CN101662137A

CN101662137A - 电弧光的检测方法及其检测装置

Info

Publication number: CN101662137A
Application number: CN200910308380A
Authority: CN
Inventors: 严跃
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2010-03-03

Abstract

本发明提出了一种电弧光的检测方法及其检测装置。该检测方法为光波长切换法，它是将所接收到的电弧光中的紫外光切换成可见光，经光学纤维传输，由光电转换器转换成电信号，该电信号可用于切断电力系统电流的信号源。其相应的检测装置主要由光学滤波器、光波长转换材料、可见光带通滤波器、光学纤维、光电转换器组成，光学纤维或设置在光波长转换材料与可见光带通滤波器之间，或设置在可见光带通滤波器与光电转换器之间，其中光学滤波器、光波长转换材料、可见光带通滤波器或为分体式或为组合体结构。本发明可准确判断电力系统故障电弧光的发生，并迅速切断故障系统的电流、缩短电弧光的过程延续时间，最大限度减小电弧光造成的设备损坏和人员伤亡。

Description

电弧光的检测方法及其检测装置

技术领域

本发明涉及电力系统中设备发生故障时所产生的电弧光的探测技术，特别涉及电弧光的检测方法及其检测装置。

背景技术

电力系统一旦发生故障，往往会伴随巨大的电弧光。电弧光发生时产生的巨大光能量辐射和温度能量辐射，不仅对电力系统的设备有着很大的破坏作用，而且还会造成操作人员的伤亡事故，因而极具危害性。电弧光的危害程度取决于电弧光持续的时间，因而快速、及时地限制或切断系统电流，是降低电弧光所造成损失的关键之举。为此，业内人员采用了多种方法及相应装置以减小电弧光的危害。例如：通过限流反应器来限制系统最大电流或通过熔断器切断弧光产生时、所形成的巨大峰值电流，但是限流器和熔断器均不能认定巨大峰值电流就是电弧光所产生，容易造成故障处理的判断误差，而且限流反应器在电路中本身就是一个阻抗，足以使电路产生电压降；另外，熔断器还存在着响应时间的快慢问题。又例如，在电力的中、低压母线系统中，采用变压器的后备过流保护等方法，又均因动作时间过长，不能起到有效的保护作用，而且高阻抗母线差动保护范围还受电流互感器安装位置的限制，其接线复杂，电流互感器要求高，总体造价又较昂贵。近些年来，欧美的ABB公司和VAMP公司推出的光纤弧光传感器倍受关注。该光纤弧光传感器探头包括点式的传感器探头、光带传感器探头两种。光带式弧光传感器探头比点式光纤传感器探头具有更大的弧光接收面积，并可组成回路式探测系统，完成自我检测整个探测系统的状态。但无论那种光纤弧光传感器均是采用塑料多模光纤，该光纤对于紫外光的衰减非常大，故而所探测到的都是可见光。其它干扰光中如荧光灯、氙灯、闪光灯、手电筒和太阳光等发出的可见光也有可能被电弧光探头接收到，虽然有些干扰光中含有紫外光成分，但闪电、氙灯、闪光灯一般都不会直接照射到探头上，只会通过其他的物体反射到探头上，而物体的表面对紫外光有很大的吸收作用，所以能反射到探头中的光主要还是可见光而非紫外光，因而上述的光纤传感器并不能分辨出所接受到的光是电弧光还是干扰光。清华大学魏念荣等人曾提出使用荧光光纤检测局部放电信号的方法，该方法是利用荧光光纤的频移特征，使进入光电转换器的光谱范围更好地与光电转换器的波长响应匹配，可以提高探测器的光电效率但是无法有效的消除各种干扰光的影响。到目前为止，国内外现行的电弧光探测系统，尚不能有效的分辨出那些光是电弧光，那些光是干扰光，因此有可能使系统保护出现误操作。大型电力系统设备中保护系统的误操作所造成的损失同样是不可估量的。

发明内容

本发明提出了一种电弧光的检测方法及其检测装置，目的在于通过利用光学滤波器、光波长转换材料以及可见光带通滤波器与光纤组合，实施光学波长切换，并以相应的装置来克服干扰光的影响，以准确可靠的检测到电力系统产生的电弧光，予以快速切断系统电源。

