CN109669110A - 用于局部放电在线检测的声聚焦传感器和局部放电在线检测系统及其检测方法 - Google Patents

用于局部放电在线检测的声聚焦传感器和局部放电在线检测系统及其检测方法 Download PDF

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Abstract

用于局部放电在线检测的声聚焦传感器和局部放电在线检测系统及其检测方法，本发明属于变压器设备领域。本发明提供了一种能够检测局部放电、不易受电磁干扰、灵敏度高的声聚焦传感器及具有声聚焦传感器的局部放电在线检测系统及其检测方法。本发明中，光纤尾穿入光纤终端管内，膜片固定玻璃套管的一侧，光纤终端管与膜片之间设置有空气腔，玻璃套管设置于抛物面内部，光纤尾纤的另一端穿出抛物面中部；电级的两端与高压电源的两端连接，电极和声聚焦传感器均设置于油箱中，声聚焦传感器和DFB激光器均与耦合器连接，耦合器通过光电转换器与示波器连接。本发明主要用于检测电力变压器局部放电。

Description

用于局部放电在线检测的声聚焦传感器和局部放电在线检测 系统及其检测方法
技术领域
本发明属于变压器设备领域，具体涉及一种用于电力变压器的声聚焦传感器及具有声聚焦传感器的局部放电在线检测系统及其检测方法。
背景技术
随着经济的发展，社会对于电力的需求越来越高，电力系统的规模和等级也在不断提高。变压器是电力系统中的关键设备，一旦发生故障便会对电力系统的安全稳定运行造成巨大损害，带来严重的经济损失。声发射检测方法具有灵敏度高、电磁干扰小的特点，被广泛应用于变压器局部放电在线监测中。声测法分为压电陶瓷检测法和光学检测法，前者主要是应用压电陶瓷传感器检测，此方法灵敏度高，操作简便，但容易受电磁干扰，并且不能用于局部放电点的定位。非本征光纤法-珀传感器(Fabry-Perot)属于光学检测的一种，将传感器置于变压器油中来检测局放信号，虽然可以不受电磁干扰，但由于液体的粘滞作用，会造成声波信号的衰减，使得到达传感器的信号较弱。
因此，就需要一种能够检测局部放电、不易受电磁干扰、灵敏度高的声聚焦传感器及具有声聚焦传感器的局部放电在线检测系统及其检测方法。
发明内容
本发明针对现有传感器不能检测局部放电、易被电磁干扰、灵敏度低的缺陷，提供了一种能够检测局部放电、不易受电磁干扰、灵敏度高的声聚焦传感器及具有声聚焦传感器的局部放电在线检测系统及其检测方法。
本发明所涉及的一种用于电力变压器局部放电在线检测的声聚焦传感器的技术方案如下：
本发明所涉及的一种用于电力变压器局部放电在线检测的声聚焦传感器，它包括光纤尾纤、光纤终端管、玻璃套管和膜片，所述光纤尾纤的一端穿入光纤终端管内，所述光纤终端管设置于玻璃套管内，所述膜片固定玻璃套管的一侧，所述光纤终端管与膜片之间设置有空气腔，它还包括抛物面，所述玻璃套管设置于抛物面内部，所述光纤尾纤的另一端穿出抛物面中部，所述抛物面为抛物线回转所形成的抛物面。
进一步地：所述膜片为石英膜片，所述膜片表面镀有反射率为50％的光学反射膜。
进一步地：所述抛物面为石英面。
基于所述的一种具有声聚焦传感器的局部放电在线检测系统，它包括局部放电测试平台、声聚焦传感器、油箱、耦合器、DFB激光器、光电转换器和示波器，所述局部放电测试平台包括电极和高压电源；所述高压电源的负极接地，所述电级的两端与高压电源的两端连接，所述电极和声聚焦传感器均设置于油箱中，所述声聚焦传感器和DFB激光器的输出端均与耦合器的输入端连接，所述耦合器的输出端与光电转换器的输入端连接，所述光电转换器的输出端与示波器的输入端连接。
基于所述的一种具有声聚焦传感器的局部放电在线检测系统的检测方法，它包括以下步骤：
