CN108226720B - 一种双通道电弧光探测单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双通道电弧光探测单元。包括单元结构主体、光源、半反半透镜、光探测器、聚焦透镜一、聚焦透镜二、光纤连接器一、光纤连接器二；其中光源、半反半透镜、光探测器、聚焦透镜一、聚焦透镜二、光纤连接器一、光纤连接器二都安装到单元结构主体上，共同组成一个紧凑的双通道探测单元结构。本探测单元在一个单元结构内实现双通道弧光检测，在多探头的弧光监测系统中，可减少器件的数量，降低成本并提高系统稳定性。单元同时带有自检功能，进一步提升了系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电力系统继电保护领域，特别涉及一种双通道电弧光探测单元。
背景技术
随着电力行业的快速发展，中低压厂用配电开关柜成为电力系统的供电枢纽，开关柜内的母线因其出线多，开关操作频繁，且运行条件恶劣等因素造成其故障几率较高。开关柜发生内部故障时是否能迅速切除故障，对配电系统的安全运行至关重要。当发生故障时，导体会产生强度较大的弧光。采用弧光保护系统，从弧光故障到跳闸时间可以做到小于4ms，有助于快速切除故障区域，使故障对人员和设备的伤害降到最低。
上世纪90年代ABB公司开始研发用于开关柜的弧光保护产品。除了ABB，同期国外开始研发弧光保护产品的开关柜生产厂家还有Siemens、Reyrolle、Schneider、Moeller等，其低压开关柜中均配套使用了电弧光保护系统。2008年，国内自主研发的第一套紫外光电弧光传感系统投入使用。近几年，随着使用的推广，弧光探测由单纯探测弧光的系统到带通道自检功能的弧光探测系统产生，电弧光系统的结构也越来越完善。但目前普遍使用的电弧光探测结构是单通道电弧光探测单元结构，一套单元只能用于一路探测光信号的接入。本发明公开一种双通道电弧光探测单元，此电弧光探测单元结构紧凑，在同一单元结构内，可实现同时接入两路弧光探测通道，并可实现同时对两路光通道的自检功能。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种双通道电弧光探测单元，单元结构紧凑，安装简便。此电弧光探测单元可实现利用一个探测单元同时连接两个弧光探头，进行双通道的弧光探测。此电弧光探测单元可实现双通道自检功能。在需多个弧光探测点的弧光保护系统中，利用此单元结构，可显著减少探测单元数量，提升系统稳定性。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种双通道电弧光探测单元，包括单元结构主体、光源、半反半透镜、光探测器、聚焦透镜一、聚焦透镜二、光纤连接器一、光纤连接器二。其中光源、半反半透镜、光探测器、聚焦透镜一、聚焦透镜二、光纤连接器一、光纤连接器二都安装到单元结构主体上，共同组成一个紧凑的双通道探测单元结构；
所述光源用于产生自检激励光；
所述光探测器连接至外部硬件电路，用于把光强信号转为电信号；
所述光纤连接器一、二分别通过光纤连接到对应的不同弧光探头，分别负责对应弧光探头的光路接续；
所述聚焦透镜一、二分别与光纤连接器一、二相配合形成光路，用于将各光纤连接器传输过来的光进行聚焦传递到半反半透镜。
进一步地，安装完成后主体内部为一封闭腔体，防止多余杂光信号的干扰；光纤连接器一、光纤连接器二、光探测器和光源的发光、传递光和接收光的结构部分均朝向封闭腔体内部。
进一步地，所述光纤连接器一和聚焦透镜一的中轴线和光探测器的轴线相重合；光源的中轴线和光纤连接器二及聚焦透镜二的中轴线重合；所述光纤连接器一的中轴线与光纤连接器二的中轴线相垂直；半反半透镜与聚焦透镜一的中轴线的角度为设定角度。
进一步地，所述设定角度取值范围为40～50度。
进一步地，所述设定角度为45度，在此设定下半反半透镜与聚焦透镜一和聚焦透镜一的中轴线的角度均为45度。
进一步地，所述的一种双通道电弧光探测单元双通道探测实现方式为：光纤连接器一、二分别连接到各对应的弧光探头，形成两个探测通道；光纤连接器一连接的弧光探头探测到电弧光时，探头产生的荧光通过光纤连接器一和聚焦透镜一传递到半反半透镜，部分光通过透射传递到光探测器，外部硬件电路通过光探测器探测到的光强判断是否有电弧光产生；光纤连接器二连接的弧光探头探测到电弧光时，探头产生的荧光通过光纤连接器二和聚焦透镜二传递到半反半透镜，部分光通过反射传递到光探测器，外部硬件电路通过光探测器探测到的光强判断是否有电弧光产生；光纤连接器一出射的荧光和光纤连接器二出射的荧光，可同时通过半反半透镜传递到光探测器，实现双通道的电弧光探测。
