CN110988623B - 石英荧光光纤的局部放电传感探测系统 - Google Patents

石英荧光光纤的局部放电传感探测系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110988623B
CN110988623B CN201911224644.8A CN201911224644A CN110988623B CN 110988623 B CN110988623 B CN 110988623B CN 201911224644 A CN201911224644 A CN 201911224644A CN 110988623 B CN110988623 B CN 110988623B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
partial discharge
rare earth
fluorescent
quartz fluorescent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911224644.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110988623A (zh
Inventor
郭强
谢飞扬
章昌凤
李茂�
严宇恒
顾丹雨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN201911224644.8A priority Critical patent/CN110988623B/zh
Publication of CN110988623A publication Critical patent/CN110988623A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110988623B publication Critical patent/CN110988623B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1218—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing using optical methods; using charged particle, e.g. electron, beams or X-rays

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Relating To Insulation (AREA)

Abstract

本发明公开了一种石英荧光光纤的局部放电传感探测系统，包括光纤传感器、传输光纤、光电探测器、示波器、数据采集卡和电脑。光纤传感器是在稀土元素掺杂的石英荧光光纤外部封装遮光套管，光纤传感器一端采用熔接方式或光纤法兰与传输光纤相连接；所述光电探测器与示波器或与数据采集卡及电脑通过数据信号线相连接组成瞬态光子计数模式的光电信号解调系统。本发明的光纤传感器是被动无源的，可以采用单点方式的一个传感探头或分布方式将一定长度的石英荧光光纤绕布在需要监测局部放电的电力装置腔内或腔壁，实时、高效、远程的实现对局部放电信号的监测，保证电力设施的运转安全。