步骤一、将抛物面做为声聚焦结构，将声聚焦传感器固定在抛物面的焦点位置构建具有抛物面结构的声聚焦传感器；
步骤二、通过局部放电测试平台产生局部放电声信号，所述声聚焦传感器对局部放电的超声信号进行检测；多次采集信号后，选择信号最为均匀的一组；所述示波器输出的电压幅值即为检测到的局部放电的超声信号。
进一步地：在步骤一中、将PZT压电陶瓷紧贴于油箱外壁，与声聚焦传感器置于同一水平位置。
进一步地：所述油箱内壁和底部均布置有吸声层，所述吸声层预留与PZT压电陶瓷对应的空白。
进一步地：在步骤二中，它包括以下步骤：
步骤二一、所述局部放电测试平台通过调节高压电源的电压使电极形成局部放电的超声信号；
步骤二二、将电极和声聚焦传感器置于充满变压器油的油箱内，所述DFB激光器为声聚焦传感器提供工作光源，所述高压电源升压至25kV，局部放电发生，引起膜片发生振动，空气腔腔长发生变化，使得光强改变，光电转换器将测得的光信号转换为电信号通过示波器显示。
本发明所涉及的一种用于电力变压器局部放电在线检测的声聚焦传感器的有益效果是：
本发明所涉及的一种用于电力变压器局部放电在线检测的声聚焦传感器，基于抛物面结构特性与声反射原理，具有抛物面结构设计的非本征光纤法-珀传感器，将传感器置于抛物面的焦点位置，将其固定，此结构可以大幅度提高传感器的检测灵敏度，不受电磁干扰且可以进行局放点的定位。降低传感器的检测灵敏度，为了减小声波衰减的影响，最大程度地集聚声波能量。通过对裸露的光纤传感器和本发明所述的带有抛物面结构的声聚焦传感器抓取的信号分析可知，裸露的光纤传感器对于超声信号的灵敏度较低，其输出电压幅值约为PZT输出幅值的1/3，而具有抛物面结构的声聚焦传感器11与PZT传感器相比，两者电压输出幅值相差不大，说明具有抛物面结构的声聚焦传感器11灵敏度较高，能够较好的检测局放超声信号。
附图说明
图1为声聚焦传感器的结构示意图；
图2为在线检测系统的结构示意图；
图3为抛物面反射平面波的原理示意图；
图4为带抛物面结构的声聚焦传感器局部放电的超声信号波形图；
图5为不带抛物面结构的光纤传感器局部放电的超声信号波形图；
图中，1为光纤尾纤、2为光纤终端管、3为玻璃套管、4为膜片、5为空气腔、6为抛物面、10为电极、11为声聚焦传感器、12为油箱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1
结合图1说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种用于电力变压器局部放电在线检测的声聚焦传感器，它包括光纤尾纤1、光纤终端管2、玻璃套管3、膜片4和抛物面6，所述光纤尾纤1的一端穿入光纤终端管2内，所述光纤终端管2设置于玻璃套管3内，所述膜片4固定玻璃套管3的一侧，所述光纤终端管2与膜片4之间设置有空气腔5，所述玻璃套管3设置于抛物面6内部，所述光纤尾纤1的另一端穿出抛物面6中部，所述抛物面6为抛物线回转所形成的抛物面6。
更为具体地：所述膜片4为石英膜片，所述膜片4表面镀有反射率为50％的光学反射膜。
更为具体地：所述抛物面6为石英面。
根据多光束干涉原理，由石英膜片和光纤尾纤1构成光学法-珀腔结构，石英膜片镀50％反射率的光学反射膜，利用石英毛细管做为固定约束制作法布里珀罗腔。
抛物面6上抛物线任意一点到焦点f的距离与到准线l的距离相等，同时，任何一条与抛物线对称轴平行的光线经抛物线反射后都通过其焦点，因此，本实施例利用抛物线的聚焦特性，将抛物线回转所形成的抛物面6做为声聚焦结构，将声聚焦传感器11置于抛物面的焦点位置构建具有抛物面结构的声聚焦传感器，其中抛物面采用石英材料，将传感器置于抛物面的焦点位置，用支架将其固定。
