CN117783784A - 一种绝缘隐患检测设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种绝缘隐患检测设备，包括：生光组件，用于生成初始光信号，输出端分别输出第一初始光信号和第二初始光信号；对照光路组件，其输入端用于接收第一初始光信号，其输出端用于输出第一光信号；测试光路组件，测试光路组件中包括用于获取第一声波信号和第二声波信号的石英音叉谐振器；耦合装置，用于将第一光信号和第二光信号进行耦合；当石英音叉谐振器获取到第一声波信号或第二声波信号时，干涉光信号相位差大于设定值；隐患判断组件，用于对干涉光信号相位差进行判断，当其大于设定值时，判断为存在绝缘隐患；当其小于设定值时，判断为不存在绝缘隐患。该绝缘隐患检测设备可以提升具有气体绝缘开关的电网设施的使用安全性。
Description
技术领域
本申请一般涉及电力系统设备技术领域，尤其涉及一种绝缘隐患检测设备。
背景技术
气体绝缘开关设备采用单相封装结构，因其良好的空间灵活性，常被运用于变电站设施或其他电网常用设施中。为了保障其使用安全性，在投入使用前需要对其进行绝缘性监测。原理为，使用绝缘隐患检测设备对气体绝缘开关进行检测，预通电后如果气体绝缘开关中存在绝缘隐患时，该位置会产生相应的局部放电现象，而上述局部放电现象会产生相应的电磁波或声波等信号。绝缘隐患检测设备通过对上述电磁波或声波信号的捕获，便可判断绝缘隐患的存在，后续再通过其他方式将上述绝缘隐患排除，使得应用该气体绝缘开关的电网设施得以安全运行。现有的绝缘隐患检测设备一般为特高频检测设备或超声检测设备，上述检测设备必须通过捕获绝缘开关内绝缘隐患产生的局部放电产生的电磁波段或声波来判定绝缘隐患的存在，但当绝缘开关内体积较小的绝缘隐患在检测设备的作用下不产生局部放电时，其便不能判断该绝缘隐患的存在，如此便会造成该绝缘开关在使用时产生较大安全性问题。综上，如何改进绝缘隐患检测设备，可以使绝缘开关内的绝缘隐患不论是否在检测过程中发生局部放电，均能够被准确的判定出来已成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种可以提升具有气体绝缘开关的电网设施使用安全性的绝缘隐患检测设备。
具体技术方案如下，包括：
生光组件，所述生光组件用于生成初始光信号，并在其输出端分别输出第一初始光信号和第二初始光信号；
对照光路组件，其输入端用于接收所述第一初始光信号，其输出端用于输出第一光信号；
测试光路组件，其输入端用于接收所述第二初始光信号，其输出端用于输出第二光信号，所述测试光路组件中包括用于获取第一声波信号和第二声波信号的石英音叉谐振器，所述第一声波信号是由绝缘开关中绝缘隐患放电产生的，所述第二声波信号是由绝缘开关中绝缘隐患振动产生的；
耦合装置，所述耦合装置用于将所述第一光信号和所述第二光信号进行耦合，以使二者发生干涉并生成干涉光信号；当所述石英音叉谐振器获取到所述第一声波信号或所述第二声波信号时，所述干涉光信号相位差大于设定值；
隐患判断组件，所述隐患判断组件用于接收所述干涉光信号，并对所述干涉光信号相位差进行判断，当其大于所述设定值时，判断为该绝缘开关中存在绝缘隐患；当其小于所述设定值时，判断为该绝缘开关中不存在绝缘隐患。
作为本申请的进一步限定，所述隐患判断组件包括：
光电转换装置，所述光电转换装置设于所述隐患判断组件的输入端，用于将所述干涉光信号转化为待判断电信号；
差异判断装置，所述差异判断装置用于根据所述待判断电信号是否为隐患电信号，所述隐患电信号对应的所述干涉光信号的相位差大于所述设定值。
作为本申请的进一步限定，所述光电转换装置与所述差异判断装置之间还设有噪声过滤装置，用于对所述待判断电信号中的干扰电信号进行过滤，所述干扰电信号是由所述光电转换装置根据所述干涉光信号中的干扰光信号转换而来的；所述干扰光信号是由外界干扰作用于所述对照光路组件或所述测试光路组件引起的，并对所述干涉光信号产生相应影响而生成的。
