CN116148183A - 光纤气体传感装置、方法及电缆接头局部放电判定系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及光纤气体传感装置、方法及电缆接头局部放电判定系统，其中光纤气体传感装置包括：振荡模块，用于对不同波长的光信号进行振荡频选处理，以获取目标带宽光信号；光强检测模块，与所述振荡模块连接，用于当传感气室中的所述目标带宽光信号与采集的来自电缆接头的待测气体接触后，获取接触后所述目标带宽光信号的光波强度变化量；判定模块，与所述检测模块连接，用于当所述光波强度变化量等于或大于预设局部放电故障变化量时，判定所述电缆接头处于局部放电故障状态。从而光纤气体传感装置实现对电缆接头局部放电故障快速检测，有效提高电缆接头运行可靠性，从而保证电力设备状态正常，进而保障电力系统供电可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及电缆局部放电检测领域，特别是涉及一种光纤气体传感装置、方法及电缆接头局部放电判定系统。
背景技术
随着智能电网水平不断提高，对电力系统供电可靠性要求的提高，而电力设备状态直接决定了电力系统运行可靠性。电缆作为电力设备中的电能运输枢纽，直接决定了电力设备状态是否正常。
然而电缆接头作为电缆系统中最为薄弱、电网故障高发的组件之一，经常发生局部放电故障。现有电缆接头尚缺乏有效、在线的状态监测手段，不能在故障早期发现劣化的状态。
发明内容
基于此，针对上述问题，有必要提供一种光纤气体传感装置、方法及电缆接头局部放电判定系统。
为了实现本申请的目的，本申请采用如下技术方案：
一种光纤气体传感装置，包括：
振荡模块，用于对不同波长的光信号进行振荡频选处理，以获取目标带宽光信号；
光强检测模块，与所述振荡模块连接，用于当传感气室中的所述目标带宽光信号与采集的来自电缆接头的待测气体接触后，获取接触后所述目标带宽光信号的光波强度变化量；
判定模块，与所述检测模块连接，用于当所述光波强度变化量等于或大于预设局部放电故障变化量时，判定所述电缆接头处于局部放电故障状态。
在其中一个实施例中，所述振荡模块包括：
振荡单元，用于构建谐振腔，并基于所述谐振腔及不同波长的光信号形成激光振荡，以获取所述激光振荡后的光信号；
滤波单元，与所述振荡单元连接，用于对所述激光振荡后的光信号进行滤波处理，以获取所述目标带宽光信号。
在其中一个实施例中，所述振荡单元包括：
光纤、掩膜板，所述光纤基于所述掩膜板在预设区域内，生成多个相同的光栅区域，以构建所述谐振腔。
在其中一个实施例中，所述滤波单元包括：
光信号滤波器、光信号耦合器，所述光信号滤波器与所述光信号耦合器通过熔接方式连接。
在其中一个实施例中，还包括：
光源调节模块，用于根据待测气体的不同特性，调节光源输出所述不同波长的光信号。
在其中一个实施例中，还包括：
解调模块，用于对光源输出的所述不同波长的光信号进行解调处理，以生成所述解调后的光信号；
显示模块，与所述解调模块连接，用于显示所述解调后的光信号。
一种电缆接头局部放电判定系统，包括：
传感气室；
如上述的光纤气体传感装置，所述振荡模块、光强检测模块及判定模块三者均设置于所述传感气室中，通过所述传感气室与电缆接头连接。
在其中一个实施例中，所述传感气室安装于电缆接头应力锥的电缆接头径向上方。
在其中一个实施例中，所述传感气室采用有机高分子材料制作。
一种光纤气体传感方法，包括：
对不同波长的光信号进行振荡频选处理，以获取目标带宽光信号；
当传感气室中的所述目标带宽光信号与采集的来自电缆接头的待测气体接触后，获取接触后所述目标带宽光信号的光波强度变化量；
当所述光波强度变化量等于或大于预设局部放电故障变化量时，判定电缆接头处于局部放电故障状态。
上述光纤气体传感装置、方法及电缆接头局部放电判定系统，其中光纤气体传感装置包括：振荡模块，用于对不同波长的光信号进行振荡频选处理，以获取目标带宽光信号；光强检测模块，与所述振荡模块连接，用于当传感气室中的所述目标带宽光信号与采集的来自电缆接头的待测气体接触后，获取接触后所述目标带宽光信号的光波强度变化量；判定模块，与所述检测模块连接，用于当所述光波强度变化量等于或大于预设局部放电故障变化量时，判定所述电缆接头处于局部放电故障状态。从而光纤气体传感装置实现对电缆接头局部放电故障快速检测，有效提高电缆接头运行可靠性，从而保证电力设备状态正常，进而保障电力系统供电可靠性。