进一步地，所述的一种双通道电弧光探测单元双通道的自检的实现方式为：所述光源发出的激励光，传递到半反半透镜，通过半反半透镜进行分离，一部分光通过反射传递到光纤连接器一，另一部分光通过透射传递到光纤连接器二；光纤连接器一和光纤连接器二将接收到的光传递到各自连接的弧光探头，在弧光探头部位，激励光激励荧光物质产生荧光；荧光沿光纤回到光纤连接器输出出射，通过对应的聚焦透镜，传递到半反半透镜，光纤连接器一返回的荧光会有部分通过半反半透镜的透射传递到光探测器；光纤连接器二返回的荧光会有部分通过半反半透镜的反射传递到光探测器；当两条通道都返回荧光时，光探测器探测到一个量级的光强；当只有一路光纤返回荧光时，光探测器探测到一个量级的光强；当两路光纤都没有荧光返回出射时，光探测器探测到一个量级的光强；外部硬件电路通过光探测器探测到的光强不同，可判断双通道正常工作，一个通道故障和两个通道同时故障三种不同的工况，实现了双通道的自检功能。
采用上述方案后，本发明的有益效果是：电弧光探测单元可同时连接两路弧光探头，并可对两探测通道是否正常工作实现自检功能。该单元结构紧凑，安装方便，相比单通道探测单元，在多探头的弧光保护系统中，可大幅减少光纤连接器、光源、探测器等器件的使用量，节省成本。同时减少单元和器件的使用数量，可降低系统出故障的几率，提高系统的稳定性。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图；
图2是本发明的结构的一种组成剖面示意图；
图3是本发明的结构的一种拆分示意图；
图中：101-主体，102-光纤连接器一，103-聚焦透镜一，104-半反半透镜，105-聚焦透镜二，106-光纤连接器二，107-光探测器，108-光源。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种双通道电弧光探测单元，双通道电弧光探测单元包括主体101、光纤连接器一102、聚焦透镜一103、半反半透镜104、聚焦透镜二105、光纤连接器二106、光探测器107和光源108组成。其中光纤连接器一102、聚焦透镜一103、半反半透镜104、聚焦透镜二105、光纤连接器二106、光探测器107和光源108均安装到主体101上。安装完成后主体101内部可形成一封闭腔体，防止多余杂光信号的干扰。光纤连接器一102、光纤连接器二106、光探测器107和光源108的发光、传递光和接收光的结构部分均朝向封闭腔体内部。
通过本结构的设计，光源108的中轴线与聚焦透镜二105及光纤连接器二106的中轴线相重合。光探测器107与聚焦透镜一103及光纤连接器一102的中轴线相重合。光纤连接器一102与光纤连接器二106的中轴线垂直。半反半透镜与聚焦透镜一的中轴线的角度为设定角度取值范围为40～50度，本实施例中取45度，在此设定下半反半透镜104与两轴线形成的角度均为45°角。
在本单元结构中，光纤连接器一102连接的弧光探头探测到弧光产生时，弧光探头发出的荧光(弧光探头中有荧光材料，可以将外界的电弧光转变为荧光)通过光路传到光纤连接器一102，经过聚焦透镜一103，传递到半反半透镜104。部分荧光通过半反半透镜的透射传递到光探测器107。硬件电路通过光探测器107探测到的光强来判断是否有电弧光产生。
本单元结构中，光纤连接器二106接收对应弧光探头的荧光，经过聚焦透镜二105，传递到半反半透镜104。部分荧光通过半反半透镜的反射传递到光探测器107。硬件电路通过光探测器107探测到的光强来判断是否有电弧光产生。本单元在工作时，当系统产生弧光时，光纤连接器一102连接的弧光探头和光纤连接器二106连接的弧光探头，都产生荧光，通过两条光通道，都能传到光探测器107。系统即能判断弧光产生并进行后续保护动作。