本发明的技术解决方案

本发明基于：电弧光所产生的高强度光辐射光谱中的紫外光成分远远超过可见光成分，探测电弧光中的紫外光成分便可准确的确定电弧光的产生，但是光学纤维特别是塑料光学纤维，对于紫外光有非常大的传输损耗，如果将紫外光切换成可见光，则更有利于光纤的长距离传输，同时排除其它干扰光的影响。

(一)本发明方法为光波长切换法，它是将所接收到的电弧光中的紫外光切换成可见光，经光学纤维传输，由光电转换器转换成切断电力系统电流的电信号。

该方法的具体步骤是：

光学滤波器接收电弧光，并过滤掉的电弧光中的可见光部分；

电弧光中的紫外光通过光波长转换材料转换成可见光；

上述可见光，通过可见光带通滤波器；

采用光学纤维传输光信号；

将可见光通过光电转换器转换成电信号；

将转换成的电信号输入断路器控制系统，启动切断电力系统电流；

其中：光学纤维传输光信号，其位置或是在光波长转换材料之后；或是在可见光带通滤波器之后。

(二)本发明装置：

本发明装置与现有技术相同的是，包括有光学纤维、光电转换器，且光电转换器连接断路器控制系统。本发明装置的特征是它还包括光学滤波器、光波长转换材料、可见光带通滤波器。其中，光学滤波器过滤掉电弧光光中的可见光；光学滤波器连接光波长转换材料；光学纤维或设置在光波长转换材料与可见光带通滤波器之间，或设置在带通滤波器与光电转换器之间。所述的光学滤波器为紫外光带通滤波器；所述的光波长转换材料或为荧光粉、或为荧光晶体、或为荧光染料、或为有机荧光材料等。

本发明的有益效果：

本发明设置有光学滤波器(即紫外光带通滤波器)，滤掉了电弧光中的可见光成分，所能通过的紫外光，又经过光波长转换材料切换成可见光，该可见光经可见光带通滤波器，再传输给光电转换器。断路器系统利用光电转换器提供的信号可准确判断电力系统故障电弧光的发生，并迅速切断故障系统的电流、缩短电弧光的持续时间，最大程度减小电弧光造成的设备损坏和人员伤亡。

附图说明

附图1为本发明实施例一的结构示意图；

附图2为本发明实施例二的结构示意图；

附图3为本发明实施例三的结构示意图；

附图4为本发明实施例四的结构示意图；

附图5为本发明实施例五的结构示意图；

具体实施方式

实施例一，

如图1所示，电力系统故障时所发出的电弧光或干扰光源1，由光学滤波器(紫外光带通滤波器)2过滤掉弧光或干扰光中的可见光，而只让紫外光透过；取光波长转换材料3将透过光学滤波器2的紫外光转换成为可见光；该可见光由光学纤维4作远、近距离的传输；再通过可见光带通滤波器5，光电转换器6将光信号转换成电信号作为断路器控制系统的信号源。图中所标注的2、3、4、5、6为顺序连接。

实施例二，

如图2所示，本实施例图标意义与实施例一相同，其实施方法与部件连接方式存在不同之处，两者的区别仅在于可见光带通滤波器5移动设置在光波长转换材料3之后，并且还可将标注2、3和5的部件制作成一个整体件。

实施例三，

如图3所示，本实施例图标意义与实施例一相同，其实施方法与部件连接方式存在相同之处，两者的区别仅在于光学滤波器2与光波长转换材料3的连接方式有所改变，本实施例将光学滤波器2设置在光波长转换材料的外围，光波长转换材料与光纤的接收端连接，这样可简化探头的机械结构，光波长转换材料的散射功能还可以增加探头的接收角。

实施例四，

如图4所示，本实施例图标意义与以上实施例相同，其实施方法与部件连接方式也都存在相同之处，本实施例与实施例二的区别仅在于光学滤波器2、光波长转换材料3、可见带通光滤波器5的连接方式有所改变。本实施例是将光学滤波器2设置在光波长转换材料的外围，可见光带通滤波器5设置在光波长转换材料的内围，并与光学纤维的接收端连接。本实施例与实施例三一样，不仅可简化探头的机械结构，而且光波长转换材料的散射功能还可以增加探头的接收角。

