CN109031391A - 一种闪烁体板荧光光纤复合传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体绝缘组合电器(GIS)局部放电检测领域，具体涉及一种闪烁体板荧光光纤复合传感器；包括：包括GIS盖板、荧光闪烁板、荧光光纤、光纤耦合器、普通光纤，所述荧光光纤接收局部放电产生的光信号，并用荧光闪烁板增强其输出信号，所述光线耦合器和普通光纤将光信号传输至信号接收端；其有益效果在于：本发明利用荧光闪烁板增强荧光光纤，组成复合结构的光纤传感器，安装于气体组合绝缘电器盖板上，测量局部放电信号，具有抗干扰能力强，输出信号强，传输损耗低等优点。

Description

一种闪烁体板荧光光纤复合传感器

技术领域

本发明涉及气体绝缘组合电器(GIS)局部放电检测领域，具体涉及一种闪烁体板荧光光纤复合传感器。

背景技术

气体绝缘组合电器(GIS)与敞开式输电设备相比具有占地面积小、受外界干扰小、运行安全稳定、利于环境保护、检修周期长、维护工作量小等优点，近年来逐渐替代了传统敞开式变电站。然而GIS设备在制造、运输等过程中，不可避免的会存在绝缘缺陷。在高压、过热等条件下，这些绝缘缺陷处就会产生局部放电，造成六氟化硫分解，引起绝缘劣化。如果不及时停电检修，任由缺陷发展发生击穿、爆炸等重大事故，甚至可能波及整个变电站。

要在设备局部放电阶段及时发现缺陷并维修，就需要实现GIS的在线监测。目前，局部放电的在线监测技术主要有脉冲电流法、气相色谱法、超高频法、超声检测法和光测法。其中，光学检测法通过检测电力设备内部的发光现象判断设备是否发生了局部放电。GIS设备发生局部放电时，各种电离、激发和复合均伴随有光的辐射，发光是局部放电的一个特征。相比目前常用的特高频和超声波检测方法，光学检测法有一些明显的优势：1)不受电磁环境干扰、设备振动类干扰的影响，具有优良的抗干扰性能由于设备是全封闭的结构；2)在GIS 设备内部不存在外部干扰光源，能进一步提高光学检测结果的有效性其中光测法抗电磁干扰能力强，绝缘性能好。

目前，GIS中常用单根荧光光纤作为传感器接受局部放电产生的光辐射信号，一般以螺旋状盘绕在GIS的盖板表面。然而，单根荧光光纤由于接受光辐射的面积有限，对于离传感器较远的局部放电信号或一些微弱的局放信号不敏感。为了克服这个缺点，一些专利如专利号CNIO7045095A，提出了一种荧光光纤复合特高频的方法，将荧光光纤抗干扰能力强和特高频检测范围宽的优点相结合。但是，实际使用时需要同时分析光信号和特高频信号，为后期故障诊断增加了难度。

发明内容

为了克服荧光光纤输出信号弱的缺点，本发明提出了一种闪烁体板荧光光纤复合传感器，利用荧光闪烁板增强荧光光纤，组成复合结构的光纤传感器，安装于气体组合绝缘电器盖板上，测量局部放电信号。

一种闪烁体板荧光光纤复合传感器，其特征在于：包括GIS盖板1、荧光闪烁板2、荧光光纤3、光纤耦合器4、普通光纤5，所述荧光光纤3接收局部放电产生的光信号，并用荧光闪烁板2增强其输出信号，所述光线耦合器4和普通光纤5将光信号传输至信号接收端。

所述荧光闪烁板2通过透明丙烯酸醋聚合物胶紧贴于GIS盖板1内部。

所述荧光闪烁板2内掺杂了对微弱光线敏感的稀土元素，且形状为正方形。

所述荧光光纤3为石英光纤，设置有若干个，若干荧光光纤3均匀分布在荧光闪烁板2表面，且荧光光纤3均竖直不弯曲。

所述光线耦合器4一一对应安装于若干荧光光纤3的一侧，输入端和输出端分别连接有荧光光纤3和普通光纤5。

所述普通光纤5为塑料光纤，外表面包裹有护套，普通光纤经GIS盖板1 上设有的通孔6引出，接入光电探测器。

所述通孔6引出普通光纤5后密封。

局部放电产生的光信号同时入射到闪烁体板和荧光光纤，光子同时激发光纤和闪烁体板荧光分子发光，闪烁体板产生的泵浦光进一步激发光纤中的荧光分子发光，增大荧光光纤的输出信号。荧光光纤的末端经光纤耦合器连接到普通光纤。由普通光纤进行耦合并将光信号传输给光电探测器，光电探测器再将荧光光信号转换成电流信号，最后将电流信号转换为电压信号，并通过同轴电缆传输到数字示波器进行信号的显示、采集、处理与存储等。