附图说明
图1为一个实施例中光纤气体传感装置的结构示意框图；
图2为一个实施例中振荡模块的具体结构示意框图；
图3为一个实施例中光纤气体传感装置的结构示意框图；
图4为一个实施例中光纤气体传感装置的结构示意框图；
图5为一个实施例中光纤气体传感系统的结构示意框图；
图6为一个实施例中传感气室在电缆附件内的安装位置示意图；
图7为一实施例中光纤气体传感方法流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
参阅图1，为一个实施例中光纤气体传感装置的结构示意框图。
在本实施例中，如图1所示，该光纤气体传感装置包括振荡模块120、光强检测模块140及判定模块160。
振荡模块120，用于对不同波长的光信号进行振荡频选处理，以获取目标带宽光信号。
光强检测模块140，与所述振荡模块120连接，用于当传感气室中的所述目标带宽光信号与采集的来自电缆接头的待测气体接触后，获取接触后所述目标带宽光信号的光波强度变化量。
判定模块160，与所述光强检测模块140连接，用于当所述光波强度变化量等于或大于预设局部放电故障变化量时，判定所述电缆接头处于局部放电故障状态。
振荡模块120，可以是光纤气体传感装置中对不同波长的光信号形成激光振荡、且可进行光滤波处理的功能单元；光强检测模块140，可以是光纤气体传感装置中检测光波强度变化量的功能单元；判定模块160，可以是光纤气体传感装置中基于光波强度变化量判断电缆接头是否处于局部放电故障状态的功能单元。
振荡频选处理，包括激光振荡处理、光滤波处理；目标带宽光信号，可以是经由激光振荡处理、光滤波处理后具有极窄带宽的光信号；待测气体，包括电缆接头发生局部放电故障时释放的醛类气体、电缆接头正常时的空气；预设局部放电故障变化量，可以是电缆接头发生局部放电故障时最小可识别浓度的醛类气体与目标带宽光信号接触后，目标带宽光信号的光波强度变化量。局部放电故障状态，可以是电缆接头发生局部放电，无法正常运行。
需要说明的是，当接触后所述目标带宽光信号的光波强度变化量等于预设局部放电故障变化量时，则此时传感气室中的待测气体含有极少量电缆接头发生局部放电故障时释放的醛类气体；当接触后所述目标带宽光信号的光波强度变化量大于预设局部放电故障变化量时，则此时传感气室中的待测气体含有较多电缆接头发生局部放电故障时释放的醛类气体。其中，微量气体传感的基本原理遵循朗伯-比尔定律，当不同波长的光信号经过装有待测气体的气室之后，光波强度将会产生衰减，透射光波强度可以表示为：
I(v)＝I0(v)·exp[-σ(v)cL]
式中，I0(v)为入射光波强度，I(v)为透射光波强度，v为光信号频率，σ(v)代表频率v处气体谱线的吸收截面，c是气体分子数密度，L为气体与光的相互作用距离即有效吸收光程，单位为厘米。当待测气体的有效吸收光程一定时，特定波长处的吸光度与气体浓度成正比。因此通过标定吸光度与气体浓度的关系，可以实现对气体的浓度测量。
本实施例中，振荡模块120对不同波长的光信号进行激光振荡处理和光滤波处理，以获取经由激光振荡处理、光滤波处理后具有极窄带宽的光信号；光强检测模块140当传感气室中的所述目标带宽光信号与采集的来自电缆接头的待测气体接触后，获取接触后所述目标带宽光信号的光波强度变化量；判定模块160当光波强度变化量等于或大于预设局部放电故障变化量时，判定电缆接头发生局部放电故障。从而光纤气体传感装置实现对电缆接头局部放电故障快速检测，有效提高电缆接头运行可靠性，从而保证电力设备状态正常，进而保障电力系统供电可靠性。
参阅图2，为一个实施例中振荡模块的具体结构示意框图。
在本实施例中，如图2所示，该振荡模块包括振荡单元220、滤波单元240。
振荡单元220，用于构建谐振腔，并基于所述谐振腔及不同波长的光信号形成激光振荡，以获取所述激光振荡后的光信号。
滤波单元240，与所述振荡单元220连接，用于对所述激光振荡后的光信号进行滤波处理，以获取所述目标带宽光信号。
振荡单元220包括光纤、掩膜板，所述光纤基于所述掩膜板在预设区域内，生成多个相同的光栅区域，以构建所述谐振腔；滤波单元240包括光信号滤波器、光信号耦合器，所述光信号滤波器与所述光信号耦合器通过熔接方式连接，一方面，通过采用光信号滤波器、光信号耦合器的结构组合，提高光纤气体传感装置的信噪比；另一方面，通过熔接方式连接可以降低插入损。
