CN117148226A - 基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法及系统 - Google Patents
基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117148226A CN117148226A CN202311105347.8A CN202311105347A CN117148226A CN 117148226 A CN117148226 A CN 117148226A CN 202311105347 A CN202311105347 A CN 202311105347A CN 117148226 A CN117148226 A CN 117148226A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- partial discharge
- sensing
- emergent
- fixed beam
- 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.)
- Pending
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 160
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 35
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 18
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 18
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 18
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 13
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 10
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 10
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 9
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 claims description 7
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008447 perception Effects 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 8
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 7
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 7
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000026676 system process Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
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
- G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
- G01R31/62—Testing of transformers
-
- 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
-
- 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
- G01R31/1227—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 of components, parts or materials
- G01R31/1263—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 of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Testing Relating To Insulation (AREA)
Abstract
本发明涉及电力设备在线监测与故障诊断技术领域，具体地说，涉及基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法及系统。包括：制作固定梁传感元件；将固定梁传感元件安放在电力变压器内部；激光源发射激光，经入射传感光纤与出射传感光纤后被光电探测器接收；局部放电所产生的声信号使固定梁传感元件产生特定频率振动并引发形变；入射传感光纤与出射传感光纤随着固定梁传感元件发生形变；探测出射传感光纤输出光信号的变化；信号处理与分析系统分析得到变压器内部的局部放电信息。本发明设计采用光纤传感器配合弹性矩形板测量由局部放电产生的声信号，实现对局部放电声波的精准感知，满足电力变压器的局部放电检测的要求。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备在线监测与故障诊断技术领域，具体地说，涉及基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法及系统。
