CN112285497A - 一种气体绝缘设备局部放电探测装置和气体绝缘设备 - Google Patents

一种气体绝缘设备局部放电探测装置和气体绝缘设备 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种气体绝缘设备局部放电探测装置和气体绝缘设备，该气体绝缘设备局部放电探测装置包括光子收集器、分光器、第一路光电转换模块、紫外荧光晶体、第二路光电转换模块和信号处理模块；紫外荧光晶体用于将第二路光辐射信号转换为紫外荧光波段的光辐射信号，信号处理模块用于根据第一路光电转换模块输出的第一电压信号计算第一视在强度，以及根据第二路光电转换模块输出的第二电压信号计算第二视在强度，并根据第二视在强度和第一视在强度的比值确定放电光辐射的放电强度。本发明实施例提供的技术方案，能够不受未知放电位置与探测点位置之间的距离的影响，进而能够提高放电强度的检测精度。

Description

一种气体绝缘设备局部放电探测装置和气体绝缘设备
技术领域
本发明实施例涉及放电监测技术领域，尤其涉及一种气体绝缘设备局部放电探测装置和气体绝缘设备。
背景技术
气体绝缘设备凭借其结构紧凑、占地面积小、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强、环境适应能力强等优点，广泛应用在电力系统中。
气体绝缘设备的绝缘故障通常是由局部放电引起的，因此对气体绝缘设备的放电监测是至关重要的。现有技术在故障点与探测距离未知的情况下，严重影响对放电故障的严重程度的计算。
发明内容
本发明实施例提供一种气体绝缘设备局部放电探测装置和气体绝缘设备，以提高放电程度计算的准确性。
第一方面，本发明实施例提供了一种气体绝缘设备局部放电探测装置，包括：光子收集器、分光器、第一路光电转换模块、紫外荧光晶体、第二路光电转换模块和信号处理模块；
所述光子收集器用于收集气体绝缘设备局部放电产生的放电光辐射；
所述分光器的输入端与所述光子收集器接触连接，用于将收集到的所述放电光辐射分成第一路光辐射和第二路光辐射；
所述第一路光电转换模块的输入端通过连接件与所述分光器的第一输出端连接，用于将第一路光辐射信号转换为第一电压信号；
所述紫外荧光晶体的第一端通过连接件与所述分光器的第二输出端连接，所述紫外荧光晶体的第二端与所述第二路光电转换模块的输入端接触连接，所述紫外荧光晶体用于将第二路光辐射信号转换为紫外荧光波段的光辐射信号，所述第二路光电转换模块用于将所述紫外荧光波段的光辐射信号转换为第二电压信号；
所述信号处理模块分别与所述第一路光电转换模块的输出端和所述第二路光电转换模块的输出端电连接，用于根据所述第一电压信号计算所述第一路光辐射的第一视在强度，以及根据所述第二电压信号计算第二路光辐射的第二视在强度，并根据所述第二视在强度和第一视在强度的比值确定所述放电光辐射的放电强度。
可选地，所述第一路光电转换模块包括第一聚光准直镜、第一光电二极管和第一放大器；
所述第一聚光准直镜的输入端通过连接件与所述分光器的第一输出端连接，所述第一聚光准直镜的输出端与所述第一光电二极管的控制端光纤连接；
所述第一光电二极管的第一极与所述第一放大器的第一输入端电连接，所述第一光电二极管的第二极与所述第一放大器的第二输入端电连接，所述第一光电二极管用于将第一路光辐射信号转换为第一光电流信号，所述第一放大器将所述第一光电流信号转换为所述第一电压信号。
可选地，所述第二路光电转换模块包括第二聚光准直镜、第二光电二极管和第二放大器；
所述第二聚光准直镜的输入端与所述紫外荧光晶体的第二端接触连接，所述第二聚光准直镜的输出端与所述第二光电二极管的控制端光纤连接；
所述第二光电二极管的第一极与所述第二放大器的第一输入端电连接，所述第二光电二极管的第二极与所述第二放大器的第二输入端电连接，所述第二光电二极管用于将紫外荧光波段的光辐射信号转换为第二光电流信号，所述第二放大器将所述第二光电流信号转换为所述第二电压信号。
可选地，所述第二光电二极管为雪崩型光电二极管。
可选地，所述第一路光辐射和所述第二路光辐射均为全波段光辐射。
可选地，所述放电光辐射的放电强度与所述第二视在强度负相关。