Description

石英荧光光纤的局部放电传感探测系统
技术领域
本发明涉及一种光电传感器，特别是涉及一种石英荧光光纤传感探测系统，应用于光电技术领域。
背景技术
局部放电是高压电力设备在出现绝缘故障时的一种危及电力设备运转安全的随机偶发现象。对这种绝缘故障的实时、在线、快速的监测和相应的备用系统保护性的切换，可将放电对电力设备及整个供电系统的危害降到最低。出现局部放电的绝缘故障模型可以分为针尖电极或球形电极的放电、针板电极放电，但其物理机制都是失去绝缘保护的两个裸露点之间的空气或变压器油等介质被高压电击穿使得介质材料电离释放带电离子的过程，并伴随着相应的电磁波辐射、声效应、光效应现象。正是基于这些局部放电的伴生现象，所采取的放电检测也各有不同。可将其归类为以下三种：
1感生电流法。高压局部放电将产生高频感生电流，利用电流互感器件可以准确的实现对这种放电现象的检测。但局放尤其是高压甚至超高压的高频放电必定产生电磁辐射，而电磁辐射作用下依靠电磁感应的器件将受到信号干扰，严重的甚至直接对传感器系统造成损坏。
2超声检测法。利用声学方法的传感器可分为压电式和光纤式两种。压电式传感器是利用压电应变片感应超声信号所产生的声压变化。压电式的空间分辨率较低。而基于超声现象的光纤式传感器是将光纤绕在对超声敏感的陶瓷器件进而探测超声引起的光信号相位漂移。这种光纤传感方法属于主动探测，需要不间断的监测光路中的激光信号的改变量，成本较高，且受限于陶瓷器件的体积，空间分辨率较低，无法真正实现对放电的分布式传感。
3光学检测法。高压电源击穿周边介质使得介质材料电子的电离并发光，利用光学器件将绝缘介质电离过程中伴随的光信号传导至光电探测器进行监测是目前的一种新兴技术。直接贴放在电力设备的光电探测器同样无法实现高精度的空间分辨；而高分子聚合物光纤或塑料光纤的传输损耗较大对光信号的衰减也限制了其在该领域的进一步应用。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种石英荧光光纤的局部放电传感探测系统，在高压电力设备出现绝缘故障时能够实时监测局部放电并定位，利用稀土掺杂的石英荧光光纤作为传感器单元，直接将放电瞬间产生的电离能激发传感光纤内的稀土激活剂离子发光，再经由光电信号解调系统探测响应。本发明系统可实现远程被动监测，传感器单元无需供电，工作稳定，抗电磁干扰，且可通过对稀土离子的调控改变对不同放电模型的准确分辨。
为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：
一种石英荧光光纤的局部放电传感探测系统，包括光纤传感器、传输光纤、光电探测器、示波器、数据采集卡和电脑；光纤传感器是在稀土元素掺杂的石英荧光光纤外部封装遮光套管组成，光纤传感器的稀土元素掺杂的石英荧光光纤的一端采用熔接方式或光纤法兰与传输光纤相连接；所述光电探测器通过数据信号线分别与示波器和电脑相连接，其中在光电探测器还通过数据采集卡进行数据前处理后与电脑连接，从而组成瞬态光子计数模式的光电信号解调系统；光纤传感器根据局部放电监测的需要采用单点方式布设，或采用连续分布方式布设，从而将所需长度的光纤传感器的稀土元素掺杂石英荧光光纤绕布在局部放电的电力装置腔内或腔壁上；并根据局部放电类型的不同，更换稀土元素掺杂石英荧光光纤或多种稀土元素掺杂石英荧光光纤复用；当光纤传感器采用分布方式进行放电监测时，光纤传感器的稀土元素掺杂石英荧光光纤的另一端采用熔接方式或光纤法兰与具有光信号延迟作用的传输光纤相连接，具有光信号延迟作用的传输光纤再接入光电探测器；采用瞬态光子计数模式对石英荧光光纤内荧光材料受激发射出的荧光信号进行单光子计数，从而在示波器或经由数据采集卡前向处理的电脑显示出放电脉冲的幅值、频率信息；在高压电力设备出现绝缘故障时，石英荧光光纤的局部放电传感探测系统能够实时监测局部放电并进行定位。
作为本发明优选的技术方案，光纤传感器内的光纤为稀土元素掺杂石英荧光光纤，其激发光谱与放电源的电火花光谱相匹配，从而由放电源激发石英传感光纤的稀土激活剂离子，发射出与光电探测器光子探测波长范围相匹配的发射光；石英荧光光纤的发射光的光谱波长范围及光子寿命由掺杂的稀土元素决定，并与放电发光波段相匹配。
本发明系统的工作原理：
高压电力设备的局部放电现象电离周边介质发出多个波段的光，由于局部放电模型不同，其放电脉冲频率及发光光谱均有所不同。在本系统中，局部放电所发出的短波长紫外波段电火花的光信号作为激发源将石英荧光光纤内的稀土离子激发并发光，这些光信号经由传输光纤被光电信号解调系统获取并处理。光纤自身体积小，空间分辨率高于其他电子器件或体材料的器件。光纤传感单元可以以单点方式对在不破坏高压电力设备结构的前提下进行布放；也可以采用连续分布的方式将一定长度的石英荧光光纤绕布在高压电力设备腔内或腔壁，高压电力设备任意点的局部放电都可被石英荧光光纤测得并通过光信号时延差的形式进行定位。而光电探测器，例如光电倍增管、硅光二极管，又别于光谱和相位解调方式，是采用一种瞬态光子计数模式对石英荧光光纤内荧光材料受激发射出的荧光信号进行单光子计数，而石英荧光光纤内掺杂的稀土元素，如Ce3+，其荧光寿命仅有纳秒量级，可以实时响应高压放电源的高频、超高频电脉冲信号，从而在示波器或经由数据采集卡前向处理的电脑端显示出放电脉冲的幅值、频率信息。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明系统的传感单元被动无源布放，安全可靠，工作稳定；
2.本发明系统进行检测和定位的空间分辨率高，对待测设施无结构破坏；
3.本发明系统的监测精度高，响应速度快。
附图说明