背景技术
随着经济的发展和人口的增长，我国对能源需求在迅速增加。为了缓解这种巨大且逐渐增加的电力需求，在有效利用现有基础设施的基础上，需要扩大装机容量，建立一个清洁、稳定和健康的电力系统。变压器作为电力系统的重要电力设备，其健康状态对建设可靠高效的电力系统具有重大意义。作为一个高压设备，变压器要承受一些内外部压力，这将导致绝缘的加速恶化。而绝缘损坏是导致变压器故障的主要原因。局部放电被认为是绝缘损坏的最重要的标志和迹象。因此，可以通过在线监测局部放电实现对变压器的状态评估。
绝缘材料内部的局部放电常伴随多种现象，如产生电流脉冲、发射热、光、声、电磁波等，通过化学反应形成溶解气体等，对任一现象特征监测都可以识别出局部放电。信号声学局部放电检测是高压电力设备状态监测的最有效的方法之一。由于从局部放电源发射的高频超声波具有高衰减性，因此当传感器安装在高压设备的内部时，声学局部放电检测是非常有效和可靠的。通常，声学局部放电检测是基于压电传感器进行的，这种传感器对由高压端子引起的电磁干扰非常敏感，此外，压电传感器使用放大器来传输记录的高频电信号，这需要用于电线的附加绝缘，增加了整个系统的复杂性。许多研究人员提出了基于光纤布拉格光栅(FBG)的声学传感器用于状态监测。因不受电磁干扰的影响，体积小，结构紧凑并能在恶劣的环境中工作，基于FBG的传感器已被应用于检测电力变压器的局部放电。
但是该检测方法需昂贵的FBG分析仪或光谱分析仪以及激光源，增加了局部放电检测成本。鉴于此，我们提出了基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法及系统。
发明内容
本发明的目的在于提供基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法，包括如下步骤：
S1、使用粒子群优化PSO算法确定固定梁传感元件的具体参数；使用环氧树脂按照所得参数制作固定梁传感元件；
S2、将固定梁传感元件通过第一固定装置、第二固定装置稳固安放在电力变压器内部；
S3、激光源发射激光，经入射传感光纤与出射传感光纤后被光电探测器接收；
S4、变压器内部局部放电所产生的声信号使固定梁传感元件产生特定频率振动并引发形变；
S5、入射传感光纤与出射传感光纤随着固定梁传感元件发生形变，入射传感光纤和出射传感光纤的耦合度随之改变，出射传感光纤输出的光信号强度发生变化；
S6、探测出射传感光纤输出光信号的变化，输出相应电压信号至信号处理与分析系统；
S7、信号处理与分析系统对光电探测器输出的电压信号进行处理分析，解调得到变压器内部的局部放电信息。
作为本技术方案的进一步改进，所述步骤S1中的固定梁传感元件由环氧树脂制作，具体参数使用PSO算法确定，其阻尼振荡频率接近40kHz；其中，在制作固定梁传感元件时，使用环氧粘合剂将入射传感光纤与出射传感光纤紧密粘合在固定梁传感元件表面中间位置，以确保光纤端部正确切割并对准。
作为本技术方案的进一步改进，所述步骤S2和步骤S3中，固定梁传感元件与入射传感光纤、出射传感光纤的一部分安装在变压器内部。
作为本技术方案的进一步改进，所述步骤S3中，入射传感光纤与出射传感光纤固定于固定梁传感元件表面，当固定梁传感元件发生形变，入射传感光纤与出射传感光纤同步发生形变并导致耦合度发生变化。
作为本技术方案的进一步改进，在所述步骤S4和步骤S5中，变压器内部局部放电产生的声信号引起固定梁传感元件形变，改变入射传感光纤与出射传感光纤的耦合关系，进而改变出射传感光纤输出到光电探测器的光信号的强度。
作为本技术方案的进一步改进，在所述步骤S6和步骤S7中，使用光电探测器探测出射传感光纤输出光信号的变化，经过滤波处理后进行信号解调，得到变压器内部局部放电的频率和强度信息。
本发明的目的之二在于，提供了基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测系统，该系统用于实现上述的基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法的检测步骤，包括激光源、入射传感光纤、第一固定装置、固定梁传感元件、第二固定装置、出射传感光纤、光电探测器和信号采集与处理系统；其中：
所述激光源、所述入射传感光纤、所述出射传感光纤、所述光电探测器依次连接形成光信号通路；
所述入射传感光纤、所述出射传感光纤部分粘贴在所述固定梁传感元件的表面；
所述固定梁传感元件通过所述第一固定装置、所述第二固定装置固定于变压器内部；
所述光电探测器的光信号输入端和所述出射传感光纤连接，所述光电探测器的电信号输出端与所述信号采集与处理系统连接。
作为本技术方案的进一步改进，所述入射传感光纤和所述出射传感光纤部分使用环氧粘合剂紧固地粘贴在所述固定梁传感元件的表面，所述入射传感光纤部分穿过所述第一固定装置和所述激光源连接，所述出射传感光纤部分穿过所述第二固定装置和所述光电探测器连接。
作为本技术方案的进一步改进，所述入射传感光纤和所述出射传感光纤需要正确切割并对准，具有高耦合系数；所述光电探测器能够把经由所述出射传感光纤到达的光信号转变为电信号。
作为本技术方案的进一步改进，所述信号采集及处理系统主要包括信号采集、信号滤波和信号解调，主要功能为采集并处理所述光电探测器输出的电压信号，通过滤波降低噪声的影响，实现信号的原始处理，能够基于光信号解调出变压器内部局部放电相关信息。
本发明的目的之三在于，提供了一种变压器局部放电检测系统运行平台装置，包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现上述的基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测系统及方法的步骤。