可选地，所述光子收集器包括聚光镜和光导体；
所述光导体设置于所述聚光镜的焦平面上。
可选地，所述光导体为熔融石英光导体。
可选地，所述信号处理模块包括示波器或上位机。
第二方面，本发明实施例还提供了一种气体绝缘设备，该气体绝缘设备包括本发明任意实施例所提供的气体绝缘设备局部放电探测装置。
本发明实施例提供的一种气体绝缘设备局部放电探测装置，包括光子收集器、分光器、第一路光电转换模块、紫外荧光晶体、第二路光电转换模块和信号处理模块，通过光子收集器采集气体绝缘设备内部的放电光辐射，分光器将接收到的放电光辐射分成第一路光辐射和第二路光辐射，第一路光辐射入射至第一路光电转换模块并转换成第一电压信号，第二路光辐射通过紫外荧光晶体入射至第二路光电转换模块并转换成第二电压信号，信号处理模块根据第一电压信号计算第一路光辐射的第一视在强度，以及根据第二电压信号计算第二路光辐射的第二视在强度，并根据第二视在强度和第一视在强度的比值确定放电光辐射的放电强度。相对于现有技术，本发明实施例提供的技术方案，通过第一路光辐射对应的第一视在强度和第二路光辐射转换为紫外荧光波段的光辐射对应的第二视在强度的比值来确定气体绝缘设备的放电强度，能够不受未知放电位置与探测点位置之间的距离的影响，进而能够提高放电强度的检测精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种气体绝缘设备局部放电探测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种气体绝缘设备局部放电探测装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种气体绝缘设备局部放电探测装置的局部结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种光子收集器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
正如背景技术所述，现有技术中能够测量局部放电光辐射脉冲的检测系统，大多以真空外场效应光电倍增管作为光电转换器件，其体积较大、驱动电压高，难以置入被测设备内部，通常用于实验室气体放电方面的基础研究，无法应用于实际工程中。且现有技术中的光通量的整定值较高，造成检测系统的灵敏性降低，无法探测到气体绝缘设备早期局部放电的弱光，且通常以经过光电转换得到的光信号强度作为判断放电强度的依据，受测量距离的影响较为明显，在故障点与探测点之间的距离未知的情况下，严重影响对气体绝缘设备局部放电的强度进行计算。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种气体绝缘设备局部放电探测装置，可设置于气体绝缘设备的内部，以对气体绝缘设备内部发生的绝缘故障进行检测。图1为本发明实施例提供的一种气体绝缘设备局部放电探测装置的结构示意图，参考图1，本发明实施例提供的气体绝缘设备局部放电探测装置包括：光子收集器10、分光器20、第一路光电转换模块30、紫外荧光晶体60、第二路光电转换模块40和信号处理模块50；光子收集器10用于收集气体绝缘设备局部放电产生的放电光辐射；分光器20的输入端A3与光子收集器10接触连接，用于将收集到的放电光辐射分成第一路光辐射和第二路光辐射；第一路光电转换模块30的输入端B1通过连接件与分光器20的第一输出端A1连接，用于将第一路光辐射信号FS1转换为第一电压信号V1；紫外荧光晶体60的第一端E1通过连接件与分光器20的第二输出端A2连接，紫外荧光晶体60的第二端E2与第二路光电转换模块40的输入端B2接触连接，紫外荧光晶体60用于将第二路光辐射信号FS2转换为紫外荧光波段的光辐射信号，第二路光电转换模块40用于将紫外荧光波段的光辐射信号转换为第二电压信号V2；
信号处理模块50分别与第一路光电转换模块30的输出端B3和第二路光电转换模块40的输出端B4电连接，用于根据第一电压信号V1计算第一路光辐射的第一视在强度S1，以及根据第二电压信号V2计算第二路光辐射的第二视在强度S2，并根据第二视在强度S2和第一视在强度S1的比值确定放电光辐射的放电强度。