其中，光纤可为长度3cm的掺杂光纤，掩膜板可为相位掩膜板。预设区域，可以是3厘米跨度内；谐振腔，可以是多个相同的光栅区域形成的法布里珀罗谐振腔；光信号滤波器包括体光栅滤波器、光纤光栅滤波器。具体地，光纤型号为SM-TSF-9/125，该单模单包层光纤适合980nm光信号进行纤芯泵浦。
可选地，掺杂光纤利用相位掩膜版在3cm跨度内做了2个完全相同的光栅，这2个光栅区域形成了法布里珀罗谐振腔，并射出具有极窄线宽的光信号，这两个光栅之间的法布里珀罗谐振腔被刻蚀掉，使待测气体能够进入，从而影响折射率，以达到对待测气体成分进行检测的目的。
参阅图3，为一个实施例中光纤气体传感装置的结构示意框图。
在本实施例中，如图3所示，该光纤气体传感装置包括振荡模块320、光强检测模块340及判定模块360，还包括光源调节模块380。
振荡模块320，用于对不同波长的光信号进行振荡频选处理，以获取目标带宽光信号。
光强检测模块340，与所述振荡模块320连接，用于当传感气室中的所述目标带宽光信号与采集的来自电缆接头的待测气体接触后，获取接触后所述目标带宽光信号的光波强度变化量。
判定模块360，与所述光强检测模块340连接，用于当所述光波强度变化量等于或大于预设局部放电故障变化量时，判定所述电缆接头处于局部放电故障状态。
本实施例中振荡模块320、光强检测模块340及判定模块360的描述，请参考附图1及附图1对应实施例中的振荡模块120、光强检测模块140及判定模块160相关描述。
光源调节模块380，通过光源与所述振荡模块320连接，用于根据待测气体的不同特性，调节光源输出所述不同波长的光信号。
光源调节模块380，可以是根据待测气体不同，调节光源输出功率以使光源生成不同波长的光信号的光源管理器。其中，光源可为980nm泵浦光源，在泵浦光源作用下，掺杂光纤可以产生1.54～2μm的宽带光信号。
可选地，光源调节模块380通过调节泵浦光功率，可以改变掺杂光纤输出光信号的波长值，控制系统可实现对该波段光信号的循环扫描。当电缆接头发生局部放电时会有醛类气体产生，该醛类气体如能进入传感气室，对应的光波会发生强度上的变化，通过扫描光波强度变化量可实现对释放气体的检测。利用对不同波长光信号的循环扫描，实现对电缆接头发生局部放电时伴随醛类气体的准确检测，进而实现对电缆接头局部放电故障快速检测，有效提高电缆接头运行可靠性。
参阅图4，为一个实施例中光纤气体传感装置的结构示意框图。
在本实施例中，如图4所示，该光纤气体传感装置包括振荡模块420、光强检测模块440及判定模块460，还包括解调模块430及显示模块450。
振荡模块420，用于对不同波长的光信号进行振荡频选处理，以获取目标带宽光信号。
光强检测模块440，与所述振荡模块420连接，用于当传感气室中的所述目标带宽光信号与采集的来自电缆接头的待测气体接触后，获取接触后所述目标带宽光信号的光波强度变化量。
判定模块460，与所述光强检测模块440连接，用于当所述光波强度变化量等于或大于预设局部放电故障变化量时，判定所述电缆接头处于局部放电故障状态。
本实施例中振荡模块420、光强检测模块440及判定模块460的描述，请参考附图1及附图1对应实施例中的振荡模块120、光强检测模块140及判定模块160相关描述。
解调模块430，与光源、所述振荡模块420连接，用于对光源输出的所述不同波长的光信号进行解调处理，以生成所述解调后的光信号。
显示模块450，与所述解调模块430连接，用于显示所述解调后的光信号。
解调模块430，可以是马赫-曾德尔干涉仪；解调处理，可以是将光信号分裂为两道准直光信号，并经过不同路径与介质传输；解调后的光信号，可以是包含被分裂光信号经过不同路径与介质所产生的相位信息的两道准直光信号；显示模块450，可以是显示屏。本实施例中，通过解调模块430、显示模块450，实现对光源输出光信号的检测，以使光源输出满足不同波长需求的光信号。
参阅图5，为一个实施例中光纤气体传感系统的结构示意框图。
在本实施例中，如图5所示，该光纤气体传感系统包括光源、波分复用器520、气体传感单元540、解调模块530及显示模块550。其中，气体传感单元为振荡模块、光强检测模块及判定模块三者的结合单元。波分复用器520，可以是980/1550nm波分复用器。光源配合波分复用器520，可实现将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着掺杂光纤传输。