本单元结构中，硬件电路驱动光源108发出激励光，射向半反半透镜104。通过半反半透镜104的作用，部分激励光通过反射传向光纤连接器一102，部分激励光通过透射传向光纤连接器二106。光纤连接器一102通过光纤将光传输至其连接的弧光探头，光纤连接器二106通过光纤将光传输至其连接的弧光探头。在弧光探头部位，激励光激励荧光物质产生荧光。荧光沿各光纤回到光纤连接器一102和光纤连接器二106后输出出射。光纤连接器一102的出射光经聚焦透镜103传递到半反半透镜104，再通过半反半透镜的透射到达探测器107。光纤连接器二106的出射光经聚焦透镜105传递到半反半透镜104，再通过半反半透镜的反射到达探测器107。，硬件电路驱动光源108发出激励光，当光纤连接器一102连接的弧光探头和光纤连接器二106连接的弧光探头都正常工作时，光探测器107能同时探测到两条光路传来的光，确定一个量级的光强。当其中一条光路发生故障时，光探测器107探测到一条光路传来的光，确定一个量级的光强。当两条光路通道都发生故障时，光探测器探测到一个量级的光强。硬件电路通过光探测器107探测到的不同量级的光强，即可判断双通道正常工作，单通道故障和双通道故障三种工况，实现双通道的自检。
Claims (6)
1.一种双通道电弧光探测单元，其特征在于，包括单元结构主体、光源、半反半透镜、光探测器、聚焦透镜一、聚焦透镜二、光纤连接器一、光纤连接器二；其中光源、半反半透镜、光探测器、聚焦透镜一、聚焦透镜二、光纤连接器一、光纤连接器二都安装到单元结构主体上，共同组成一个紧凑的双通道探测单元结构；
所述光源用于产生自检激励光；
所述光探测器连接至外部硬件电路，用于把光强信号转为电信号；
所述光纤连接器一、二分别通过光纤连接到对应的不同弧光探头，分别负责对应弧光探头的光路接续；
所述聚焦透镜一、二分别与光纤连接器一、二相配合形成光路，用于将各光纤连接器传输过来的光进行聚焦传递到半反半透镜；所述光纤连接器一和聚焦透镜一的中轴线和光探测器的轴线相重合；光源的中轴线和光纤连接器二及聚焦透镜二的中轴线重合；所述光纤连接器一的中轴线与光纤连接器二的中轴线相垂直；半反半透镜与聚焦透镜一的中轴线的角度为设定角度。
2.如权利要求1所述的一种双通道电弧光探测单元，其特征在于，安装完成后主体内部为一封闭腔体，防止多余杂光信号的干扰；光纤连接器一、光纤连接器二、光探测器和光源的发光、传递光和接收光的结构部分均朝向封闭腔体内部。
3.如权利要求2所述的一种双通道电弧光探测单元，其特征在于，所述设定角度取值范围为40～50度。
4.如权利要求3所述的一种双通道电弧光探测单元，其特征在于，所述设定角度为45度，在此设定下半反半透镜与聚焦透镜一和聚焦透镜一的中轴线的角度均为45度。
5.如权利要求1所述的一种双通道电弧光探测单元，其特征在于，双通道探测实现方式为：光纤连接器一、二分别连接到各对应的弧光探头，形成两个探测通道；光纤连接器一连接的弧光探头探测到电弧光时，探头产生的荧光通过光纤连接器一和聚焦透镜一传递到半反半透镜，部分光通过透射传递到光探测器，外部硬件电路通过光探测器探测到的光强判断是否有电弧光产生；光纤连接器二连接的弧光探头探测到电弧光时，探头产生的荧光通过光纤连接器二和聚焦透镜二传递到半反半透镜，部分光通过反射传递到光探测器，外部硬件电路通过光探测器探测到的光强判断是否有电弧光产生；光纤连接器一出射的荧光和光纤连接器二出射的荧光，可同时通过半反半透镜传递到光探测器，实现双通道的电弧光探测。
6.如权利要求1所述的一种双通道电弧光探测单元，其特征在于，双通道的自检的实现方式为：所述光源发出的激励光，传递到半反半透镜，通过半反半透镜进行分离，一部分光通过反射传递到光纤连接器一，另一部分光通过透射传递到光纤连接器二；光纤连接器一和光纤连接器二将接收到的光传递到各自连接的弧光探头，在弧光探头部位，激励光激励荧光物质产生荧光；荧光沿光纤回到光纤连接器输出出射，通过对应的聚焦透镜，传递到半反半透镜，光纤连接器一返回的荧光会有部分通过半反半透镜的透射传递到光探测器；光纤连接器二返回的荧光会有部分通过半反半透镜的反射传递到光探测器；当两条通道都返回荧光时，光探测器探测到一个量级的光强；当只有一路光纤返回荧光时，光探测器探测到一个量级的光强；当两路光纤都没有荧光返回出射时，光探测器探测到一个量级的光强；外部硬件电路通过光探测器探测到的光强不同，可判断双通道正常工作，一个通道故障和两个通道同时故障三种不同的工况，实现了双通道的自检功能。
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