一种用于电力变压器局部放电在线检测系统，它包括局部放电测试平台、声聚焦传感器11、油箱12、耦合器、DFB激光器、光电转换器和示波器，所述局部放电测试平台包括电极10和高压电源；所述高压电源的负极接地，所述电级10的两端与高压电源的两端连接，所述电极10和声聚焦传感器11均设置于油箱12中，所述声聚焦传感器11和DFB激光器的输出端均与耦合器的输入端连接，所述耦合器的输出端与光电转换器的输入端连接，所述光电转换器的输出端与示波器的输入端连接。
一种用于电力变压器局部放电在线检测系统的检测方法，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤一、将抛物面6做为声聚焦结构，将声聚焦传感器11固定在抛物面6的焦点位置构建具有抛物面结构的声聚焦传感器；
步骤二、通过局部放电测试平台产生局部放电声信号，所述声聚焦传感器11对局部放电的超声信号进行检测；多次采集信号后，选择信号最为均匀的一组；所述示波器输出的电压幅值即为检测到的局部放电的超声信号。
更为具体地：在步骤一、将PZT压电陶瓷紧贴于油箱12外壁，与声聚焦传感器11置于同一水平位置。
更为具体地：所述油箱12内壁和底部均布置有吸声层，所述吸声层预留与PZT压电陶瓷对应的空白。
更为具体地：在步骤二中，它包括以下步骤：
步骤二一、所述局部放电测试平台通过调节高压电源的电压使电极(10)形成局部放电的超声信号；
步骤二二、将电极10和声聚焦传感器11置于充满变压器油的油箱12内，所述DFB激光器为声聚焦传感器11提供工作光源，所述高压电源升压至25kV，局部放电发生，声信号经过传播到达石英膜片，引起膜片4发生振动，空气腔5腔长发生变化，使得光强改变，光电转换器将测得的光信号转换为电信号通过示波器显示。
结合图2说明本实施例，通过板-板电极10与高压电源连接构成局部放电测试平台，将电极10与具有椭球面结构的声聚焦传感器11置于充满变压器油的油箱12内，声聚焦传感器11通过耦合器连接DFB激光器和光电传感器，采用光谱仪和宽频光源测得声聚焦传感器11中心波长后，用DFB激光器为声聚焦传感器11提供工作光源，利用局部放电测试平台升压至25kV左右，局部放电发生后，引起膜片4发生振动，空气腔5腔长发生变化，使得光强改变，光电转换器将测得的光信号转换为电信号并将信号放大处理，最后通过示波器显示出来。由于油箱12壁会对声波反射造成驻波及信号干扰，为了使试验结果尽可能准确，在油箱12内壁和底部均布置吸声材料。与此同时，将PZT压电陶瓷紧贴于油箱12外壁，与声聚焦传感器11置于同一水平位置，为避免吸声材料对PZT压电陶瓷检测声信号的影响，将PZT压电陶瓷所在位置的吸声材料撤去，接通电源，测得信号经过放大、滤波等处理后，通过示波器显示出来，利用其结果作为标定。
结合图3说明本实施例，在本实施例中，平面波正对抛物面投射，经由抛物面改变投射方向汇聚在抛物面的焦点处，从而加强平面波，声聚焦传感器接收加强后的平面波，通过检测系统在示波器上显示。
结合图4和图5说明本实施例，测得多组实验数据后，仅将抛物面结构撤去，其他结构布置不变，利用同一PZT压电陶瓷在相同位置作为标定。使用具有抛物面结构的声聚焦传感器11和压电陶瓷声发射传感器对局部放电的超声信号进行联合检测，并对比测试结果。当高压电源的交流电压升到一定程度时，电极间发生局部放电，PZT和声聚焦传感器11几乎同时采集超声信号。多次采集信号后，选择信号最为均匀的一组，如图4所示
通过对两组传感器抓取的信号分析可知，对比PZT，裸声聚焦传感器11对于超声信号的灵敏度较低，其输出电压幅值约为PZT输出幅值的1/3，而具有抛物面结构的声聚焦传感器11与PZT传感器相比，两者电压输出幅值相差不大，说明具有抛物面结构的声聚焦传感器11灵敏度较高，能够较好的检测局放超声信号。