作为本申请的进一步限定，所述测试光路组件还包括：
第二光纤，所述第二光纤设于所述测试光路组件的始端，其一端既作为所述测试光路组件的输入端，又作为所述测试光路组件的输出端，其另一端连接于所述石英音叉谐振器；
局部放电机构，所述局部放电机构用于与所述绝缘开关内部的绝缘隐患发生反应，并生成局部放电，所述局部放电产生所述第一声波信号；
第二法拉第反射镜，所述第二法拉第反射镜设于所述测试光路组件的末端，用于对入射的光信号进行反射，以使所述第二光信号由所述第二光纤的一端输出。
作为本申请的进一步限定，所述对照光路组件包括：
第一光纤，所述第一光纤设于所述对照光路组件的始端，其一端既作为所述对照光路组件的输入端，又作为所述对照光路组件的输出端；
第一法拉第反射镜，所述第一法拉第反射镜设于所述测试光路组件的末端，用于对入射的光信号进行反射，以使所述第一光信号由所述第一光纤的一端输出。
作为本申请的进一步限定，所述生光组件包括：
光源装置，所述光源装置设于所述生光组件的始端，用于产生原始光信号；
信号放大装置，所述信号放大装置的输入端连接于所述光源装置的输出端，用于将所述原始光信号信号的功率进行放大，以输出所述初始光信号；
分光装置，所述分光装置用于将所述初始光信号分割为所述第一初始光信号和所述第二初始光信号。
作为本申请的进一步限定，还包括：监控装置，所述监控装置连接于所述差异判断装置的输出端，用于根据所述判断结果决定是否向客户端进行报警。
本申请有益效果在于：
为了能够使绝缘隐患检测设备既能用于判定发生局部放电的绝缘隐患，又能判定不发生局部放电的绝缘隐患，本申请提供的方案中通过设置具有既能识别绝缘隐患产生的局部放电相应的高频声波信号，又能识别不发生局部放电的绝缘隐患产生振动的声波信号特性石英音叉谐振器的声波信号捕获组件。这样，相对于现有技术中只能判定发生局部放电产生的声波信号的检测装置，该检测设备对气体绝缘开关中各种绝缘隐患均能实现精确判定，进而可以有效提升应用该检测设备检测后的气体绝缘开关的电网设施的安全性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请实施例提供的绝缘隐患检测设备的结构示意图；
图2为图1中绝缘隐患检测设备测出的与第二声波信号对应的待判断电信号示意图；
图3为图1中绝缘隐患检测设备测出的与第一声波信号对应的待判断电信号示意图。
图中标号：1，光源；2，光隔离器；3，气密FC-APC光纤法兰；4，掺铒光纤放大器；5，光纤耦合器；6，单模光纤；7，石英音叉谐振器；8，光电探测器；9，带通滤波器；10，数据采集卡；11，计算机；12，声波信号；13，第一法拉第反射镜；14，第二法拉第反射镜；15，气密接口；16，气体绝缘金属封闭开关设备；17，局部放电系统；18，监控室；19，法兰盘。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请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相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1，为本实施例提供的一种绝缘隐患检测设备的结构示意图，包括：由光源(1)、光隔离器(2)、气密FC-APC光纤法兰(3)、掺铒光纤放大器(4)和光纤耦合器(5)组成的所述生光组件，其中光纤耦合器(5)即为所述耦合装置和所述分光装置的结合装置；由单模光纤(6)和第一法拉第反射镜(13)组成的所述对照光路组件；由石英音叉谐振器(7)、局部放电系统(17)、气密接口(15)和第二法拉第反射镜(14)组成的所述测试光路组件；和由光电探测器(8)、带通滤波器(9)、数据采集卡(10)和计算机(11)组成的所述隐患判断组件。
