CN102589689B - 具有自检验功能的光纤电弧光检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自检验功能的光纤电弧光检测装置，包括弧光探头、光纤和光电转换单元，所述弧光探头通过光纤和光电转换器连接，其中，所述弧光探头的光学窗口端与光纤之间设置有荧光材料；本发明还公开了一种基于所述具有自检验功能的光纤电弧光检测装置的光纤电弧光检测方法。本发明所设计的具有自检验功能的光纤电弧光检测装置及其检测方法能够克服传统的点式光纤弧光传感器在传感器自身故障的情况下可能产生的信号丢失和误操作。

Description

具有自检验功能的光纤电弧光检测装置及其检测方法

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检测装置及其探测技术，特别是一种具有自我诊断能力的电弧光检测装置及其检测技术。

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、低压母线系统中有采用电流互感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、VAMP公司和澳大利亚瑞胜公司推出的光纤弧光传感器倍受关注。其中VAMP公司和澳大利亚瑞胜公司都使用点式光纤探头，只有ABB公司使用点式光纤探头和光带探头。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范围面积，并可组成回路完成整个探测系统状态的自我检测。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。作为一个电力系统非常重要的保护系统，弧光探测器不仅要在弧光出现时具有快速探测功能，也要具有自身工作状态的诊断功能，这样才能保证弧光探测的可靠性。到目前为止，除了ABB的光带探头外，现行的点式电弧光探测系统都不具备探测系统自我诊断能力，当弧光探头或光纤传导系统发生故障时不仅不能迅速有效提供报警，还有可能出现由自身光路系统故障产生的错误判断信号，使系统保护出现误操作。对于大型电力系统设备中保护装置的误操作所造成的损失也是不可估量的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有自检验功能的光纤电弧光检测装置及其检测方法，能够克服传统的点式光纤弧光传感器在传感器自身故障的情况下可能产生的信号丢失和误操作。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种具有自检验功能的光纤电弧光检测装置，包括弧光探头、光纤和光电转换单元，所述弧光探头通过光纤和光电转换器连接，其中：

所述弧光探头的光学窗口端与光纤之间设置有荧光材料。

作为本发明的一种优化结构：所述光电转换单元包括光学分束器、光学耦合系统、自检触发光源驱动电路、光电转换电路、同步电路与信号处理和输出电路，所述光学分束器上设置有自检触发光源和光探测器，所述自检触发光源通过自检触发光源驱动电路与同步电路连接，所述光探测器与光电转换电路连接，所述光电转换电路分别于同步电路和信号处理和输出电路连接，所述光电转换单元通过光学分束器与光纤连接。

作为本发明的一种优化结构：所述光纤的材质为塑料、石英或玻璃。

本发明还设计了一种具有自检验功能的光纤电弧光检测装置的检测方法，其中：

该方法是基于所述具有自检验功能的光纤电弧光检测装置而实现的，包括如下具体步骤：

步骤（1）：在工作过程中，所述光电转换单元发出自检触发光信号，并通过光纤将所述自检触发光信号传输到光纤弧光探头，所述荧光材料在自检触发光信号的激励下产生荧光自检反馈信号；

步骤（2）：当出现弧光时，所述弧光通过弧光探头的光学窗口照射到荧光材料上，弧光中与荧光材料激发波长相吻合的光能量被荧光材料转换为弧光信号导入光纤中；弧光中与荧光材料激发波长不相吻合的光能量被荧光材料散射，部分散射光能量也进入光纤中作为弧光信号，然后通过光纤传输给光电转换电路；

步骤（3）：所述光电转换单元通过步骤（1）中的荧光自检反馈信号判读检测装置的状态信息，并通过步骤（2）中的弧光信号判读弧光的信息。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明所设计的具有自检验功能的光纤电弧光检测装置在光学窗口设置有半透明的荧光材料，在光电转换单元有荧光激发光源，在不影响弧光探测的基础上，本发明可以实现弧光传感系统的实时自我监测；