图1为本发明优选实施例石英荧光光纤的局部放电传感探测系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
在本实施例中，参见图1，一种石英荧光光纤的局部放电传感探测系统，包括光纤传感器1、传输光纤2、光电探测器3、示波器4、数据采集卡5和电脑6；光纤传感器1是在稀土元素掺杂的石英荧光光纤外部封装遮光套管组成，光纤传感器1的稀土元素掺杂的石英荧光光纤的一端采用熔接方式或光纤法兰与传输光纤2相连接；；光电探测器3通过数据信号线7分别与示波器4和电脑6相连接，其中在光电探测器3还通过数据采集卡5进行数据前处理后与电脑6连接，从而组成瞬态光子计数模式的光电信号解调系统8；光纤传感器1根据局部放电监测的需要采用单点方式布设，或采用连续分布方式布设，从而将所需长度的光纤传感器1的稀土元素掺杂石英荧光光纤绕布在局部放电的电力装置腔内或腔壁上；并根据局部放电类型的不同，更换稀土元素掺杂石英荧光光纤或多种稀土元素掺杂石英荧光光纤复用；当光纤传感器1采用分布方式进行放电监测时，光纤传感器1的稀土元素掺杂石英荧光光纤的另一端采用熔接方式或光纤法兰与具有光信号延迟作用的传输光纤9相连接，具有光信号延迟作用的传输光纤9再接入光电探测器3；采用瞬态光子计数模式对石英荧光光纤内荧光材料受激发射出的荧光信号进行单光子计数，从而在示波器4或经由数据采集卡5前向处理的电脑6显示出放电脉冲的幅值、频率信息；在高压电力设备出现绝缘故障时，石英荧光光纤的局部放电传感探测系统能够实时监测局部放电并进行定位。
在本实施例中，参见图1，光纤传感器1内的光纤为稀土元素掺杂石英荧光光纤，其激发光谱与放电源的电火花光谱相匹配，从而由放电源激发石英传感光纤的稀土激活剂Ce3+离子，发射出与光电探测器3光子探测波长范围相匹配的发射光；石英荧光光纤的发射光的光谱波长范围及光子寿命由掺杂的稀土元素决定，并与放电发光波段相匹配。
参见图1，本实施例石英荧光光纤的局部放电传感探测系统的光纤传感器是在稀土元素掺杂的石英荧光光纤外部封装遮光套管，光纤传感器一端采用熔接方式或光纤法兰与传输光纤相连接；光电探测器与示波器或与数据采集卡及电脑通过数据信号线相连接组成瞬态光子计数模式的光电信号解调系统。本实施例系统的光纤传感器是被动无源的，采用单点方式的一个传感探头或分布方式将一定长度的石英荧光光纤绕布在需要监测局部放电的电力装置腔内或腔壁，实时、高效、远程的实现对局部放电信号的监测，保证电力设施的运转安全。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明石英荧光光纤的局部放电传感探测系统的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种石英荧光光纤的局部放电传感探测系统，其特征在于：包括光纤传感器(1)、传输光纤(2)、光电探测器(3)、示波器(4)、数据采集卡(5)和电脑(6)；
所述光纤传感器(1)是在稀土元素掺杂的石英荧光光纤外部封装遮光套管组成，光纤传感器(1)的稀土元素掺杂的石英荧光光纤的一端采用熔接方式或光纤法兰与传输光纤(2)相连接；所述光电探测器(3)通过数据信号线(7)分别与示波器(4)和电脑(6)相连接，其中在光电探测器(3)还通过数据采集卡(5)进行数据前处理后与电脑(6)连接，从而组成瞬态光子计数模式的光电信号解调系统(8)；所述光纤传感器(1)根据局部放电监测的需要采用连续分布方式布设，从而将所需长度的所述光纤传感器(1)的稀土元素掺杂石英荧光光纤绕布在局部放电的电力装置腔内或腔壁上；并根据局部放电类型的不同，更换稀土元素掺杂石英荧光光纤或多种稀土元素掺杂石英荧光光纤复用；当所述光纤传感器(1)采用分布方式进行放电监测时，光纤传感器(1)的稀土元素掺杂石英荧光光纤的另一端采用熔接方式或光纤法兰与具有光信号延迟作用的传输光纤(9)相连接，具有光信号延迟作用的传输光纤(9)再接入光电探测器(3)；采用瞬态光子计数模式对石英荧光光纤内荧光材料受激发射出的荧光信号进行单光子计数，从而在示波器(4)或经由数据采集卡(5)前向处理的电脑(6)显示出放电脉冲的幅值、频率信息；在高压电力设备出现绝缘故障时，所述石英荧光光纤的局部放电传感探测系统能够实时监测局部放电并进行定位。
2.根据权利要求1所述石英荧光光纤的局部放电传感探测系统，其特征在于：光纤传感器(1)内的光纤为稀土元素掺杂石英荧光光纤，其激发光谱与放电源的电火花光谱相匹配，从而由放电源激发石英传感光纤的稀土激活剂离子，发射出与光电探测器(3)光子探测波长范围相匹配的发射光；石英荧光光纤的发射光的光谱波长范围及光子寿命由掺杂的稀土元素决定，并与放电发光波段相匹配。
CN201911224644.8A 2019-12-04 2019-12-04 石英荧光光纤的局部放电传感探测系统 Active CN110988623B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911224644.8A CN110988623B (zh) 2019-12-04 2019-12-04 石英荧光光纤的局部放电传感探测系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911224644.8A CN110988623B (zh) 2019-12-04 2019-12-04 石英荧光光纤的局部放电传感探测系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110988623A CN110988623A (zh) 2020-04-10
CN110988623B true CN110988623B (zh) 2023-02-10