具体地，气体绝缘设备包括气体绝缘开关、气体绝缘输电管廊和气体绝缘变压器等，当气体绝缘设备内部发生局部放电故障时，会产生放电光辐射，并以光子或电磁波的形式传播。光子收集器10设置于气体绝缘设备局部放电探测装置的前端，用于收集放电光辐射，放电光辐射经光子收集器10输入至分光器20，分光器20与光子收集器10采用平面接触的方式进行连接，分光器20能够将光子收集器10收集到的放电光辐射分成两路光辐射，即第一路光辐射和第二路光辐射，其中，第一路光辐射和第二路光辐射的波段完全一样。第一路光电转换模块30通过连接件与分光器20的第一输出端A1连接，其中，连接件可以为C型接口，分光器20输出的第一路光辐射进入第一路光电转换模块30中。第一路光电转换模块30对接收到的第一路光辐射进行光电测量，将第一路光辐射信号FS1转换为第一电压信号V1，信号处理模块50计算预设周期内的第一电压信号V1的幅值的平均值，得到第一路光辐射的第一视在强度S1。分光器20输出的第二路光辐射入射至紫外荧光晶体60中，紫外荧光晶体60将第二路光辐射信号FS2通过荧光激发的方式转换为紫外荧光波段的光辐射信号，第二路光电转换模块40对接收到的紫外荧光波段的光辐射信号进行光电测量，将紫外荧光波段的光辐射信号转换为第二电压信号V2，信号处理模块50计算预设周期内的第二电压信号V2的幅值的平均值，得到第二路光辐射的第二视在强度S2。例如，预设周期可以为十个周期。其中，第一路光辐射和第二路光辐射分别经过第一路光电转换模块30和第二路光电转换模块40转换为两种波段的光辐射，再根据光电效应生成第一电压信号V1和第二电压信号V2。信号处理模块50将计算得到的第二视在强度S2和第一视在强度S1作商，得到比值S2/S1，并根据比值S2/S1确定放电光辐射的放电强度。
本发明实施例提供的一种气体绝缘设备局部放电探测装置，包括光子收集器、分光器、第一路光电转换模块、紫外荧光晶体、第二路光电转换模块和信号处理模块，通过光子收集器采集气体绝缘设备内部的放电光辐射，分光器将接收到的放电光辐射分成第一路光辐射和第二路光辐射，第一路光辐射入射至第一路光电转换模块并转换成第一电压信号，第二路光辐射通过紫外荧光晶体入射至第二路光电转换模块并转换成第二电压信号，信号处理模块根据第一电压信号计算第一路光辐射的第一视在强度，以及根据第二电压信号计算第二路光辐射的第二视在强度，并根据第二视在强度和第一视在强度的比值确定放电光辐射的放电强度。相对于现有技术，本发明实施例提供的技术方案，通过第一路光辐射对应的第一视在强度和第二路光辐射转换为紫外荧光波段的光辐射对应的第二视在强度的比值来确定气体绝缘设备的放电强度，能够不受未知放电位置与探测点位置之间的距离的影响，进而能够提高放电强度的检测精度。
可选地，图2为本发明实施例提供的另一种气体绝缘设备局部放电探测装置的结构示意图，参考图2，在上述技术方案的基础上，第一路光电转换模块30包括第一聚光准直镜310、第一光电二极管D1和第一放大器U1；第一聚光准直镜310的输入端a1通过连接件与分光器20的第一输出端A1连接，第一聚光准直镜310的输出端a2与第一光电二极管D1的控制端光纤连接；
第一光电二极管D1的第一极与第一放大器U1的第一输入端电连接，第一光电二极管D1的第二极与第一放大器U1的第二输入端电连接，第一光电二极管D1用于将第一路光辐射信号FS1转换为第一光电流信号，第一放大器U1将第一光电流信号转换为第一电压信号V1。
具体地，第一聚光准直境310可以通过C型接口与分光器20的第一输出端A1连接，第一聚光准直境310能够将分光器20射出的第一路光辐射信号FS1汇聚成一束准直光，并通过光纤入射至第一光电二极管D1的控制端。第一光电二极管D1可以将第一路光辐射信号FS1转换为第一光电流信号，第一放大器U1通过电流电压转换功能将接收到的第一光电流信号转换为第一电压信号V1，并将第一电压信号V1进行放大。信号处理模块根据接收到的第一电压信号V1，在预设周期内计算第一电压信号V1的平均值，得到第一路光辐射的第一视在强度S1，其中预设周期可以为10个周期。