2.本发明所设计的具有自检验功能的光纤电弧光检测装置当弧光探头或光纤传导系统发生故障时能迅速有效提供报警，克服由自身光路系统故障产生的保护系统误操作；

3.本发明所设计的具有自检验功能的光纤电弧光检测装置及其检测方法能够避免弧光漏测现象的发生，大大降低系统维护的难度，提高系统的工作可靠性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的光电转换单元的结构示意图。

1-弧光探头，2-光学窗口端，3-光纤，4-荧光材料，5-光电转换单元，6-光学分束器、7-光探测器，8-自检触发光源。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，本发明设计了一种具有自检验功能的光纤电弧光检测装置，包括弧光探头、光纤和光电转换单元，其中：所述弧光探头的光学窗口端与光纤之间设置有荧光材料，荧光材料不仅提供光纤传感系统的工作状态信息，同时也参与弧光的探测。

如图2所示，本发明中的光电转换单元包括自检触发光源驱动电路，目的是为了检测弧光探头的完好状态。

在实施例中，所述自检触发光源驱动电路由发光二极管和恒流源电路组成，那么在具体的操作中，在没有弧光的时间，发光二极管由恒流源电路控制其发光的强度，从而得到一个适当的自检测信号；

安装在光纤弧光探头窗口端的荧光材料在通过光纤传过来的自检触发光信号的激励下产生荧光自检反馈信号，自检反馈信号再由光纤传回给光电转换单元，这样，就通过自检触发信号和自检反馈信号形成自检回路；

光电转换单元内的光学分束器将自检反馈信号耦合到光探测器上，光探测器对自检反馈信号进行光电转换，在具体的实施例中，所述的光探测器由光电管和电导放大器组成。电导放大器将光电管的电流信号放大成电压信号，它具有两个功能：一个是在有弧光时放大检测到的弧光信号，另一个是在没有弧光的时间放大自检测信号；

由于自检反馈信号携带着传感系统的工作状态信息，所以在具体实施例中，所述的信号处理和输出电路含有微处理器，反馈信号可以由信号处理和输出电路进行处理和判读传感系统的状态信息，采用微处理器的主要优点是便于更新和改进信号处理算法，使得本发明的电子电路工作于最佳状态。

当弧光出现的时候，所述弧光通过弧光探头的光学窗口端照射到荧光材料上，弧光中与荧光激发波长相吻合的光能量被荧光材料转换为弧光信号导入光纤中；弧光中与荧光激发波长不相吻合的光能量被荧光材料散射，部分散射光能量也进入光纤中作为弧光信号，然后通过光纤传输给光电转换电路；

当弧光和自检触发光同时出现的时候，由于弧光中的紫外光成分和与自检触发光信号会同时激发荧光材料，使荧光材料发出更强的荧光信号，从而使光探测器得到的信号更强，由于荧光自检反馈信号是被调制的光信号，所以其特征有别于弧光信号的特征，而且荧光材料的荧光余辉时间有一定的长度，光电转换单元可以在激发光源截止后接收荧光余辉信号，并采用微处理器来处理和判读传感系统的状态信息。

由于弧光信号在强度上和自检触发光信号相比要大的很多，即使在激发光源没有截止，即自检触发信号存在的情况下光电转换单元中也可以准确地探测出弧光信号。

为了达到更好的传输效果，所述光纤的材质为塑料、石英或玻璃。

Claims (1)

1.一种具有自检验功能的光纤电弧光检测装置，包括弧光探头、光纤和光电转换单元，所述弧光探头通过光纤和光电转换器连接，所述弧光探头的光学窗口端与光纤之间设置有荧光材料，其特征在于：所述光电转换单元包括光学分束器、光学耦合系统、自检触发光源驱动电路、光电转换电路、同步电路与信号处理和输出电路，所述光学分束器上设置有自检触发光源和光探测器，所述自检触发光源通过自检触发光源驱动电路与同步电路连接，所述光探测器与光电转换电路连接，所述光电转换电路分别于同步电路和信号处理和输出电路连接，所述光电转换单元通过光学分束器与光纤连接。