Family

ID=70089867

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911224644.8A Active CN110988623B (zh) 2019-12-04 2019-12-04 石英荧光光纤的局部放电传感探测系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110988623B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111624449B (zh) * 2020-05-28 2022-09-09 中国科学院电工研究所 一种基于发射光谱法的电力设备局部放电多通道光学检测系统
CN112290997B (zh) * 2020-10-29 2022-02-22 国网辽宁省电力有限公司信息通信分公司 一种光层监测系统
CN113009292B (zh) * 2021-02-25 2021-12-28 西安交通大学 局部放电微光光谱探测器
CN113267724B (zh) * 2021-06-30 2023-03-07 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 变压器的有载分接开关在线监测系统
CN113671227A (zh) * 2021-08-13 2021-11-19 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 一种分接开关故障检测系统及方法
CN114034675B (zh) * 2021-11-04 2024-03-08 国网天津市电力公司电力科学研究院 一种光电测量系统的荧光光纤激发效率计算方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010040731A (ja) * 2008-08-05 2010-02-18 Central Glass Co Ltd 小型ファイバリングレーザ
CN102323527A (zh) * 2011-09-09 2012-01-18 北京航空航天大学 基于光纤布拉格光栅的电力变压器局部放电检测系统及检测方法
WO2012008929A1 (en) * 2010-07-16 2012-01-19 Agency For Science, Technology And Research Sensor and method of manufacturing the same, and system for detecting a partial discharge signal and a method of forming the same
CN107329054A (zh) * 2017-07-06 2017-11-07 上海交通大学 用于气体绝缘全封闭组合电器绝缘缺陷检测的复合传感器
CN109387756A (zh) * 2018-12-13 2019-02-26 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种基于光纤光栅的局部放电检测系统及方法
CN109782142A (zh) * 2019-03-29 2019-05-21 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种gis局部放电检测装置及系统
CN209589090U (zh) * 2019-05-04 2019-11-05 南京如拓电气有限公司 一种分布式电弧光传感光纤