Claims (8)

1.一种用于电力变压器局部放电在线检测的声聚焦传感器，它包括光纤尾纤(1)、光纤终端管(2)、玻璃套管(3)和膜片(4)，所述光纤尾纤(1)的一端穿入光纤终端管(2)内，所述光纤终端管(2)设置于玻璃套管(3)内，所述膜片(4)固定玻璃套管(3)的一侧，所述光纤终端管(2)与膜片(4)之间设置有空气腔(5)，其特征在于，它还包括抛物面(6)，所述玻璃套管(3)设置于抛物面(6)内部，所述光纤尾纤(1)的另一端穿出抛物面(6)中部，所述抛物面(6)为抛物线回转所形成的抛物面(6)。
2.根据权利要求1所述的一种用于电力变压器局部放电在线检测的声聚焦传感器，其特征在于，所述膜片(4)为石英膜片，所述膜片(4)表面镀有反射率为50％的光学反射膜。
3.根据权利要求1所述的一种用于电力变压器局部放电在线检测的声聚焦传感器，其特征在于，所述抛物面(6)为石英面。
4.基于权利要求1所述的一种具有声聚焦传感器的局部放电在线检测系统，其特征在于，它包括局部放电测试平台、声聚焦传感器(11)、油箱(12)、耦合器、DFB激光器、光电转换器和示波器，所述局部放电测试平台包括电极(10)和高压电源；所述高压电源的负极接地，所述电级(10)的两端与高压电源的两端连接，所述电极(10)和声聚焦传感器(11)均设置于油箱(12)中，所述声聚焦传感器(11)和DFB激光器的输出端均与耦合器的输入端连接，所述耦合器的输出端与光电转换器的输入端连接，所述光电转换器的输出端与示波器的输入端连接。
5.基于权利要求4所述的一种具有声聚焦传感器的局部放电在线检测系统的检测方法，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤一、将抛物面(6)做为声聚焦结构，将声聚焦传感器(11)固定在抛物面(6)的焦点位置构建具有抛物面结构的声聚焦传感器；
步骤二、通过局部放电测试平台产生局部放电声信号，所述声聚焦传感器(11)对局部放电的超声信号进行检测；多次采集信号后，选择信号最为均匀的一组；所述示波器输出的电压幅值即为检测到的局部放电的超声信号。
6.根据权利要求5所述的一种具有声聚焦传感器的局部放电在线检测系统的检测方法，其特征在于，在步骤一中、将PZT压电陶瓷紧贴于油箱(12)外壁，与声聚焦传感器(11)置于同一水平位置。
7.根据权利要求6所述的一种具有声聚焦传感器的局部放电在线检测系统的检测方法，其特征在于，所述油箱(12)内壁和底部均布置有吸声层，所述吸声层预留与PZT压电陶瓷对应的空白。
8.根据权利要求5所述的一种具有声聚焦传感器的局部放电在线检测系统的检测方法，其特征在于，在步骤二中，它包括以下步骤：
步骤二一、所述局部放电测试平台通过调节高压电源的电压使电极(10)形成局部放电的超声信号；
步骤二二、将电极(10)和声聚焦传感器(11)置于充满变压器油的油箱(12)内，所述DFB激光器为声聚焦传感器(11)提供工作光源，所述高压电源升压至25kV，局部放电发生，引起膜片(4)发生振动，空气腔(5)腔长发生变化，使得光强改变，光电转换器将测得的光信号转换为电信号通过示波器显示。
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