CN109375132A - 一种充油式电流互感器故障检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种充油式电流互感器故障检测装置,包含可调谐半导体激光光源、环形器、滤波器、光电探测器、数据采集卡、控制模块和光纤布拉格光栅传感器阵列;光纤布拉格光栅传感器阵列固定在待检测充油式电流互感器的绝缘油箱的内壁上,包含玻璃底座、承载光纤和若干光纤布拉格光栅传感器。本发明通过测量光纤布拉格光栅传感器阵列中心反射波长的变化判断充油式电流互感器是否故障,具有免油气分离、传感损耗小、灵敏度高、检测速度快、安装便捷等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备故障检测技术领域,尤其涉及一种充油式电流互感器故障检测装置。
背景技术
电流互感器的作用是把数值较大的一次电流转换为数值较小的二次电流,用来进行保护及测量等用途,在电力系统中有广泛的应用。充油式电流互感器以绝缘纸和绝缘油作为绝缘,一般为户外型,目前我国在各种电压等级均常用到。充油式电流互感器的外绝缘即为绝缘油的容器,其上端经过阀门与储油柜连接,下端通过阀门与下油箱连接。
一般充油式电流互感器早期故障都是先出现微弱的局部放电或是低温热点现象。当出现局部放电时,主要产生气体为氢气,因为低能量故障易使得最弱的C-H键断裂,大部分氢离子重新化合成氢气,以悬浮状态或是溶解状态存在于绝缘油中。因此,可以通过监测充油式电流互感器绝缘油的油温以及油中氢气情况来反应早期故障情况。该技术对实现设备的早期故障诊断和不停电检修等安全生产要求都有很大的指导意义。光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)是一种使用较为广泛的光纤光栅传感器,其中心波长随着应力和温度的改变发生变化,通过检测中心波长偏移得到应力和温度变化情况,以此实现传感功能。
目前已经应用的检测方法存在如下一些问题:
(1)在线色谱检测系统法。该方法包括取出油样、油气分离、色谱分析等过程。存在着分析环节多、操作繁琐、试验周期长等缺点。由于需要使用净化空气、氮气等载气,增加了系统的复杂性和现场维护工作量。此外,油气分离环节可能混入其他气体成分,致使检测结果与绝缘油中实时监测有差异。
(2)基于各种物理化学传感原理的气体监测方法。包括燃料电池传感器、催化燃烧型传感器、热导检测传感器、氢离子火焰传感器、半导体传感器、钯栅场效应管传感器等。这些传感器在长期使用中性能会逐渐发生变化,需定期校准或更换,增加运行成本。
(3)基于光声光谱和红外光谱吸收原理的监测方法。这些方法检测结果准确,但是对光源、气室等要求较高,技术复杂且造价昂贵,限制大规模的应用,且上述方法均需气池,无法摆脱油气分离的环节。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷,提供一种充油式电流互感器故障检测装置。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种充油式电流互感器故障检测装置,包含可调谐半导体激光光源、环形器、滤波器、光电探测器、数据采集卡、控制模块和光纤布拉格光栅传感器阵列;
所述光纤布拉格光栅传感器阵列固定在待检测充油式电流互感器的绝缘油箱的内壁上,包含玻璃底座、承载光纤和若干光纤布拉格光栅传感器,其中,所述玻璃底座上设有用于放置所述承载光纤的直线凹槽;所述承载光纤呈拉直状态设置在所述玻璃底座上的凹槽内、两端通过防油紫外胶和所述玻璃底座固定;所述若干光纤布拉格光栅传感器波分复用组合在所述承载光纤上;
所述可调谐半导体激光光源、环形器、滤波器、光电探测器、数据采集卡、控制模块均设置在待检测充油式电流互感器外部;