上述绝缘隐患检测设备在待检测的气体绝缘金属封闭开关设备(16)在其内部的法兰盘(19)处融合，石英音叉谐振器(7)贴合在法兰盘(19)上，接收局部放电系统(17)产生的声波信号(12)，该声波信号可以为大于设定体积的绝缘隐患产生的，也可以是小于设定体积的绝缘隐患产生的。石英音叉谐振器(7)在单模光纤(6)两端依次连接光纤耦合器(5)和第二法拉第反射镜(14)，通过在法兰盘(19)处设计的气密接口(15)，将单模光纤(6)引入气体绝缘金属封闭开关设备(16)设备内部，光纤尾端为第二法拉第反射镜(14)。
图1中的光源(1)发出的光依次通过光隔离器(2)、掺铒光纤放大器(4)、光纤耦合器(5)、单模光纤(6)、第一法拉第反射镜(13)和光纤耦合器(5)至光电探测器(8)处形成所述第一光信号，所述光源(1)发出的光依次通过光隔离器(2)、掺铒光纤放大器(4)、光纤耦合器(5)、单模光纤(6)、石英音叉谐振器(7)、第二法拉第反射镜(14)、石英音叉谐振器(7)和光纤耦合器(5)至光电探测器(8)形成第二光信号。
光源(1)为可调谐激光器，用于提供原始光信号，波长为适合光纤通信的1550nm，组织穿透性好，并具有良好的可调谐能力，所述可调谐激光器具体设计参数依据待检测气体绝缘金属封闭开关设备(16)设备环境确定。
光隔离器(2)只允许光向一个方向通过而阻止向相反方向通过的无源器件，对光的方向进行限制，能够隔离被反射回来的光，使光束只能单方向传输，提高光波传输效率。
光隔离器(2)输出光波通过气密FC-APC光纤法兰(3)连接输送到掺铒光纤放大器(4)中，所述掺铒光纤放大器(4)起直接放大光信号的效果，提高光信号功率，传感器性能随激励光源功率的增强而提高，进而得到局部放电信号增强的效果。
光纤耦合器(5)为3dB的2×2型光纤耦合器，分光比为1：1，将激光束有效地传输、耦合聚焦到所需两路光信号中。其中，双向耦合器一路为对照光路，另一路为测试光路；
对照光路输入的为第一光信号，如果没有噪声干扰的情况下，其在指定参数上与所述第一初始光信号大致相同，测试光路置于待检测气体绝缘金属封闭开关设备(16)设备处，受扰后影响第二初始光信号的指定参数值，导致第二光信号与第一光信号在指定参数上发生差异。
第二光信号沿所述测试光路传输，局部放电系统(17)中的针形电极由于绝缘隐患原因产生局部放电信号后，具有特定频带范围的声波信号(12)传输到所述石英音叉谐振器(7)处，所述石英音叉谐振器(7)达到其共振频率后，在绝缘隐患检测设备附近产生聚集性振动，从而影响了空气密度的改变、光纤内部结构参数的变化，产生声波调制，影响光信号的传输，使第二初始光信号变化为第二光信号(即便不受上述声波影响，第二初始光信号在经过所述石英音叉谐振器(7)后，也同样称为第二光信号。)，经第一法拉第反射镜(13)两路光信号反向传输至光电探测器(8)处发生干涉。
第一法拉第反射镜(13)将光路反射的同时保持两路光束稳定的偏振态，从而提升检测性能。
石英音叉谐振器(7)为封装好的石英材质谐振器，具有可定制特定频率，使用前将其无接触式分离，体积小，受环境影响小，易于安装固定在待检测系统中。
光电探测器(8)波段为800-1700nm，光电探测器(8)的感光面接收上述两路具有相位差的信号后，经光电转换放大输出电信号。
第一电信号和第二电信号经带通滤波器器(9)滤波对光电探测器(8)输出的局部放电信号进行降噪处理，滤除超声频率范围外干扰信号，提升检测信噪比，再由数据采集卡(10)采集至计算机(11)进行数字信号处理。
数据采集采用自制多功能模块数据采集卡(10)，在Labview平台上实现AD连续采集。