本发明的目的之四在于，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测系统及方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.该基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测系统中，基于局部放电传感原理，研制了局部放电传感器，具有成本低、抗电磁干扰、灵敏度高等优点，具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、成本低优点，可置于电力变压器内部使用；采用光纤传感器配合弹性矩形板测量由局部放电产生的声信号，实现对变压器局部放电的检测；
2.该基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法中，主传感元件采用弹性矩形片，其阻尼振荡频率与局部放电生产的声波频率同步；采用弹性矩形片感知局部放电发射的声波信号，在局部放电产生的声波作用下，粘贴在矩形片表面的光纤传感器的耦合系数随着矩形片的形变而发生改变，光电探测器的输出电信号随着输入光信号强度的衰减而变化，导致光电探测器接收的光信号强度有损耗，继而影响信号采集与分析系统测得的电信号，通过信号采集和分析系统处理，解调出光信号强度信息，实现对局部放电声波的精准感知，满足电力变压器的局部放电检测的要求。
附图说明
图1为本发明中示例性的变压器局部放电检测系统示意图；
图2为本发明中示例性的变压器局部放电检测方法流程图；
图3为本发明中示例性的变压器局部放电检测系统实例示意图；
图4为本发明中示例性的电子计算机产品装置结构图。
图中：
1、激光源；2、入射传感光纤；3、第一固定装置；4、固定梁传感元件；5、第二固定装置；6、出射传感光纤；7、光电传感器；8、信号采集与处理系统。
具体实施方式
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、完整的描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测系统，该系统主要包括激光光源、传感光纤、光电探测装置、固定梁结构参数，检测系统的传感部分由主传感器元件和粘贴在主传感器表面的光纤传感器构成，主传感元件设计了一个具预定尺寸的弹性矩形片，形成固定的梁状结构。当局部放电的声波信号入射到主传感器上时，主传感器的感应元件开始振动，那么放在主传感元件上的光纤-光纤耦合器也会振动。当固定梁因振动而发生偏转，光纤-光纤耦合的耦合系数也将发生变化。因此，在入射和出射光纤之间耦合的光的强度随着由局部放电产生的声波引起的振动变化而变化。进而，依据光电探测器的电信号输出，通过信号解调单元解调出光信号强度实现对变压器局部放电活动可靠检测。
本实施例的检测系统具体可细化为：包括激光源1、入射传感光纤2、第一固定装置3、固定梁传感元件4、第二固定装置5、出射传感光纤6、光电探测器7和信号采集与处理系统8；其中：
激光源1、入射传感光纤2、出射传感光纤6、光电探测器7依次连接形成光信号通路；
入射传感光纤2、出射传感光纤6部分粘贴在固定梁传感元件4的表面；
固定梁传感元件4通过第一固定装置3、第二固定装置5固定于变压器内部；
光电探测器7的光信号输入端和出射传感光纤6连接，光电探测器7的电信号输出端与信号采集与处理系统8连接。
本实施例中，作为激光光源的激光源1选用ASE激光源LSM-ASE-CF10，其波长范围为1530-1560nm，输出光功率为20dBm，光谱平坦度为1.6Db，调节步长为0.1dB；
同时，光电探测器7的型号为2053-FC-M，其波长范围为900-1700nm，最大转换增益为18.8×106V/W，峰值响应度为1.0A/V，上升时间为80ns。
进一步地，为了开发出复合设计要求的固定梁，使用弹簧、质量和阻尼模型来研究梁的等效模型。由于传感器工作在变压器油箱内，因此还考虑了粘滞阻尼模型。其中，固定梁的质量、阻尼和弹簧常数的表达式如下：
M＝lbwp (1)
其中，式(1)中，M为设计梁的质量，取决于梁的长度l、宽度b、高度w和材料的密度p；式(2)中，在模型参数阻尼B的表达式中，μ为绝缘油的动态粘度，L是油层的高度；式(3)中，E为梁材料的杨氏模量，v为梁材料的泊松比，σ为可调预应力，k为弹簧常数。
进一步地，对等效弹簧、质量和阻尼器模型进行分析，以获取多设计梁的阻尼振荡频率。因此，欠阻尼条件下的振荡频率f可表示为：
式(4)中，M为设计梁的质量，B为固定梁的参数阻尼。
优选地，为了确定所设计传感器的尺寸和材料，使其能够成功检测变压器内部局部放电而产生的高频信号，引入粒子群优化算法工具。相对于40kHz的期望阻尼振荡频率进行优化。因此，从PSO算法优化结果中提取所有参数合适的取值范围。取值范围如下：梁的长度应在5mm～50mm之间，固定梁的宽度和高度应在0.5mm～5mm之间，梁材料的密度确定在500kg/m3～1200kg/m3之间。基于多设计的传感器的应用，梁材料的杨氏模量应在8×107Pa～8×1010Pa，泊松比考虑在0.3-0.35之间，梁上的双轴应力考虑在1×103(Pa)-1×1014(Pa)。在侵入式应用中，具有高介电强度和良好各向同性弹性的材料被认为是设计主传感元件的最佳匹配材料。因此本方案中选用环氧树脂作为固定梁的材料。
本实施例中，激光源1输出泵浦激光，激光源1产生的激光经过入射传感光纤2与出射传感光纤6后被光电传感器7接收。
具体地，固定梁传感元件4是由环氧树脂制成的弹性矩形板，通过第一固定装置3和第二固定装置5固定在变压器内部。为了消除低频噪声的影响，固定梁传感元件4的阻尼振荡频率应在40kHz左右。长度应在5mm～50mm之间，宽度应在5mm～50mm之间，密度应在500kg/m3～1200kg/m3之间，所用环氧树脂材料的杨氏模量应在8×107Pa～8×1010Pa之间。
