CN113671227A - 一种分接开关故障检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及分接开关技术领域，尤其涉及一种分接开关故障检测系统及方法，该系统包括：荧光纤维，布置在油箱顶盖内侧，用于接收分接开关内部的光信号；光电转换模块，与所述荧光纤维连接，用以将所述荧光纤维接收的光信号转换为电信号；高频示波器，与所述光电转换模块连接，用于显示所述光电转换模块转换的电信号；其中，当所述高频示波器显示的电信号大于设定值时，则判定分接开关内部发生故障。本发明通过将荧光纤维设置在分节开关油箱顶盖内侧的方式监测由于局部放电产生的光信号，具有完全的电磁干扰免疫性能，由于有载分接开关的全封闭结构的特性，也避免了光干扰，可以将有载开关内的光信号被准确无误的检测到。

Description

一种分接开关故障检测系统及方法

技术领域

本发明属于分接开关技术领域，尤其涉及一种分接开关故障检测系统及方法。

背景技术

有载分接开关是指在变压器励磁或负载下用来改变变压器绕组分接连接位置的调压装置，其基本原理就是在保证不中断负载电流的情况下，实现变压器绕组中分接头之间的切换，从而改变绕组的匝数，最终实现调压的目的；有载分接开关油室内存在绝缘缺陷、真空管劣化到一定程度时，都会产生脉冲放电现象，绝缘结构内部存在气隙或中低场强区有悬浮金属体、真空管真空度不足时闭合触头与屏蔽罩之间绝缘强度不足，会引发局部放电现象，产生脉冲电流、辐射电磁波、光信号变化。

相关技术中，对于局部放电的检测多采用脉冲电流法或者超声波法进行测量；然而若采用脉冲电流法，则需要连接真空管的导电杆来引出高频脉冲电流，在高压环境中，会对设备的绝缘及其他性能要求较高；超声波法不易受电和磁信号的干扰，但声波信号的衰减比较快，容易受到其他机械振动和声波源声波的干扰。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种分接开关故障检测系统及方法，实现标签缠绕式张贴。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一方面采用了一种分接开关故障检测系统，包括：

荧光纤维，布置在油箱顶盖内侧，用于接收分接开关内部的光信号；

光电转换模块，与所述荧光纤维连接，用以将所述荧光纤维接收的光信号转换为电信号；

高频示波器，与所述光电转换模块连接，用于显示所述光电转换模块转换的电信号；

其中，当所述高频示波器显示的电信号大于设定值时，则判定分接开关内部发生故障。

进一步地，所述荧光纤维包括纤芯和包层，所述纤芯内掺有荧光材料，以使得光信号从所述包层的侧面进入至所述纤芯后被捕获。

进一步地，所述荧光纤维在油箱顶盖内呈螺旋线布置。

进一步地，所述光电转换模块包括光电倍增管，所述光电倍增管用于将微弱光信号转换成电信号。

进一步地，所述光电转换模块还包括电流电压转换器和供电电源，所述供电电源与所述电压转换器电连接，所述电压转换器与所述光电倍增管电连接，且所述电流电压转换器、供电电源和光电倍增管集成在同一模块内。

进一步地，还包括处理器，所述处理器与所述高频示波器连接，所述处理器用于监测所述高频示波器上的电压，当监测到电压大于第一电压值时，所述处理器发出报警信号，当监测到电压大于第二电压值时，所述处理器发出故障信号，其中所述第二电压值大于第一电压值。

进一步地，所述第一电压值的范围为2~5mV，所述第二电压值的范围为第二电压值的范围为8~10mV。

另一方面还提供了一种分接开关故障检测方法，应用上述分接开关故障检测系统，包括以下步骤：

布置荧光纤维于油箱顶盖内侧；

连接光电转换模块与荧光纤维，使得荧光纤维收集到的光信号传输至光电转换模块内；

连接高频示波器与光电转换模块，实时观测高频示波器上显示的电压数值；

若高频示波器上的电压值大于设定值，则判定分接开关内发生故障。

进一步地，在布置荧光纤维时，使得荧光纤维以螺旋线形式覆盖在油箱顶盖内侧，以扩大荧光纤维的接收信号强度。

进一步地，在步骤连接高频示波器与光电转换模块之后，还包括连接处理器与高频示波器的步骤，以通过处理器实现电压值的自动监测。

本发明的有益效果为：本发明通过将荧光纤维设置在分节开关油箱顶盖内侧的方式监测由于局部放电产生的光信号，具有完全的电磁干扰免疫性能，由于有载分接开关的全封闭结构的特性，也避免了光干扰，可以将有载开关内的光信号被准确无误的检测到，同时设置在顶盖内侧的方式也使得荧光纤维避免受到机械冲击，通过光电转换模块的设置及时的将光信号转变为电信号进行监测，从而及时的发现安全隐患，避免严重事故的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中分接开关故障检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中荧光光纤的剖视图；