所述可调谐半导体激光光源用于产生预设的频率阈值、预设的波长范围、预设的光强阈值的宽带激光,并将其通过光纤传递给所述环形器,所述预设的波长范围涵盖充油式电流互感器绝缘油箱中油内溶解氢气的吸收峰;
所述环形器通过光纤分别和所述可调谐半导体激光光源的输出端、光纤布拉格光栅传感器阵列、滤波器的输入端相连,用于将可调谐半导体激光光源产生的宽带激光传递至所述光纤布拉格光栅传感器阵列、并将光纤布拉格光栅传感器阵列的反射光传递至所述滤波器;
所述滤波器的输出端通过光纤和所述光电探测器的输入端相连,用于对接收到的反射光进行噪声过滤后将其传递给所述所述光电探测器;
所述光电探测器的输出端和所述数据采集卡的输入端电气相连,用于将接收到的过滤后的反射光信号转换为电信号、并将其传递给所述数据采集卡;
所述数据采集卡用于对接收到的电信号进行计算,得到反射光信号的中心反射波长值、将其传递给所述控制模块;
所述控制模块分别和所述可调谐半导体激光光源、数据采集卡的输出端电气相连,用于控制所述可调谐半导体激光光源工作,根据反射光信号的中心反射波长值和预设的中心反射波长阈值计算出中心反射波长偏移值、并根据中心反射波长偏移值和预设的偏移阈值的大小来判断待检测充油式电流互感器是否故障:如果中心反射波长偏移值大于预设的偏移阈值,待检测充油式电流互感器故障;如果中心反射波长偏移值小于等于预设的偏移阈值,待检测充油式电流互感器未故障。
作为本发明一种充油式电流互感器故障检测装置进一步的优化方案,所述环形器和光纤布拉格光栅传感器阵列之间的光纤通过贯通盘和光纤贯通器由待检测充油式电流互感器外伸入其绝缘油箱内,所述贯通盘固定在待检测充油式电流互感器绝缘油箱的油箱阀门上,所述光纤贯通器设置在所述贯通盘的光纤贯通孔中。
作为本发明一种充油式电流互感器故障检测装置进一步的优化方案,所述贯通盘和待检测充油式电流互感器绝缘油箱的油箱阀门之间设有橡胶密封圈,以防止渗油。
作为本发明一种充油式电流互感器故障检测装置进一步的优化方案,所述预设的频率阈值的范围为50~2000Hz。
作为本发明一种充油式电流互感器故障检测装置进一步的优化方案,所述防油紫外胶采用UV-50型。
作为本发明一种充油式电流互感器故障检测装置进一步的优化方案,所述光纤贯通器采用FISO公司Easy Through型号光纤贯通器。
光纤贯通器两端分别连接ST接头的光纤跳线;贯通盘根据充油式电流互感器绝缘油箱的出油口阀门尺寸定制,通过固定螺栓与油箱阀门进行固定,当两边螺纹孔尺寸不一致时,使用转换螺栓进行连接固定,适用于不同型号尺寸的阀门。贯通盘和阀门之间使用橡胶密封圈密封防止渗油,贯通盘上具有预制凹槽供橡胶密封圈安装。
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)抗干扰能力强。抗电磁干扰、电气绝缘、耐腐蚀,在现场环境中能有效发挥作用。
(2)便于复用。光纤布拉格光栅具有波分复用、空分复用以及时分复用的功能,可实现准分布式测量和故障定位。方便形成传感网络,与中心计算机连接,实现多功能和智能化的要求。
(3)便于安装布置。光纤布拉格光栅传感器体积小、重量轻、外形可变。方便埋放于充油式电流互感器绝缘油箱内部进行测量,提高测量精度。
(4)灵敏度高。光纤布拉格光栅传感器可达到ppm级的测量精度。
(5)传感损耗小。光纤布拉格光栅传感信号是波长调制,测量不受光纤弯曲所造成的损耗、光源信号强弱、探测器老化和连接损耗等因素的影响。
(6)稳定性好。光纤布拉格光栅是无源器件,对被检测物质不产生附加影响。
(7)无需油气分离环节。无需油室和气室,便于实现即时传感。光纤布拉格光栅传感器阵列内置于充油式电流互感器绝缘油中,检测速度快,可达分钟数量级。