继续参考图2，在上述各技术方案的基础上，第二路光电转换模块40包括第二聚光准直镜410、第二光电二极管D2和第二放大器U2；第二聚光准直镜410的输入端b1与紫外荧光晶体60的第二端E2接触连接，第二聚光准直镜410的输出端b2与第二光电二极管D2的控制端光纤连接；
第二光电二极管D2的第一极与第二放大器U2的第一输入端电连接，第二光电二极管D2的第二极与第二放大器U2的第二输入端电连接，第二光电二极管D2用于将紫外荧光波段的光辐射信号转换为第二光电流信号，第二放大器U2将第二光电流信号转换为第二电压信号D2。
具体地，第二路光电转换模块40的具体工作原理与第一路光电转换模块30的工作原理相同，在此不再赘述。
可选地，在上述各技术方案的基础上，继续参考图2，第二光电二极管D2为雪崩型光电二极管。第一聚光准直境310和第二聚光准直境410输出的准直光束分别入射至第一光电二极管D1和第二光电二极管D2，第一光电二极管D1和第二光电二极管D2分别对两路光辐射的准直光束进行光电测量。其中，第一路光辐射和第二路光辐射均为全波段光辐射，第一路光辐射直接入射至第一聚光准直境310中，第二路光辐射通过紫外荧光晶体60将全波段光辐射转换为紫外荧光波段的光辐射入射至第二聚光准直境410中。雪崩型光电二极管是一种光敏元件，在雪崩型光电二极管的PN结上施加反向电压后，入射至雪崩型光电二极管控制端的光辐射被PN结吸收后形成光电流，加大反向电压能够使得光电流成倍地激增。雪崩型光电二极管的最佳工作波段为可见光波段，本发明实施例通过采用荧光激发的手段将全波段的第二路光辐射信号转换为紫外荧光波段的光辐射信号，拓宽了雪崩型光电二极管探测的光谱范围，能够提高对紫外荧光波段的光辐射信号的检测灵敏度，进而有利于提高气体绝缘设备的放电程度计算的准确性。优选地，第一光电二极管D1和第二光电二极管D2为雪崩型光电二极管。
可选地，图3为本发明实施例提供的一种气体绝缘设备局部放电探测装置的局部结构示意图，图3具体示出了分光器、第一聚光准直镜310、紫外荧光晶体60和第二聚光准直镜410，参考图2和图3，放电光辐射的放电强度与第二视在强度S2负相关。分光器20射出的第一路光辐射入射至第一聚光准直透镜310，第一聚光准直透镜310射出的准直光束通过光纤入射至第一光电二极管D1上，第一光电二极管D1将第一路光辐射信号FS1转换为第一光电流信号，第一放大器U1通过电流电压转换功能将接收到的第一光电流信号转换为第一电压信号V1，并将第一电压信号V1进行放大。信号处理模块50包括示波器或上位机，信号处理模块50根据接收到的第一电压信号V1，在预设周期内计算第一电压信号V1的平均值，得到第一路光辐射的第一视在强度S1。分光器20输出的第二路光辐射入射至紫外荧光晶体60中，紫外荧光晶体60将第二路光辐射信号FS2通过荧光激发的方式转换为紫外荧光波段的光辐射信号，第二路光电转换模块40对接收到的紫外荧光波段的光辐射信号进行光电测量，将紫外荧光波段的光辐射信号转换为第二电压信号V2，信号处理模块50计算预设周期内的第二电压信号V2的幅值的平均值，得到第二路光辐射的第二视在强度S2。信号处理模块50将计算得到的第二视在强度S2和第一视在强度S1作商，得到比值S2/S1，并根据比值S2/S1确定放电光辐射的放电强度。比值S2/S1越小，表明气体绝缘设备的放电强度越高。也就是说，气体绝缘设备的放电强度可以根据紫外荧光波段的光辐射与全波段的光辐射的视在占比来确定，紫外荧光波段的光辐射的占比越小，气体绝缘设备的放电强度就越高，其中，具体比值判定数值可根据不同气压和气体类型来确定。
可选地，图4为本发明实施例提供的一种光子收集器的结构示意图，参考图4，在上述各技术方案的基础上，光子收集器10包括聚光镜101和光导体102；光导体102设置于聚光镜101的焦平面上。
具体地，聚光镜101可以为鱼眼聚光透镜，当放电光辐射入射至聚光镜101上时，光子会沿着曲线运动并汇聚在聚光镜101的焦平面上，由于鱼眼聚光透镜的独特结构，使得光子收集器10在气体绝缘设备内部具有较大的视场范围，从而能够更好地收集放电光辐射。光导体102用于将聚光镜101收集到的放电光辐射导入至分光器20中，将光导体102设置在聚光镜101的焦平面上，能够使得聚光镜汇聚到其焦平面的放电光辐射直接通过光导体102入射至分光器20中，有利于减少光子损失，进而提高光子的收集效率。其中光导体102可以为熔融石英光导体，熔融石英光导体具有良好的导光性，能够减少入射至分光器20中的光子损失，从而有利于提高对气体绝缘设备放电强度计算的精度。