进一步地，第一固定装置3和第二固定装置5由环氧树脂制成，能够将固定梁传感元件4可靠固定在变压器内部，同时设计有能够分别让入射传感光纤2与出射传感光纤6穿过的小孔，入射传感光纤2从变压器外部经第一固定装置3后粘贴在固定梁传感元件4的表面，出射传感光纤6从固定梁传感元件4的表面经第二固定装置5后与光电探测器7连接。
本实施例中，入射传感光纤2和出射传感光纤6部分使用环氧粘合剂紧固地粘贴在固定梁传感元件4的表面，入射传感光纤2部分穿过第一固定装置3和激光源1连接，出射传感光纤6部分穿过第二固定装置5和光电探测器7连接。
进一步地，入射传感光纤2和出射传感光纤6需要正确切割并对准，以获得尽可能高的耦合系数；光电探测器7能够把经由出射传感光纤6到达的光信号转变为电信号。
本实施例中，信号采集及处理系统8主要包括信号采集、信号滤波和信号解调，主要功能为采集并处理光电探测器7输出的电压信号，通过滤波降低噪声的影响，实现信号的原始处理，能够基于光信号解调出变压器内部局部放电相关信息。
具体地，检测系统中，入射传感光纤2、第一固定装置3、第二固定装置5、固定梁传感元件4和出射传感光纤6均由具有高介电强度的材料制成，包括入射传感光纤2、第一固定装置3、第二固定装置5、固定梁传感元件4和出射传感光纤6的局放传感单元能够安置在电力变压器的内部。
当变压器内部发生局部放电时，产生的声信号会使固定梁传感元件4发生特定频率的振动。固定梁传感元件4由于振动而产生形变，其形变量与因为局部放电而产生的声信号的强弱和频率相关。当固定梁传感元件4产生形变时，贴合在其表面的入射传感光纤2与出射传感光纤6也会发生同步的形变，因此它们之间的耦合关系也会随之发生变化，最终导致光电传感器7所接收到的光信号发生变化，通过信号采集与处理系统8分析光电传感器7的输出信号可实现变压器内部局部放电的测量。
如图2-图3所示，本实施例还提供了基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法，包括上述的基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测系统，具体方法包括如下步骤。
S1、使用粒子群优化PSO算法确定固定梁传感元件4的具体参数；使用环氧树脂按照所得参数制作固定梁传感元件4；使用环氧粘合剂将入射传感光纤2与出射传感光纤6紧密粘合在固定梁传感元件4表面中间位置，确保光纤端部正确切割并对准，校验两根光纤之间的耦合效率。
本步骤中，固定梁传感元件4由环氧树脂制作，具体参数使用PSO算法确定，其阻尼振荡频率接近40kHz；其中，在制作固定梁传感元件4时，使用环氧粘合剂将入射传感光纤2与出射传感光纤6紧密粘合在固定梁传感元件4表面中间位置，以确保光纤端部正确切割并对准。
S2、将固定梁传感元件4通过第一固定装置3、第二固定装置5稳固安放在电力变压器内部；
固定梁传感元件4与入射传感光纤2、出射传感光纤6的一部分安装在变压器内部。
S3、激光源1发射激光，经入射传感光纤2与出射传感光纤6后被光电探测器7接收；
入射传感光纤2与出射传感光纤6固定于固定梁传感元件4表面，当固定梁传感元件4发生形变，入射传感光纤2与出射传感光纤6同步发生形变并导致耦合度发生变化。
S4、变压器内部局部放电所产生的声信号使固定梁传感元件4产生特定频率振动并引发形变；
S5、入射传感光纤2与出射传感光纤6随着固定梁传感元件发生形变，入射传感光纤和出射传感光纤的耦合度随之改变，出射传感光纤6输出的光信号强度发生变化；
变压器内部局部放电产生的声信号引起固定梁传感元件4形变，改变入射传感光纤2与出射传感光纤6的耦合关系，进而改变出射传感光纤6输出到光电探测器7的光信号的强度。
S6、探测出射传感光纤6输出光信号的变化，输出相应电压信号至信号处理与分析系统8；
S7、信号处理与分析系统8对光电探测器7输出的电压信号进行处理分析，解调得到变压器内部的局部放电信息；
使用光电探测器7探测出射传感光纤6输出光信号的变化，经过滤波处理后进行信号解调，得到变压器内部局部放电的频率和强度信息。
进一步地，本实施例的检测方法还可以进一步归纳为：
步骤1、激光光源发出的光经入射传感光纤2与出射传感光纤6被光电探测器7接收，固定梁传感元件4因局部放电产生的声信号作用而形变，粘贴在固定梁传感元件4表面的光纤传感器的入射光和出射光耦合系数发生改变，光电探测器7的输出电信号由于接收出射传感光纤6的光信号变化而变化，利用信号采集和分析系统8解调光电探测器7输出电信号，进一步实现局部放电检测；
步骤2、将固定梁传感元件4、输入传感光纤2、输出传感光纤6组成的传感单元放入测试变压器中；外施声波作用于固定梁传感元件4时，信号采集与分析系统8采集光电探测器7的输出电信号，通过解调出光信号强度检测局部放电。
如图4所示，本实施例还提供了一种变压器局部放电检测系统运行平台装置，该装置包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序。
处理器包括一个或一个以上处理核心，处理器通过总线与存储器相连，存储器用于存储程序指令，处理器执行存储器中的程序指令时实现上述的基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测系统及方法的步骤。
可选的，存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测系统及方法的步骤。