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9976989B2 (en) * 2015-12-15 2018-05-22 General Electric Company Monitoring systems and methods for electrical machines
CN205608142U (zh) * 2016-05-17 2016-09-28 厦门理工学院 一种变压器内部局部放电的测试系统
CN108896890B (zh) * 2018-08-01 2024-05-24 深圳供电局有限公司 一种电缆中间接头局放信号检测系统及方法
CN110174597A (zh) * 2019-06-27 2019-08-27 合肥谱仁光电技术有限公司 一种基于荧光光纤的局部放电定位系统和定位方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010040731A (ja) * 2008-08-05 2010-02-18 Central Glass Co Ltd 小型ファイバリングレーザ
WO2012008929A1 (en) * 2010-07-16 2012-01-19 Agency For Science, Technology And Research Sensor and method of manufacturing the same, and system for detecting a partial discharge signal and a method of forming the same
CN102323527A (zh) * 2011-09-09 2012-01-18 北京航空航天大学 基于光纤布拉格光栅的电力变压器局部放电检测系统及检测方法
CN107329054A (zh) * 2017-07-06 2017-11-07 上海交通大学 用于气体绝缘全封闭组合电器绝缘缺陷检测的复合传感器
CN109387756A (zh) * 2018-12-13 2019-02-26 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种基于光纤光栅的局部放电检测系统及方法
CN109782142A (zh) * 2019-03-29 2019-05-21 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种gis局部放电检测装置及系统
CN209589090U (zh) * 2019-05-04 2019-11-05 南京如拓电气有限公司 一种分布式电弧光传感光纤

Also Published As

Publication number Publication date
CN110988623A (zh) 2020-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110988623B (zh) 石英荧光光纤的局部放电传感探测系统
CN102323527B (zh) 基于光纤布拉格光栅的电力变压器局部放电检测系统及检测方法
Sarkar et al. Condition monitoring of high voltage transformers using Fiber Bragg Grating Sensor
EP3029474B1 (en) Fiber aligned and motionally coupled with electric cable
CN110208668B (zh) 一种光纤声发射振动传感器及局部放电传感系统
CN101762318A (zh) 光纤非本征法布里-珀罗干涉超声传感检测装置
CN105866617B (zh) 一种基于光纤传感技术的输电线路接地闪络故障定位方法
CN105973511A (zh) 基于分布式光纤的变压器绕组应力监测系统
CN104166075A (zh) 一种基于激光二极管的局部放电光电检测系统及方法
CN104777344A (zh) 基于电光效应的非接触式过电压检测系统
CN104793038A (zh) 一种电力系统全光学过电压监测装置
CN106066421A (zh) 一种避雷器放电电流监测系统及方法
CN204359896U (zh) 用于电网电气设备局部放电检测的光纤布喇格光栅超声波检测系统
CN205594118U (zh) 一种输电线路接地闪络故障定位系统
CN204008794U (zh) 一种单边瓣间干涉式全光纤电压互感器
Wang et al. Transformer partial discharge monitoring based on optical fiber sensing
Jiagui et al. A system using fluorescent fiber for partial discharge detection in transformer
CN105445530A (zh) 用于电网过电压多点监测的非接触式光学电压传感器
ZHOU et al. Optical fiber acoustic emission sensor for GIS partial discharge detection
Burjupati et al. Opto Electronic Technique for Detection of Corona Discharges in Air and Oil
CN210222183U (zh) Gis中特高频-光信号一致性测试设备及装置
Muhr et al. Unconventional partial discharge measurement [electrical insulation evaluation]
Wu et al. Study on the optical measurement of partial discharge under impulse voltage
CN209623901U (zh) 全光纤温度传感装置
Karmakar et al. Monitoring of high voltage power transformer using direct optical partial discharge detection technique

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant