本发明涉及gis局部放电检测领域，尤其是涉及一种内置式gis用局部放电特高频与光脉冲联合检测系统及方法。
背景技术
局部放电的测量是以局部放电所产生的各种现象为依据，通过能表述该现象的物理量来表征局部放电的状态。局部放电的过程除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外，还会产生电磁辐射、超声波、发光、发热以及出现新的生成物等。因此与这些现象相对应，局部放电的检测方法可分为电气测量法和非电测量法两大类。非电测量法主要包括超声波检测法、光测法、红外检测法、化学检测法等。这些方法的优点是测量中不受电气的干扰，抗干扰能力强。
光测法是通过检测局部放电产生的光辐射作为测量依据的。通过局放光脉冲本身或光电转换后，可以进行局部放电光谱分析、局放光脉冲检测(单个和序列)、局放定位、电气绝缘老化机理以及局放电磁波传播特性等各种研究，从而以不同角度深入对局部放电机理的理解。gis内置式特高频局部放电监测在灵敏度、抗干扰等方面具有很大优势，但仅存单一性质信号源的判据往往使得检测人员或运行人员对是否存在局部放电存在较大疑惑，不敢轻易下结论。如果将局部放电光传感器同样设计成内置式，在封闭的gis壳体内，将大大降低外包可见光等信号干扰和识别问题。目前，特高频、光脉冲信号局部放电检测的方法和技术已在在线监测、带电检测中广泛使用，但均是两套系统，或者两个独立的传感器，联合使用时效率低、信号分析时需人为介入判断。
经过检索，中国专利公开号为cn206920549u公开了一种特高频传感器，包括金属屏蔽罩、基板、天线、同轴馈线和信号输出接头，所述基板位于金属屏蔽罩内部的底部，所述天线位于基板上，所述信号输出接头位于金属屏蔽罩的顶部，所述信号输出接头通过同轴馈线与所述天线连接。该特高频传感器具有体积小、安装使用方便、抗干扰能力强的优点，解决了现有技术存在的性能指标差、灵敏度低的不足，使用效果好，制作简便，利于推广使用。所述特高频传感器对于有效获取特高频信号、排除干扰信号、扩大特高频法在gis局部放电检测中应用具有重要意义。但该实用新型的传感器只能检测局部放电产生电磁波信号，与光脉冲信号检测传感器独立使用，不能够相互佐证信号源。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种内置式gis用局部放电特高频与光脉冲联合检测系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种内置式gis用局部放电特高频与光脉冲联合检测系统，该系统包括被监测对象gis、特高频和光脉冲一体化传感器、单模光纤、同轴电缆、滤波和放大器装置、光电转换和放大器装置、双通道数据采集和存储装置、控制与显示装置、以及打印装置，所述的特高频和光脉冲一体化传感器在被监测对象gis外壳上进行内置式安装布置，所述的滤波和放大器装置、光电转换和放大器装置分别与双通道数据采集和存储装置连接，所述的双通道数据采集和存储装置、控制与显示装置、打印装置依次连接；
所述的特高频和光脉冲一体化传感器通过同轴电缆连接滤波和放大器装置，组成测量被监测对象gis中局部放电产生电磁波信号的特高频传感检测回路；
所述的特高频和光脉冲一体化传感器通过单模光纤连接光电转换和放大器装置组成测量被监测对象gis中局部放电产生光脉冲信号的光脉冲传感检测回路；
将局部放电电磁波和光脉冲信号转成电压模拟信号后，均输入双通道数据采集和存储装置进行采集、存储和传输，所述的控制与显示装置对对gis局部放电特高频、光脉冲信号进行显示和分析；所述的打印装置连接控制与显示装置并对控制与显示装置的数据进行打印存档。
优选地，所述的特高频和光脉冲一体化传感器为具备同时测量特高频、光脉冲信号局部放电的一体化传感器。
优选地，所述的特高频和光脉冲一体化传感器包括环氧圆盘、光脉冲传感器、特高频传感器和金属管，所述的光脉冲传感器设于环氧圆盘表面，所述的特高频传感器设于环氧圆盘内部中心且平行于圆盘平面，所述的光脉冲传感器通过单模光纤连接光电转换和放大器装置，所述的特高频传感器通过同轴电缆连接滤波和放大器装置，所述的单模光纤和同轴电缆连接一体化传感器的一端封装于金属管内，所述的金属管的一端封装于环氧圆盘内。
优选地，所述的特高频传感器为双臂阿基米德平面螺旋天线，所述的双臂阿基米德平面螺旋天线为两个反向馈电的阿基米德螺旋线对称放置，所述的阿基米德螺旋线为印刷技术制造的金属螺线，所述的金属螺线的宽度等于两条金属螺线间的距离。
优选地，所述的光脉冲传感器包括多根荧光光纤、联结器、多根内部单模光纤和光导波耦合器，所述的多根荧光光纤均匀分布于环氧圆盘的表面，所述的多根荧光光纤通过联结器连接多根内部单模光纤，所述的多根内部单模光纤通过光导波耦合器连接1根外部单模光纤，该1根外部单模光纤将光脉冲信号输出至光电转换和放大器装置。
优选地，所述的多根荧光光纤为8根荧光光纤且均匀平行分布于环氧圆盘的表面，所述的多根内部单模光纤为8根单模光纤，所述的多根荧光光纤与多根内部单模光纤一一对应，所述的光导波耦合器为8×1光导波耦合器，所述的8×1光导波耦合器由7个y型2×1光波导耦合器组成。
优选地，所述的双通道数据采集方式可替换为多通道采集或或分布式采集方式。
优选地，所述的控制与显示装置的显示内容包括：单个脉冲波形、峰值-时间序列以及prpd谱图，所述的控制与显示装置的分析内容包括：信号趋势分析、模式识别。
优选地，所述的控制与显示装置通过数据线对滤波和放大器装置、光电转换和放大器装置和双通道数据采集和存储装置进行参数设置。
一种内置式gis用局部放电特高频与光脉冲联合检测系统的方法，包括以下步骤：
步骤1，将gis局部放电特高频、光脉冲信号测量模块封装成一体化内置式传感器；
步骤2，将一体化传感器在gis壳体上进行内置式安装布置；
步骤3，对gis局部放电特高频信号进行滤波与放大、光脉冲信号进行光电转换与放大处理；
步骤4，利用双通道数据采集装置对gis局部放电特高频、光脉冲信号进行同步采集、存储和传输；
步骤5，gis局部放电特高频、光脉冲信号显示和对比分析，打印结果。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供了一种能够同时测量gis中局部放电特高频、光脉冲信号的联合检测方法。
2、本发明提供了一种gis局部放电检测用特高频、光脉冲一体化内置式传感器。
3、本发明提供了一种新型的gis局部放电信号特高频、光脉冲内置式检测相互佐证(声-电联合)分析方法。
附图说明
图1为本发明的系统方框结构示意图。
图2为本发明的方法工作流程图。
图3为本发明的一体化传感器的结构剖视图。
图4为本发明的一体化传感器的特高频传感器的结构示意图。
图5为本发明的一体化传感器的光脉冲传感器的结构示意图。
图6为本发明的8×1光波导耦合器结构示意图。
图7为本发明实施例得到的放电脉冲示意图。
其中1为被监测对象gis，2为特高频和光脉冲一体化传感器，3为单模光纤，4为同轴电缆，5为滤波和放大器装置，6为光电转换和放大器装置，7为双通道数据采集和存储装置，8为控制与显示装置，9为打印装置，21为环氧圆盘，22为光脉冲传感器，23为特高频传感器，24为金属管，221为多根荧光光纤，222为联结器，223为多根内部单模光纤，224为光导波耦合器。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种内置式gis用局部放电特高频与光脉冲联合检测系统，该系统包括被监测对象gis1、特高频和光脉冲一体化传感器2、单模光纤3、同轴电缆4、滤波和放大器装置5、光电转换和放大器装置6、双通道数据采集和存储装置7、控制与显示装置8和打印装置9。
所述的特高频和光脉冲一体化传感器2为具备同时测量特高频、光脉冲信号局部放电的一体化传感器，所述的特高频和光脉冲一体化传感器2在被监测对象gis1外壳上进行内置式安装布置；所述的特高频和光脉冲一体化传感器2通过同轴电缆4连接滤波和放大器装置5组成测量被监测对象gis中局部放电产生电磁波信号的特高频传感检测回路；所述的特高频和光脉冲一体化传感器2通过单模光纤3连接光电转换和放大器装置6组成测量被监测对象gis中局部放电产生光信号的光脉冲传感检测回路；gis内部局部放电电磁波和光脉冲信号转成电压模拟信号均输入双通道数据采集和存储装置7进行采集、存储和传输，所述的控制与显示装置8通过数据线对滤波和放大器装置5、光电转换和放大器装置6和双通道数据采集和存储装置7进行参数设置，所述的控制与显示装置8对对gis局部放电特高频、光脉冲信号进行显示和分析；所述的打印装置9连接控制与显示装置8并对控制与显示装置8的数据进行打印存档。