图3为本发明实施例中油箱内侧荧光光纤的分布位置示意图；

图4为本发明实施例中荧光信号波形图；

图5为本发明实施例中分接开关故障检测方法的流程图。

具体实施方式

本发明为了解决现有技术中对分接开关局部放电检测方法中存在的对设备绝缘性能要求高或者容易受到机械振动或者电磁干扰的问题，通过对放电时所产生的光信息进行收集监测的方式来避免上述问题，光检测法作为一种非电量检测法，不受电气信号干扰，具有完全的电磁干扰免疫性能，拥有广阔的应用前景。有载分接开关设备为全封闭结构，尤其适用于光测法监测有载分接开关的工况。荧光光纤的纤芯中掺有一定量的荧光材料，具有选择性地吸收特定波段的光信号的特性，并向外发射荧光信号。这使得荧光光纤可以接收从侧面照射的光信号。这些特性使光信号被准确无误的监测到。同时，荧光光纤紧贴在开关内侧，不但能够承受机械冲击，而且可以排除外界光信号的干扰，适用于设备的光检测。本专利发明一种将故障时产生的光信号转换为电信号由此对故障进行监测，及时发现安全隐患，避免严重事故的发生。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示的分接开关故障检测系统，包括荧光纤维10、光电转换模块20和高频示波器30，其中：

荧光纤维10布置在油箱顶盖内侧，用于接收分接开关内部的光信号；荧光纤维10布置在油箱顶盖内侧，当顶盖安装完毕后，荧光纤维10设置在分接开关油箱的封闭空间内，从而可以有效的对油箱内部的光信号进行捕捉收集，只接收油箱内部由于故障放电所发出的光。

光电转换模块20与荧光纤维10连接，用以将荧光纤维10接收的光信号转换为电信号；由于在油箱中光信号的衰减强度几乎可以忽略不计，通过将荧光纤维10接收的光信号转换为电信号的方式，来对油箱内部的局部放电现象进行有效的监控，与现有技术相比避免了电磁信号或者机械冲击信号的干扰。

高频示波器30与光电转换模块20连接，用于显示光电转换模块20转换的电信号；如图4中所示，通过高频示波器30可以将肉眼看不到的电信号变换成看得到的图像，通过可视化便于研究电现象的变化过程；如果检测人员发现高频示波器30显示的电信号大于设定值时，则判定分接开关内部发生故障。

在上述实施例中，通过将荧光纤维10设置在分节开关油箱顶盖内侧的方式监测由于局部放电产生的光信号，具有完全的电磁干扰免疫性能，由于有载分接开关的全封闭结构的特性，也避免了光干扰，可以将有载开关内的光信号被准确无误的检测到，同时设置在顶盖内侧的方式也使得荧光纤维10避免受到机械冲击，通过光电转换模块20的设置及时的将光信号转变为电信号进行监测，从而及时的发现安全隐患，避免严重事故的发生。

在本发明实施例中，如图2中所示，荧光纤维10包括纤芯11和包层12，纤芯11内掺有荧光材料11a，以使得光信号从包层12的侧面进入至纤芯11后被捕获。这里需要指出的是，荧光材料11a是指荧光剂或者稀土离子，例如钕离子，铕离子或者钐离子等，其工作原理为，当激发光从侧面入射进纤芯11时，纤芯11中的发光材料被激发而发射荧光，并且此荧光将沿光纤传播；通过这种方式将油箱内的光信号捕获并传递给光电转换装置。

在本发明实施例中，为了提高光信号的捕捉效果，如图3所示，荧光纤维10在油箱顶盖内呈螺旋线布置。在布置荧光纤维10时，在不影响安装的情况下使其覆盖面积尽可能大，从而达到聚光的目的，提高检测的灵敏性。

为了进一步提高检测的精度，光电转换模块20包括光电倍增管，光电倍增管用于将微弱光信号转换成电信号，光电倍增管可检测光谱的范围为110~870nm，其包含了荧光光纤的发射光谱，通过光电倍增管的设置，进一步扩大了荧光纤维10的捕获能力。

在本发明实施例中，光电转换模块20还包括电流电压转换器和供电电源，供电电源与电压转换器电连接，电压转换器与光电倍增管电连接，且电流电压转换器、供电电源和光电倍增管集成在同一模块内。通过将三者集成在一起，方便现场使用；