由局部放电引起变化的光信号通过干涉的方式进行解调，所述解调采用相位解调法，解调输出待检测气体绝缘金属封闭开关设备(16)设备内部的局部放电信号，通过计算机(11)中内网无线通讯方式将解调输出的局部放电信号远程传输到监控室(18)内，实现对由绝缘隐患引起的局部放电的光学超声检测。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (7)
1.一种绝缘隐患检测设备，其特征在于，包括：
生光组件，所述生光组件用于生成初始光信号，并在其输出端分别输出第一初始光信号和第二初始光信号；
对照光路组件，其输入端用于接收所述第一初始光信号，其输出端用于输出第一光信号；
测试光路组件，其输入端用于接收所述第二初始光信号，其输出端用于输出第二光信号，所述测试光路组件中包括用于获取第一声波信号和第二声波信号的石英音叉谐振器，所述第一声波信号是由绝缘开关中绝缘隐患放电产生的，所述第二声波信号是由绝缘开关中绝缘隐患振动产生的；
耦合装置，所述耦合装置用于将所述第一光信号和所述第二光信号进行耦合，以使二者发生干涉并生成干涉光信号；当所述石英音叉谐振器获取到所述第一声波信号或所述第二声波信号时，所述干涉光信号相位差大于设定值；
隐患判断组件，所述隐患判断组件用于接收所述干涉光信号，并对所述干涉光信号相位差进行判断，当其大于所述设定值时，判断为该绝缘开关中存在绝缘隐患；当其小于所述设定值时，判断为该绝缘开关中不存在绝缘隐患。
2.根据权利要求1所述的绝缘隐患检测设备，其特征在于，所述隐患判断组件包括：
光电转换装置，所述光电转换装置设于所述隐患判断组件的输入端，用于将所述干涉光信号转化为待判断电信号；
差异判断装置，所述差异判断装置用于根据所述待判断电信号是否为隐患电信号，所述隐患电信号对应的所述干涉光信号的相位差大于所述设定值。
3.根据权利要求2所述的绝缘隐患检测设备，其特征在于，所述光电转换装置与所述差异判断装置之间还设有噪声过滤装置，用于对所述待判断电信号中的干扰电信号进行过滤，所述干扰电信号是由所述光电转换装置根据所述干涉光信号中的干扰光信号转换而来的；所述干扰光信号是由外界干扰作用于所述对照光路组件或所述测试光路组件引起的，并对所述干涉光信号产生相应影响而生成的。
4.根据权利要求1所述的绝缘隐患检测设备，其特征在于，所述测试光路组件还包括：
第二光纤，所述第二光纤设于所述测试光路组件的始端，其一端既作为所述测试光路组件的输入端，又作为所述测试光路组件的输出端，其另一端连接于所述石英音叉谐振器；
局部放电机构，所述局部放电机构用于与所述绝缘开关内部的绝缘隐患发生反应，并生成局部放电，所述局部放电产生所述第一声波信号；
第二法拉第反射镜，所述第二法拉第反射镜设于所述测试光路组件的末端，用于对入射的光信号进行反射，以使所述第二光信号由所述第二光纤的一端输出。
5.根据权利要求4所述的绝缘隐患检测设备，其特征在于，所述对照光路组件包括：
第一光纤，所述第一光纤设于所述对照光路组件的始端，其一端既作为所述对照光路组件的输入端，又作为所述对照光路组件的输出端；
第一法拉第反射镜，所述第一法拉第反射镜设于所述测试光路组件的末端，用于对入射的光信号进行反射，以使所述第一光信号由所述第一光纤的一端输出。
6.根据权利要求5所述的绝缘隐患检测设备，其特征在于，所述生光组件包括：
光源装置，所述光源装置设于所述生光组件的始端，用于产生原始光信号；
信号放大装置，所述信号放大装置的输入端连接于所述光源装置的输出端，用于将所述原始光信号信号的功率进行放大，以输出所述初始光信号；
分光装置，所述分光装置用于将所述初始光信号分割为所述第一初始光信号和所述第二初始光信号。
7.根据权利要求2所述的绝缘隐患检测设备，其特征在于，还包括：监控装置，所述监控装置连接于所述差异判断装置的输出端，用于根据所述判断结果决定是否向客户端进行报警。
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