(8)采用单模光纤传光。不受光路准直的限制,提升测量系统抗震动和噪声的性能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明中光纤布拉格光栅传感器的结构示意图;
图3为本发明中光纤布拉格光栅传感器通过光纤和待检测充油式电流互感器外部连接的结构示意图。
图中,1-光纤布拉格光栅传感器阵列,2-环形器,3-光纤贯通器,4-贯通盘,5-玻璃基座,6-承载光纤的包含光纤包层,7-承载光纤的光纤纤芯,8-光纤布拉格光栅传感器,9-防油紫外胶,10-待检测充油式电流互感器绝缘油箱的油箱阀门,11-橡胶密封圈。
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,本发明公开了一种充油式电流互感器故障检测装置,包含可调谐半导体激光光源、环形器、滤波器、光电探测器、数据采集卡、控制模块和光纤布拉格光栅传感器阵列。
光纤布拉格光栅传感器阵列固定在待检测充油式电流互感器的绝缘油箱的内壁上,如图2所示,光纤布拉格光栅传感器阵列包含玻璃底座、承载光纤和若干光纤布拉格光栅传感器,其中,玻璃底座上设有用于放置承载光纤的直线凹槽;承载光纤呈拉直状态设置在玻璃底座上的凹槽内、两端通过防油紫外胶和玻璃底座固定;若干光纤布拉格光栅传感器波分复用组合在承载光纤上,承载光纤包含光纤包层和光纤纤芯,具体来说,若干光纤布拉格光栅传感器波分复用组合在承载光纤的光纤纤芯上。
可调谐半导体激光光源、环形器、滤波器、光电探测器、数据采集卡、控制模块均设置在待检测充油式电流互感器外部。
可调谐半导体激光光源用于产生预设的频率阈值、预设的波长范围、预设的光强阈值的宽带激光,并将其通过光纤传递给环形器,预设的波长范围涵盖充油式电流互感器绝缘油箱中油内溶解氢气的吸收峰。
环形器通过光纤分别和可调谐半导体激光光源的输出端、光纤布拉格光栅传感器阵列、滤波器的输入端相连,用于将可调谐半导体激光光源产生的宽带激光传递至光纤布拉格光栅传感器阵列、并将光纤布拉格光栅传感器阵列的反射光传递至滤波器。
滤波器的输出端通过光纤和光电探测器的输入端相连,用于对接收到的反射光进行噪声过滤后将其传递给光电探测器。
光电探测器的输出端和数据采集卡的输入端电气相连,用于将接收到的过滤后的反射光信号转换为电信号、并将其传递给数据采集卡。
数据采集卡用于对接收到的电信号进行计算,得到反射光信号的中心反射波长值、将其传递给控制模块。
控制模块分别和可调谐半导体激光光源、数据采集卡的输出端电气相连,用于控制可调谐半导体激光光源工作,根据反射光信号的中心反射波长值和预设的中心反射波长阈值计算出中心反射波长偏移值(即将反射光信号的中心反射波长值减去预设的中心反射波长阈值后取绝对值)、并根据中心反射波长偏移值和预设的偏移阈值的大小来判断待检测充油式电流互感器是否故障:如果中心反射波长偏移值大于预设的偏移阈值,待检测充油式电流互感器故障;如果中心反射波长偏移值小于等于预设的偏移阈值,待检测充油式电流互感器未故障。
预设的频率阈值的范围为50~2000Hz,防油紫外胶采用UV-50型。
如图3所示,环形器和光纤布拉格光栅传感器阵列之间的光纤通过贯通盘和光纤贯通器由待检测充油式电流互感器外伸入其绝缘油箱内,贯通盘固定在待检测充油式电流互感器绝缘油箱的油箱阀门上,光纤贯通器设置在贯通盘的光纤贯通孔中。
光纤贯通器两端分别连接ST接头的光纤跳线;贯通盘根据充油式电流互感器绝缘油箱的出油口阀门尺寸定制,通过固定螺栓与油箱阀门进行固定,当两边螺纹孔尺寸不一致时,使用转换螺栓进行连接固定,适用于不同型号尺寸的阀门。贯通盘和阀门之间使用橡胶密封圈密封防止渗油,贯通盘上具有预制凹槽供橡胶密封圈安装。
光纤贯通器采用加拿大FISO公司的Easy Through型号贯通器;所述贯通盘的材料采用304不锈钢,固定方式为螺纹孔,贯通盘上具有预制凹槽供橡胶密封圈安装;贯通盘结构上采用通孔设计,具有螺纹孔,方便光纤贯通器安装。