如图3所示，所述的特高频和光脉冲一体化传感器2包括环氧圆盘21、光脉冲传感器22、特高频传感器23和金属管24，所述的光脉冲传感器22设于环氧圆盘21表面，所述的特高频传感器23设于环氧圆盘21内部中心且平行于圆盘平面，所述的光脉冲传感器22通过单模光纤3连接光电转换和放大器装置6，所述的特高频传感器23通过同轴电缆4连接滤波和放大器装置5，所述的单模光纤3和同轴电缆4连接一体化传感器2的一端封装于金属管24内，所述的金属管24的一端封装于环氧圆盘21内。
如图4所示，所述的特高频传感器23为双臂阿基米德平面螺旋天线，所述的双臂阿基米德平面螺旋天线为两个反向馈电的阿基米德螺旋线对称放置，所述的阿基米德螺旋线为印刷技术制造的金属螺线，所述的金属螺线的宽度等于两条金属螺线间的距离。
如图5所示，所述的光脉冲传感器22包括多根荧光光纤221、联结器222、多根内部单模光纤223和光导波耦合器224，所述的多根荧光光纤221均匀分布于环氧圆盘21的表面，所述的多根荧光光纤221通过联结器222连接多根内部单模光纤223，所述的多根内部单模光纤223通过光导波耦合器224连接1根单模光纤3，所述的1根单模光纤3将光脉冲信号输出至光电转换和放大器装置6。
所述的多根荧光光纤221为8根荧光光纤且均匀平行分布于环氧圆盘21的表面，所述的多根内部单模光纤223为8根单模光纤，所述的多根荧光光纤221与多根内部单模光纤223一一对应，所述的光导波耦合器224为8×1光导波耦合器，所述的8×1光导波耦合器由7个y型2×1光波导耦合器组成。
所述的双通道数据采集方式可替换为多通道采集或或分布式采集方式。
所述的控制与显示装置8的显示内容包括：单个脉冲波形、峰值-时间序列以及prpd谱图，所述的控制与显示装置8的分析内容包括：信号趋势分析、模式识别等。
如图2所示，一种内置式gis用局部放电特高频与光脉冲联合检测的方法，包括以下步骤：
步骤1，将gis局部放电特高频、光脉冲信号测量模块封装成一体化内置式传感器；
步骤2，将一体化传感器在gis壳体上进行内置式安装布置；
步骤3，对gis局部放电特高频信号进行滤波与放大、光脉冲信号进行光电转换与放大处理；
步骤4，利用双通道数据采集装置对gis局部放电特高频、光脉冲信号进行同步采集、存储和传输；
步骤5，gis局部放电特高频、光脉冲信号显示和对比分析，打印结果。
本发明的检测系统的工作原理：特高频和光脉冲传感器由环氧封装成一个圆盘结构，特高频传感器布置在圆盘中心，接收gis内部局部放电产生的电磁波信号；光脉冲传感器布置在圆盘表面，接收gis内部局部放电产生的光脉冲信号。
如图4所示，其中特高频传感器的原理：gis局部放电特高频信号传感器采用的是双臂阿基米德平面螺旋天线；阿基米德平面螺旋线的方程为
式中：r为曲线上任意一点到极坐标原点的距离；
如图5所示，其中光脉冲传感器的原理：
gis局部放电光脉冲检测使用8根在一体化传感器圆盘表面均匀平行分布的荧光光纤并联作为光探测器。
荧光光纤由于不受数值孔径的影响，整段都可以接受局部放电的光信号，因此安装较方便。8个单根荧光光纤由联结器与单模光纤相连后，通过8×1光导波耦合器由1根单模光纤输出，将光脉冲信号输出至光电转换和放大器装置。8×1耦合器如图6所示，由7个y型2×1光波导耦合器组成。本发明采用多根荧光光纤并联联结用于增强gis内部局部放电光脉冲信号探测灵敏度。
其中，检测方法涉及的传感器、数据采集等的参数分别如下定义：
(1)双臂阿基米德平面螺旋天线
圆盘半径：15cm；
输入阻抗：200ω；
有效带宽：300mhz～3000mhz。
(2)特高频信号采集
检测频带：300mhz～3000mhz；
检测通道：1ch；
滤波带宽：500mhz～1500mhz；
动态范围：-80～15dbm；
采样率：3gs/s；
(3)光脉冲模块
光谱频段：500-1000nm；
检测通道：1ch；
灵敏度：≤3db；
采样率：3gs/s；
(4)显示和分析
显示：单个脉冲波形、峰值-时间序列以及prpd谱图；
分析：信号趋势分析、模式识别等。
一种内置式gis用局部放电特高频与光脉冲联合检测方法及系统得到的局部放电特高频、光脉冲单个波形示例如图7所示。
本发明采用特高频传感器的双臂阿基米德平面螺旋天线其尺寸和电气性能参数可以变化。
本发明采用光脉冲传感器利用8根荧光光纤平行布置，也可以其他方式布置，根数也可以变化。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。