可选地，本发明实施例还提供一种气体绝缘设备，包括本发明任意实施例所提供的气体绝缘设备局部放电探测装置，气体绝缘设备局部放电探测装置设置于气体绝缘设备的内部，因此本发明实施例所提供的气体绝缘设备也具备本发明任意实施例所描述的有益效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种气体绝缘设备局部放电探测装置，其特征在于，包括：光子收集器、分光器、第一路光电转换模块、紫外荧光晶体、第二路光电转换模块和信号处理模块；
所述光子收集器用于收集气体绝缘设备局部放电产生的放电光辐射；
所述分光器的输入端与所述光子收集器接触连接，用于将收集到的所述放电光辐射分成第一路光辐射和第二路光辐射；
所述第一路光电转换模块的输入端通过连接件与所述分光器的第一输出端连接，用于将第一路光辐射信号转换为第一电压信号；
所述紫外荧光晶体的第一端通过连接件与所述分光器的第二输出端连接，所述紫外荧光晶体的第二端与所述第二路光电转换模块的输入端接触连接，所述紫外荧光晶体用于将第二路光辐射信号转换为紫外荧光波段的光辐射信号，所述第二路光电转换模块用于将所述紫外荧光波段的光辐射信号转换为第二电压信号；
所述信号处理模块分别与所述第一路光电转换模块的输出端和所述第二路光电转换模块的输出端电连接，用于根据所述第一电压信号计算所述第一路光辐射的第一视在强度，以及根据所述第二电压信号计算第二路光辐射的第二视在强度，并根据所述第二视在强度和第一视在强度的比值确定所述放电光辐射的放电强度。
2.根据权利要求1所述的气体绝缘设备局部放电探测装置，其特征在于，所述第一路光电转换模块包括第一聚光准直镜、第一光电二极管和第一放大器；
所述第一聚光准直镜的输入端通过连接件与所述分光器的第一输出端连接，所述第一聚光准直镜的输出端与所述第一光电二极管的控制端光纤连接；
所述第一光电二极管的第一极与所述第一放大器的第一输入端电连接，所述第一光电二极管的第二极与所述第一放大器的第二输入端电连接，所述第一光电二极管用于将第一路光辐射信号转换为第一光电流信号，所述第一放大器将所述第一光电流信号转换为所述第一电压信号。
3.根据权利要求1所述的气体绝缘设备局部放电探测装置，其特征在于，所述第二路光电转换模块包括第二聚光准直镜、第二光电二极管和第二放大器；
所述第二聚光准直镜的输入端与所述紫外荧光晶体的第二端接触连接，所述第二聚光准直镜的输出端与所述第二光电二极管的控制端光纤连接；
所述第二光电二极管的第一极与所述第二放大器的第一输入端电连接，所述第二光电二极管的第二极与所述第二放大器的第二输入端电连接，所述第二光电二极管用于将紫外荧光波段的光辐射信号转换为第二光电流信号，所述第二放大器将所述第二光电流信号转换为所述第二电压信号。
4.根据权利要求3所述的气体绝缘设备局部放电探测装置，其特征在于，所述第二光电二极管为雪崩型光电二极管。
5.根据权利要求1所述的气体绝缘设备局部放电探测装置，其特征在于，所述第一路光辐射和所述第二路光辐射均为全波段光辐射。
6.根据权利要求1所述的气体绝缘设备局部放电探测装置，其特征在于，所述放电光辐射的放电强度与所述第二视在强度负相关。
7.根据权利要求1所述的气体绝缘设备局部放电探测装置，其特征在于，所述光子收集器包括聚光镜和光导体；
所述光导体设置于所述聚光镜的焦平面上。
8.根据权利要求7所述的气体绝缘设备局部放电探测装置，其特征在于，所述光导体为熔融石英光导体。
9.根据权利要求1所述的气体绝缘设备局部放电探测装置，其特征在于，所述信号处理模块包括示波器或上位机。
10.一种气体绝缘设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的气体绝缘设备局部放电探测装置。
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