光学VFTO传感头之间无需任何骨架支撑，设计结构简单，消除了附属支撑物弓I起的局放现象及耐电压问题；
[0017](4)本实用新型中高压母线与光学VFTO传感头之间直接采用GIS腔体中的SF6气体绝缘，无需进行额外的绝缘设计，降低了因压力、湿度等因素带来的安全隐患，简化了系统的复杂度；
[0018](5)本实用新型中高压母线与光学VFTO传感头之间的高度可以根据估算的VFTO强度进行调整，设计灵活、简单，容易安装维护；
[0019](6)本实用新型中光纤气密引出法兰的光纤引出方法采用光纤金属化封装技术，该技术避免了因GIS腔体与外界环境存在的气压差所造成的光纤引出端气体泄漏，确保了GIS系统的抗压强度和绝缘性能。
【专利附图】
【附图说明】
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[0020]图1为本实用新型所采用的测试系统的整体框图；
[0021]图2为VFTO光学传感器与GIS罐体的安装结构示意图；
[0022]图3为VFTO光学传感器与GIS罐体安装结构的局部放大图；
[0023]图4为光纤气密引出法兰的竖直纵剖面安装结构示意图；
[0024]其中:1-GIS罐体；2_盆式绝缘子；3_母线导杆；4_VFT0光学传感器；5-探头；6-探头支撑；7_光纤气密引出法兰；8_信号采集处理器、9-光纤保护盒；10_光纤；11_光学传感头；12_端法兰；13_金属管；14_密封圈；15_光纤引出法兰；16_通孔；01_模拟输出接口 ；02_数字输出接口 ；03_电源输入接口 ；04-VFT0光信号输入接口 ；05_同步触发输入接口。
【具体实施方式】
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[0025]为了更好地理解本实用新型，下面结合说明书附图对本实用新型的内容做进一步的描述。
[0026]本实用新型所采用的测试系统的整体框图如图1所示:测试系统主要包括Pockles效应光学传感器、信号米集处理器、不波器。Pockles效应光学传感器利用其内部的光源和光学元件将GIS罐体内的电场信号转化为VFTO光信号；并通过光纤传递给信号采集处理器，信号采集处理器将接收到的光信号转化为电信号后传输给示波器进行显示。
[0027]传感器⑷和GIS罐体⑴的安装结构示意图如图2所示:包括1-GIS罐体、2-盆式绝缘子、3-母线导杆、4-VFT0光学传感器。
[0028]将基于Pockels效应的高灵敏度光学VFTO测量传感头，通过GIS外部手孔拔口置于GIS腔体内部，多个传感器安装于GIS罐体的不同位置，通过同步采集信号控制各传感器在同一时间采集VFTO信号，可研究VFTO在GIS罐体内部的传播特性，可进一步提出VFTO信号抑制方法。
[0029]传感器与GIS罐体不存在电气连接，不改变GIS罐体的电磁场分布。传感器通过GIS罐体手孔进行安装，不改变GIS整体的气密性。
[0030]VFTO光学传感器的详细安装结构如图3所示:高压母线(2)置于填充有SF6气体的GIS腔体(I)内，在GIS腔体(I)表面开一手孔拔口，依次安装光纤引出法兰(7)、探头支撑(6)、探头(5)和光学传感头(11)，光学传感头(11)粘接在探头(5)表面的中心位置，与光学传感头(11)粘接的光纤(10)通过探头支撑(6)和下端的光纤引出法兰(7)引出到光纤保护盒(9)，再经光纤保护盒顶端的法兰盘引至信号采集处理器(8)内。
[0031]为了减少局放、电压击穿等隐患，可以根据仿真计算的VFTO信号强度，初步确定VFTO光学传感器与母线导杆之间的距离；试验过程中，根据实际测量结果调整二者之间的距离，从而提高测量灵敏度。
[0032]光纤引出法兰(7)的结构如图4所示，光纤引出法兰(7)安装固定在手孔拔口端部外沿的端法兰(6)上，光纤引出法兰(7)与端法兰(6)之间通过密封圈(14)进行气密，光纤穿通孔(16)位于光纤引出法兰(7)的中心处，并穿过端法兰(6)与GIS腔体内部连通，对光纤(10)的尾纤进行金属化封装形成金属化光纤，然后在金属化光纤上套接金属管
(13)，金属化光纤与金属管(13)之间通过金属焊料焊接在一起，将金属管(13)穿过光纤穿通孔(16)，并采用353ND双组份环氧树脂胶对光纤穿通孔(16)进行灌封固化，使得353ND双组份环氧树脂胶完全填充光纤穿通孔(16)的空隙。
[0033]光纤引出法兰(7)可承受20个大气压，完全满足GIS腔体内SF6气压的要求。
[0034]信号采集处理器具有光纤通讯接口，光纤通讯具有抗干扰性能优越，绝缘特性好的特点，适合试验现场复杂电磁环境使用。
[0035]信号采集处理器与示波器连接，信号采集处理器采用现有的光电转换技术将接收到的光信号转化为电压信号传输给示波器，示波器显示VFTO的波形和特性参数。
[0036]以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在申请待批的本实用新型的权利要求范围之内。
【权利要求】
1.一种基于Pockels效应的光学VFTO测量系统，其特征在于: 所述系统包括设置在圆柱体形GIS罐体(I)上的VFTO光学传感器(4)、所述GIS罐体(I)内同轴心的母线导杆(3)和同中心的盆式绝缘子(2)。
2.如权利要求1所述的一种基于Pockels效应的光学VFTO测量系统，其特征在于: 所述GIS罐体(I)壁上开有一组位于所述GIS罐体(I)同一母线上且距离相等的其中心与所述轴心垂直的安装VFTO光学传感器的手孔拔口 ；所述VFTO光学传感器包括光学传感头(11)、探头(5)、探头支撑￠)、光纤引出法兰(7)和光纤保护盒(9)； 所述手孔拔口将所述光纤引出法兰(7)固定在所述GIS罐体(I)上，所述光纤引出法兰(7)内外两侧分别安装高度可调的探头支撑￠)、所述探头支撑￠)固定的探头(5)、和粘接在所述探头(5)端面中心的光学传感头(11)以及所述光纤保护盒(10)。
3.如权利要求2所述的一种基于Pockels效应的光学VFTO测量系统,其特征在于: 一端连接所述光学传感头(11)的光纤(10)穿过探头(5)和探头支撑(6)经光纤引出法兰(7)引出至光纤保护盒(9)内，再经光纤保护盒(9)端部的法兰盘引出后另一端与信号采集处理器(8)连接。
4.如权利要求2所述的一种基于Pockels效应的光学VFTO测量系统,其特征在于: 所述GIS罐体(I)的手孔拔口端部外沿安装有端法兰(12)，所述光纤引出法兰(7)与所述端法兰(12)固定，所述光纤引出法兰(7)四周与所述端法兰(12)之间通过密封圈(14)进行气密；所述光纤引出法兰(7)的中心设有通孔(16)。
5.如权利要求4所述的一种基于Pockels效应的光学VFTO测量系统,其特征在于: 光纤(10)穿过所述光纤引出法兰(7)中心的通孔(16)，再穿过端法兰(12)与GIS罐体(I)内部连通；所述光纤(10)外部套有金属管(13)，所述光纤(10)与金属管(13)之间通过金属焊料焊接在一起，所述金属管(13)穿过光纤引出法兰(7)中心的通孔(16)将所述光纤(10)引入GIS罐体⑴内腔；所述通孔(16)与所述金属管(13)之间的空隙采用353ND双组份环氧树脂胶灌封固化。
6.如权利要求1所述的一种基于Pockels效应的光学VFTO测量系统，其特征在于: 所述GIS罐体(I)的内腔填充有SF6气体。
7.如权利要求3所述的一种基于Pockels效应的光学VFTO测量系统，其特征在于: 所述信号采集处理器(8)与示波器连接。
【文档编号】G01R19/25GK203929856SQ201420339782
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】邱进, 吴士普, 陈江波, 汪本进, 王玲, 毛安澜, 徐思恩, 陈晓明, 冯宇, 费烨, 李璿, 周翠娟, 朱丝丝, 黄琴 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院