可选的，本发明还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测系统及方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例的全部或部分步骤的过程可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。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仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，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.基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、使用粒子群优化PSO算法确定固定梁传感元件(4)的具体参数；使用环氧树脂按照所得参数制作固定梁传感元件(4)；
S2、将固定梁传感元件(4)通过第一固定装置(3)、第二固定装置(5)稳固安放在电力变压器内部；
S3、激光源(1)发射激光，经入射传感光纤(2)与出射传感光纤(6)后被光电探测器(7)接收；
S4、变压器内部局部放电所产生的声信号使固定梁传感元件(4)产生特定频率振动并引发形变；
S5、入射传感光纤(2)与出射传感光纤(6)随着固定梁传感元件发生形变，入射传感光纤和出射传感光纤的耦合度随之改变，出射传感光纤(6)输出的光信号强度发生变化；
S6、探测出射传感光纤(6)输出光信号的变化，输出相应电压信号至信号处理与分析系统(8)；
S7、信号处理与分析系统(8)对光电探测器(7)输出的电压信号进行处理分析，解调得到变压器内部的局部放电信息。
2.根据权利要求1所述的基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法，其特征在于：所述步骤S1中的固定梁传感元件(4)由环氧树脂制作，具体参数使用PSO算法确定；其中，在制作固定梁传感元件(4)时，使用环氧粘合剂将入射传感光纤(2)与出射传感光纤(6)紧密粘合在固定梁传感元件(4)表面中间位置，以确保光纤端部正确切割并对准。
3.根据权利要求2所述的基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法，其特征在于：所述步骤S2和步骤S3中，固定梁传感元件(4)与入射传感光纤(2)、出射传感光纤(6)的一部分安装在变压器内部。
4.根据权利要求3所述的基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法，其特征在于：所述步骤S3中，入射传感光纤(2)与出射传感光纤(6)固定于固定梁传感元件(4)表面，当固定梁传感元件(4)发生形变，入射传感光纤(2)与出射传感光纤(6)同步发生形变并导致耦合度发生变化。
5.根据权利要求4所述的基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法，其特征在于：在所述步骤S4和步骤S5中，变压器内部局部放电产生的声信号引起固定梁传感元件(4)形变，改变入射传感光纤(2)与出射传感光纤(6)的耦合关系，进而改变出射传感光纤(6)输出到光电探测器(7)的光信号的强度。
6.根据权利要求5所述的基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法，其特征在于：在所述步骤S6和步骤S7中，使用光电探测器(7)探测出射传感光纤(6)输出光信号的变化，经过滤波处理后进行信号解调，得到变压器内部局部放电的频率和强度信息。
7.基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测系统，该系统用于实现权利要求1-6任一所述的基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法的检测步骤，其特征在于：包括激光源(1)、入射传感光纤(2)、第一固定装置(3)、固定梁传感元件(4)、第二固定装置(5)、出射传感光纤(6)、光电探测器(7)和信号采集与处理系统(8)；其中：
所述激光源(1)、所述入射传感光纤(2)、所述出射传感光纤(6)、所述光电探测器(7)依次连接形成光信号通路；
所述入射传感光纤(2)、所述出射传感光纤(6)部分粘贴在所述固定梁传感元件(4)的表面；
所述固定梁传感元件(4)通过所述第一固定装置(3)、所述第二固定装置(5)固定于变压器内部；
所述光电探测器(7)的光信号输入端和所述出射传感光纤(6)连接，所述光电探测器(7)的电信号输出端与所述信号采集与处理系统(8)连接。
8.根据权利要求7所述的基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测系统，其特征在于：所述入射传感光纤(2)和所述出射传感光纤(6)部分使用环氧粘合剂紧固地粘贴在所述固定梁传感元件(4)的表面，所述入射传感光纤(2)部分穿过所述第一固定装置(3)和所述激光源(1)连接，所述出射传感光纤(6)部分穿过所述第二固定装置(5)和所述光电探测器(7)连接。
9.根据权利要求8所述的基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测系统，其特征在于：所述入射传感光纤(2)和所述出射传感光纤(6)需要正确切割并对准，具有高耦合系数；所述光电探测器(7)能够把经由所述出射传感光纤(6)到达的光信号转变为电信号。