在一个实施例中，本申请还提供了一种电缆接头局部放电判定系统。该电缆接头局部放电判定系统包括传感气室、上述实施例中的光纤气体传感装置，其中所述振荡模块、光强检测模块及判定模块三者均设置于所述传感气室中，通过所述传感气室与电缆接头连接。可选地，传感气室也采用空心金属管，通过气孔采集气体。
在一个实施例中，如图6所示，为传感气室在电缆附件内的安装位置示意图。其中，该传感气室已将振荡模块、光强检测模块及判定模块三者封装好，并安装于电缆接头应力锥的电缆接头径向上方。
在一个实施例中，传感气室采用有机高分子材料—聚酰亚胺材料制作而成，可解决现有金属材料制成传感气室的体积过大、难以耦合、无法微型化的问题，拓展了传感气室的微型化运用场景。
需要说明的是，传感气室是金属制成还是有机高分子材料制成，具体根据使用场景进行选取。上述实施例中的光纤气体传感装置的各个模块的划分仅用于举例说明，在其他实施例中，可将光纤气体传感装置按照需要划分为不同的模块，以完成上述光纤气体传感装置的全部或部分功能。
参阅图7，为一实施例中光纤气体传感方法流程示意图。
在本实施例中，该光纤气体传感方法包括步骤702至步骤706。
步骤702，对不同波长的光信号进行振荡频选处理，以获取目标带宽光信号。
步骤704，当传感气室中的所述目标带宽光信号与采集的来自电缆接头的待测气体接触后，获取接触后所述目标带宽光信号的光波强度变化量。
步骤706，当所述光波强度变化量等于或大于预设局部放电故障变化量时，判定电缆接头处于局部放电故障状态。
在本实施中各步骤对应图1中的各执行模块，具体参与图1中及图1中的对应的实施例中的相关描述，此处不再赘述。
可选地，该光纤气体传感方法还包括：
根据待测气体的不同特性，调节光源输出所述不同波长的光信号。
可选地，该光纤气体传感方法还包括：
对光源输出的所述不同波长的光信号进行解调处理，以生成所述解调后的光信号，并显示所述解调后的光信号。
本实施例中提供的光纤气体传感方法，通过对不同波长的光信号进行振荡频选处理，以获取目标带宽光信号；当传感气室中的所述目标带宽光信号与采集的来自电缆接头的待测气体接触后，获取接触后所述目标带宽光信号的光波强度变化量；当所述光波强度变化量等于或大于预设局部放电故障变化量时，判定电缆接头处于局部放电故障状态。从而光纤气体传感装置实现对电缆接头局部放电故障快速检测，有效提高电缆接头运行可靠性，从而保证电力设备状态正常，进而保障电力系统供电可靠性。
应该理解的是，虽然图7的流程图中的各个步骤按照箭头的提示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头提示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图7的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。需要说明的是，上述不同的实施例之间可以进行相互组合。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
对不同波长的光信号进行振荡频选处理，以获取目标带宽光信号；
当传感气室中的所述目标带宽光信号与采集的来自电缆接头的待测气体接触后，获取接触后所述目标带宽光信号的光波强度变化量；
当所述光波强度变化量等于或大于预设局部放电故障变化量时，判定电缆接头处于局部放电故障状态。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
对不同波长的光信号进行振荡频选处理，以获取目标带宽光信号；
当传感气室中的所述目标带宽光信号与采集的来自电缆接头的待测气体接触后，获取接触后所述目标带宽光信号的光波强度变化量；
当所述光波强度变化量等于或大于预设局部放电故障变化量时，判定电缆接头处于局部放电故障状态。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种光纤气体传感装置，其特征在于，包括：
振荡模块，用于对不同波长的光信号进行振荡频选处理，以获取目标带宽光信号；
光强检测模块，与所述振荡模块连接，用于当传感气室中的所述目标带宽光信号与采集的来自电缆接头的待测气体接触后，获取接触后所述目标带宽光信号的光波强度变化量；
判定模块，与所述光强检测模块连接，用于当所述光波强度变化量等于或大于预设局部放电故障变化量时，判定所述电缆接头处于局部放电故障状态。