待检测充油式电流互感器绝缘油箱中绝缘油的油温以及其中溶解氢气量的变化会引起光纤布拉格光栅传感器阵列中心反射波长的变化,而通过监测充油式电流互感器绝缘油的油温以及油中氢气情况来反应早期故障情况,本发明通过测量光纤布拉格光栅传感器阵列中心反射波长的变化判断充油式电流互感器是否故障,具有免油气分离、传感损耗小、灵敏度高、检测速度快、安装便捷等优点。
本技术领域技术人员可以理解的是,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种充油式电流互感器故障检测装置,其特征在于,包含可调谐半导体激光光源、环形器、滤波器、光电探测器、数据采集卡、控制模块和光纤布拉格光栅传感器阵列;
所述光纤布拉格光栅传感器阵列固定在待检测充油式电流互感器的绝缘油箱的内壁上,包含玻璃底座、承载光纤和若干光纤布拉格光栅传感器,其中,所述玻璃底座上设有用于放置所述承载光纤的直线凹槽;所述承载光纤呈拉直状态设置在所述玻璃底座上的凹槽内、两端通过防油紫外胶和所述玻璃底座固定;所述若干光纤布拉格光栅传感器波分复用组合在所述承载光纤上;
所述可调谐半导体激光光源、环形器、滤波器、光电探测器、数据采集卡、控制模块均设置在待检测充油式电流互感器外部;
所述可调谐半导体激光光源用于产生预设的频率阈值、预设的波长范围、预设的光强阈值的宽带激光,并将其通过光纤传递给所述环形器,所述预设的波长范围涵盖充油式电流互感器绝缘油箱中油内溶解氢气的吸收峰;
所述环形器通过光纤分别和所述可调谐半导体激光光源的输出端、光纤布拉格光栅传感器阵列、滤波器的输入端相连,用于将可调谐半导体激光光源产生的宽带激光传递至所述光纤布拉格光栅传感器阵列、并将光纤布拉格光栅传感器阵列的反射光传递至所述滤波器;
所述滤波器的输出端通过光纤和所述光电探测器的输入端相连,用于对接收到的反射光进行噪声过滤后将其传递给所述所述光电探测器;
所述光电探测器的输出端和所述数据采集卡的输入端电气相连,用于将接收到的过滤后的反射光信号转换为电信号、并将其传递给所述数据采集卡;
所述数据采集卡用于对接收到的电信号进行计算,得到反射光信号的中心反射波长值、将其传递给所述控制模块;
所述控制模块分别和所述可调谐半导体激光光源、数据采集卡的输出端电气相连,用于控制所述可调谐半导体激光光源工作,根据反射光信号的中心反射波长值和预设的中心反射波长阈值计算出中心反射波长偏移值、并根据中心反射波长偏移值和预设的偏移阈值的大小来判断待检测充油式电流互感器是否故障:如果中心反射波长偏移值大于预设的偏移阈值,待检测充油式电流互感器故障;如果中心反射波长偏移值小于等于预设的偏移阈值,待检测充油式电流互感器未故障。
2.根据权利要求1所述的充油式电流互感器故障检测装置,其特征在于,所述环形器和光纤布拉格光栅传感器阵列之间的光纤通过贯通盘和光纤贯通器由待检测充油式电流互感器外伸入其绝缘油箱内,所述贯通盘固定在待检测充油式电流互感器绝缘油箱的油箱阀门上,所述光纤贯通器设置在所述贯通盘的光纤贯通孔中。
3.根据权利要求2所述的充油式电流互感器故障检测装置,其特征在于,所述贯通盘和待检测充油式电流互感器绝缘油箱的油箱阀门之间设有橡胶密封圈,以防止渗油。
4.根据权利要求1所述的充油式电流互感器故障检测装置,其特征在于,所述预设的频率阈值的范围为50~2000Hz。
5.根据权利要求1所述的充油式电流互感器故障检测装置,其特征在于,所述防油紫外胶采用UV-50型。
6. 根据权利要求1所述的充油式电流互感器故障检测装置,其特征在于,所述光纤贯通器采用FISO公司Easy Through型号光纤贯通器。
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