为了提高监测的自动化程度，在本发明实施例中还包括处理器（图中未示出），处理器与高频示波器30连接，处理器用于监测高频示波器30上的电压，当监测到电压大于第一电压值时，处理器发出报警信号，当监测到电压大于第二电压值时，处理器发出故障信号，其中第二电压值大于第一电压值。通过处理器的设置，无需人工参与即可实现对分接开关的自动检测，这里需要指出的是，第一电压值的范围为2~5mV，第二电压值的范围为第二电压值的范围为8~10mV。在本发明的优选实施例中，当光信号转换的电信号大于5mV时，则发出报警功能，提醒维修人员进行检修，当光信号转换的电信号大于10mV时，说明故障严重，必须停机维修。这里需要指出的是，处理器也可以称为控制器，是把中央处理器、存储器、定时/计数器、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机，例如可以是51单片机、STC单片机等。

本发明实施例中还提供了一种分接开关故障检测方法，应用上述分接开关故障检测系统，如图5中所示，包括以下步骤：

S10：布置荧光纤维10于油箱顶盖内侧；

S20：连接光电转换模块20与荧光纤维10，使得荧光纤维10收集到的光信号传输至光电转换模块20内；

S30：连接高频示波器30与光电转换模块20，实时观测高频示波器30上显示的电压数值；

S40：若高频示波器30上的电压值大于设定值，则判定分接开关内发生故障。

具体的，使得荧光纤维10以螺旋线形式覆盖在油箱顶盖内侧，以扩大荧光纤维10的接收信号强度。荧光纤维10的具体介绍如上文所述，这里不再进行赘述。同时，为了实现自动监测，在步骤连接高频示波器30与光电转换模块20之后，还包括连接处理器与高频示波器30的步骤，以通过处理器实现电压值的自动监测。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种分接开关故障检测系统，其特征在于，包括：

荧光纤维，布置在油箱顶盖内侧，用于接收分接开关内部的光信号；

光电转换模块，与所述荧光纤维连接，用以将所述荧光纤维接收的光信号转换为电信号；

高频示波器，与所述光电转换模块连接，用于显示所述光电转换模块转换的电信号；

其中，当所述高频示波器显示的电信号大于设定值时，则判定分接开关内部发生故障。

2.根据权利要求1所述的分接开关故障检测系统，其特征在于，所述荧光纤维包括纤芯和包层，所述纤芯内掺有荧光材料，以使得光信号从所述包层的侧面进入至所述纤芯后被捕获。

3.根据权利要求2所述的分接开关故障检测系统，其特征在于，所述荧光纤维在油箱顶盖内呈螺旋线布置。

4.根据权利要求1所述的分接开关故障检测系统，其特征在于，所述光电转换模块包括光电倍增管，所述光电倍增管用于将微弱光信号转换成电信号。

5.根据权利要求4所述的分接开关故障检测系统，其特征在于，所述光电转换模块还包括电流电压转换器和供电电源，所述供电电源与所述电压转换器电连接，所述电压转换器与所述光电倍增管电连接，且所述电流电压转换器、供电电源和光电倍增管集成在同一模块内。

6.根据权利要求1所述的分接开关故障检测系统，其特征在于，还包括处理器，所述处理器与所述高频示波器连接，所述处理器用于监测所述高频示波器上的电压，当监测到电压大于第一电压值时，所述处理器发出报警信号，当监测到电压大于第二电压值时，所述处理器发出故障信号，其中所述第二电压值大于第一电压值。

7.根据权利要求6所述的分接开关故障检测系统，其特征在于，所述第一电压值的范围为2~5mV，所述第二电压值的范围为第二电压值的范围为8~10mV。

8.一种分接开关故障检测方法，其特征在于，应用如权1至7任一项所述的分接开关故障检测系统，包括以下步骤：

布置荧光纤维于油箱顶盖内侧；

连接光电转换模块与荧光纤维，使得荧光纤维收集到的光信号传输至光电转换模块内；

连接高频示波器与光电转换模块，实时观测高频示波器上显示的电压数值；

若高频示波器上的电压值大于设定值，则判定分接开关内发生故障。

9.根据权利要求8所述的分接开关故障检测方法，其特征在于，在布置荧光纤维时，使得荧光纤维以螺旋线形式覆盖在油箱顶盖内侧，以扩大荧光纤维的接收信号强度。

10.根据权利要求8所述的分接开关故障检测方法，其特征在于，在步骤连接高频示波器与光电转换模块之后，还包括连接处理器与高频示波器的步骤，以通过处理器实现电压值的自动监测。

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