本发明的有益效果为：1)GIS内部没有光源干扰，采用光测法具有较高的抗干扰能力；

2)利用闪烁体板增强了荧光光纤的输出信号，增加了测量结果的精度和灵敏度；

3)信号传输采用普通光纤，避免了荧光光纤传输损耗高的缺点；

4)采用多根荧光光纤并联采集信号的方式，避免了盘绕安装时，光纤弯曲破坏全反射条件导致的光信号减弱。

附图说明

图1为本发明安装示意图俯视图；

图2为本发明安装示意图截面图；

图3为本发明信号传输原理图；

图4为使用本发明的系统结构图；

图中主要部件标号：GIS盖板1、荧光闪烁板2、荧光光纤3、光线耦合器4、普通光纤5、通孔6。

具体实施方式

实施例1

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

图1是本实施例的结构俯视图。如图所示，一种闪烁体板荧光光纤复合传感器包含：GIS盖板1、荧光闪烁体板2、荧光光纤3、光线耦合器4、普通光纤 5。

闪烁体板2是一块掺杂了对微弱光线十分敏感的稀土元素的荧光闪烁体板，安装在GIS盖板1内表面，即靠近SF6气体测，荧光闪烁体板2与GIS盖板1 紧贴在一起，不留缝隙。在所述盖板和闪烁体板接触面还可选地覆盖透明丙烯酸醋聚合物胶,用于固定所述闪烁体板。

所述荧光光纤3均匀分布在闪烁体板2表面，本实施例中共5根荧光光纤，荧光光纤3主体为采用塑料光纤，并用聚甲基丙烯酸甲脂、聚苯乙烯分别作为荧光光纤3的包层和纤芯材料。

从荧光光纤3感应光信号到光电探测器进行光电转换，荧光光信号需要经一定距离传输，为了提高检测系统的灵敏度，采用普通光纤5作为传输荧光信号的媒介作为光信号传输单元，所述普通光纤5为采用聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂的普通塑料光纤。

同时，由于塑料光纤透光率高，为了解决传输光纤受自然光干扰问题，在所述普通光纤5外面包裹一个护套。

所述荧光光纤3一端装有光纤耦合器4，耦合器4将荧光光纤3和普通光纤 5连接起来，荧光光纤3接收到光信号以后传输到普通光纤5中，在普通光纤5 中汇成一束。

所述GIS盖板1上靠近耦合器的地方开一个通孔6，如图1所示，所述普通光纤汇成一束的普通光纤经通孔6引出。通孔6引出普通光纤5后密封，防止光线进入至GIS内。

普通光纤引出GIS后，通过光纤适配器转接到光电倍增管，如图3所示。所述光电倍增管将光信号转化为电流信号。所述光电倍增管的光阴极在光子作用下发射电子，这些电子被外电场(或磁场)加速，聚焦于第一次极。这些冲击次极的电子能使次极释放更多的电子，它们再被聚焦在第二次极。这样，一般经十次以上倍增，放大倍数可达到10⁸～10¹⁰。最后，在高电位的阳极收集到放大了的光电流。输出电流和入射光子数成正比。整个过程时间约10^-8秒。

下面介绍所述实施例的信号传递过程。

当GIS内部存在绝缘缺陷时，在其故障部位或尖端会产生电晕放电，引起发光。一方面，局部放电产生的光信号直接入射到多跟荧光光纤上，光纤中荧光分子都将受激发成为荧光的发射中心，满足纤芯包层界面全反射条件的光，将会沿着荧光光纤传播。另一方面，光子同时激发闪烁体板荧光分子发光，闪烁体板产生的泵浦光进一步激发光纤中的荧光分子发光，满足全反射条件的光数量增大，输出信号增强。

光信号沿着荧光光纤的末端经光纤耦合器进入到普通光纤。由普通光纤将光信号传输给光电倍增管，光电倍增管再将光信号转换成电流信号，最后将电流信号转换为电压信号，并通过同轴电缆传输到数字示波器进行信号的显示、采集、处理与存储等。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种闪烁体板荧光光纤复合传感器，其特征在于：包括GIS盖板、荧光闪烁板、荧光光纤、光纤耦合器、普通光纤，所述荧光光纤接收局部放电产生的光信号，并用荧光闪烁板增强其输出信号，所述光线耦合器和普通光纤将光信号传输至信号接收端。

2.根据权利要求1所述的一种闪烁体板荧光光纤复合传感器，其特征在于：所述荧光闪烁板通过透明丙烯酸醋聚合物胶紧贴于GIS盖板内部。

3.根据权利要求1所述的一种闪烁体板荧光光纤复合传感器，其特征在于：所述荧光闪烁板内掺杂了对微弱光线敏感的稀土元素，且形状为正方形。

4.根据权利要求1所述的一种闪烁体板荧光光纤复合传感器，其特征在于：所述荧光光纤为石英光纤，设置有若干个，若干荧光光纤均匀分布在荧光闪烁板表面，且荧光光纤均竖直不弯曲。

5.根据权利要求1和4所述的一种闪烁体板荧光光纤复合传感器，其特征在于：所述光线耦合器一一对应安装于若干荧光光纤的一侧，输入端和输出端分别连接有荧光光纤和普通光纤。

6.根据权利要求1所述的一种闪烁体板荧光光纤复合传感器，其特征在于：所述普通光纤为塑料光纤，外表面包裹有护套，普通光纤经GIS盖板上设有的通孔引出，接入光电探测器。

7.根据权利要求6所述的一种闪烁体板荧光光纤复合传感器，其特征在于：所述通孔引出普通光纤后密封。