10.根据权利要求9所述的基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测系统，其特征在于：所述信号采集及处理系统(8)主要包括信号采集、信号滤波和信号解调，主要功能为采集并处理所述光电探测器(7)输出的电压信号，通过滤波降低噪声的影响，实现信号的原始处理，能够基于光信号解调出变压器内部局部放电相关信息。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311105347.8A CN117148226A (zh) | 2023-08-30 | 2023-08-30 | 基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311105347.8A CN117148226A (zh) | 2023-08-30 | 2023-08-30 | 基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法及系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117148226A true CN117148226A (zh) | 2023-12-01 |
Family
ID=88903938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311105347.8A Pending CN117148226A (zh) | 2023-08-30 | 2023-08-30 | 基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117148226A (zh) |
-
2023
- 2023-08-30 CN CN202311105347.8A patent/CN117148226A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| 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 | |
| US7042228B2 (en) | Transducer in-situ testing apparatus and method | |
| Moccia et al. | Resonant hydrophones based on coated fiber Bragg gratings | |
| US4530078A (en) | Microbending fiber optic acoustic sensor | |
| EP3812710B1 (en) | Fiber optic sensing system for grid-based assets | |
| CN102419348B (zh) | 一种基于光纤布拉格光栅的声发射信号功率型无损检测方法 | |
| CN104848980B (zh) | 基于光纤传感的桥梁拉索索力在线检测方法与系统 | |
| US6483619B1 (en) | Optical-interference microphone | |
| Zhang et al. | Oil‐paper insulation partial discharge ultrasonic multifrequency sensing array based on fibre‐optic Fabry–Perot sensor | |
| EP3812711A2 (en) | Fiber optic sensing system for grid-based assets | |
| CN103048039A (zh) | 分布式宽光谱光纤干涉振动传感系统的频响标定装置 | |
| CN106353407A (zh) | 一种光纤光栅声发射检测系统 | |
| Chen et al. | Response bandwidth design of fabry-perot sensors for partial discharge detection based on frequency analysis | |
| CN201749080U (zh) | 基于分布反馈光纤激光器的光声光谱气体检测系统 | |
| CN104819769B (zh) | 一种基于偏振奇点光束激光散斑的振动测量装置 | |
| CN203053562U (zh) | 分布式宽光谱光纤干涉振动传感系统的频响标定装置 | |
| CN117148226A (zh) | 基于强度调制型光纤传感器的变压器局部放电检测方法及系统 | |
| CN101936878A (zh) | 基于分布反馈光纤激光器的光声光谱气体检测系统 | |
| KR101391140B1 (ko) | 비선형 파라미터 측정을 위한 초음파 탐촉자 및 이를 포함하는 비선형 파라미터 측정 장치 | |
| CN115144712A (zh) | 一种局部放电光学超声检测系统 | |
| CN2708279Y (zh) | 光纤光栅微振动传感测试仪 | |
| CN104204793A (zh) | 基于rfid的远程材料分析系统和方法 | |
| CN113419079A (zh) | 一种基于短接贴片天线的结构加速度检测装置 | |
| CN113777549A (zh) | 基于压电陶瓷原理的光学互感器局部振动试验方法和装置 | |
| Song et al. | Research on a new fiber bragg grating partial discharge sensor based on coupling cone and diaphragm packaging |
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 |