实施例五：

如图5所示，本实施例图标1、2、3、4、5、6意义与以上实施例相同，只是装置中增加了光源7和侧发光光纤8。其中侧发光光纤8由内向外包围着光波长转换材料3、光学滤波器2；侧发光光纤8两端中的一端依次连接光学纤维4、可见光带通滤波器5、光电转换器6；另一端通过另一根光纤4连接自身光源7(自身光源7为能被电路调控的电光源，如：发光二极管、激光二极管、白炽灯http://baike.baidu.com/view/23342.htm光源等可控光源)。本实施例将标注8、3和2的部件组合成一个探头结构，侧发光光纤8直接通过光纤的侧表面来接收透过光学滤波器2、和经过光波长转换材料转换过的可见光，光纤4再将光信号通过可见光带通滤波器传给光电转换器6。另一根光纤4与自身光源7连接，本装置各部件所组成的回路还可以用来进行探测系统状态的自我检测。

综上，本发明克服了现有光纤传感器的不足之处，达到了预期的发明目的。

Claims

1.一种电弧光的检测方法，其特征在于：该方法为光波长切换法，它是将所接收到的电弧光中的可见光滤掉，再将紫外光变换成可见光，经光学纤维传输，由光电转换器转换成切断电力系统电流的电信号。

2.根据权利要求1所述的一种电弧光的检测方法，其特征在于：该方法的步骤是：

(1)光学滤波器接收电弧光，并过滤掉的电弧光中的可见光部分；

(2)电弧光中的紫外光通过光波长转换材料转换成可见光；

(3)上述可见光，通过可见光带通滤波器；

(4)采用光学纤维传输光信号；

(5)将可见光通过光电转换器转换成电信号；

(6)将转换成的电信号输入断路器控制系统，启动切断电力系统电流；

其中：光学纤维传输光信号，其位置或是在光波长转换材料之后；或是在可见光的带通滤波器之后。

3.一种电弧光的检测装置，包括光学纤维、光电转换器，且光电转换器连接断路器，其特征在于：它包括光学滤波器、光波长转换材料、可见光带通滤波器，所述的光学滤波器连接光波长转换材料；光学纤维或设置在光波长转换材料与可见光带通滤波器之间，再连接光电转换器；或设置在可见光带通滤波器与光电转换器之间，可见光带通滤波器连接在光波长转换材料之后。

4.根据权利要求3所述的一种电弧光的检测装置，其特征在于：所述的光学滤波器、光波长转换材料、可见光带通滤波器作顺序连接时，光学滤波器、光波长转换材料、可见光带通滤波器制作为一个整体件。

5.根据权利要求3所述的一种电弧光的检测装置，其特征在于：所述的光学滤波器、光波长转换材料、光学纤维、可见光带通滤波器、光电转换器为顺序连接时，光学滤波器设置在光波长转换材料的外围，光波长转换材料连接于光学纤维的接收端。

6.根据权利要求3所述的一种电弧光的检测装置，其特征在于：所述的光学滤波器、光波长转换材料、可见光带通滤波器、光学纤维、光电转换器为顺序连接时，光学滤波器2设置在光波长转换材料的外围，可见光滤波器设置在光波长转换材料的内围，并连接于光学纤维的接收端。

7.一种电弧光的检测装置，包括光学纤维、光电转换器，且光电转换器连接断路器，其特征在于：它还包括光学滤波器、光波长转换材料、可见光带通滤波器、自身光源和侧发光光纤，侧发光光纤两端中的一端依次连接光学纤维、可见光滤波器、光电转换器；另一端通过另一根光学纤维连接自身光源；侧发光光纤由内向外包围着光波长转换材料、光学滤波器。侧发光光纤的一端依次连接光学纤维、可见光带通滤波器、光电转换器；另一端通过另一根光学纤维连接自身光源。

8.根据权利要求7所述的一种电弧光的检测装置，其特征在于：所述的自身光源为电光源。

9.根据权利要求3或7所述的一种电弧光的检测装置，其特征在于：所述的光学滤波器为紫外光带通滤波器；所述的光波长转换材料或为荧光粉、或为荧光晶体、或为荧光染料、或为有机荧光材料。