2.根据权利要求1所述的光纤气体传感装置，其特征在于，所述振荡模块包括：
振荡单元，用于构建谐振腔，并基于所述谐振腔及不同波长的光信号形成激光振荡，以获取所述激光振荡后的光信号；
滤波单元，与所述振荡单元连接，用于对所述激光振荡后的光信号进行滤波处理，以获取所述目标带宽光信号。
3.根据权利要求2所述的光纤气体传感装置，其特征在于，所述振荡单元包括：
光纤、掩膜板，所述光纤基于所述掩膜板在预设区域内，生成多个相同的光栅区域，以构建所述谐振腔。
4.根据权利要求2所述的光纤气体传感装置，其特征在于，所述滤波单元包括：
光信号滤波器、光信号耦合器，所述光信号滤波器与所述光信号耦合器通过熔接方式连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的光纤气体传感装置，其特征在于，还包括：
光源调节模块，用于根据待测气体的不同特性，调节光源输出所述不同波长的光信号。
6.根据权利要求1-4任一项所述的光纤气体传感装置，其特征在于，还包括：
解调模块，用于对光源输出的所述不同波长的光信号进行解调处理，以生成所述解调后的光信号；
显示模块，与所述解调模块连接，用于显示所述解调后的光信号。
7.一种电缆接头局部放电判定系统，其特征在于，包括：
传感气室；
如权利要求1-6任一项所述的光纤气体传感装置，所述振荡模块、光强检测模块及判定模块三者均设置于所述传感气室中，通过所述传感气室与电缆接头连接。
8.根据权利要求7所述的电缆接头局部放电判定系统，其特征在于，所述传感气室安装于电缆接头应力锥的电缆接头径向上方。
9.根据权利要求7所述的电缆接头局部放电判定系统，其特征在于，所述传感气室采用有机高分子材料制作。
10.一种光纤气体传感方法，其特征在于，包括：
对不同波长的光信号进行振荡频选处理，以获取目标带宽光信号；
当传感气室中的所述目标带宽光信号与采集的来自电缆接头的待测气体接触后，获取接触后所述目标带宽光信号的光波强度变化量；
当所述光波强度变化量等于或大于预设局部放电故障变化量时，判定电缆接头处于局部放电故障状态。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211680177.1A CN116148183A (zh) | 2022-12-27 | 2022-12-27 | 光纤气体传感装置、方法及电缆接头局部放电判定系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211680177.1A CN116148183A (zh) | 2022-12-27 | 2022-12-27 | 光纤气体传感装置、方法及电缆接头局部放电判定系统 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116148183A true CN116148183A (zh) | 2023-05-23 |
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ID=86351789
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211680177.1A Pending CN116148183A (zh) | 2022-12-27 | 2022-12-27 | 光纤气体传感装置、方法及电缆接头局部放电判定系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116148183A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024109381A1 (zh) * | 2022-11-24 | 2024-05-30 | 高利通科技（深圳）有限公司 | 一种电缆接头气体测量装置 |
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2022
- 2022-12-27 CN CN202211680177.1A patent/CN116148183A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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