CN210270049U

CN210270049U - 一种新型局部放电光信号在线检测装置

Info

Publication number: CN210270049U
Application number: CN201920758644.5U
Authority: CN
Inventors: 薛亮; 朱岳岳; 胡先雨; 龙海超
Original assignee: Shanghai University of Electric Power
Current assignee: Shanghai University of Electric Power; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2029-05-24

Abstract

本实用新型涉及一种新型局部放电光信号在线检测装置，该装置包括用于发生局部放电的雷击浪涌发生器、用于实际光学测量的由激光器和迈克尔逊干涉仪组成的光学测量模组、用于干涉条纹的捕获与传输的相机和用于数据处理及结果呈现的并与所述相机相连接的计算机，所述迈克尔逊干涉仪由分光镜和两个反射镜组成，所述激光器和所述相机分别以与两个所述反射镜各自对应的方式设置于十字型排布结构的四个端点位置处，所述雷击浪涌发生器所产生的局部放电源设置于与所述激光器对应设置的所述反射镜和所述分光镜之间。与现有技术相比，本实用新型具有检测灵敏度高、普适性强，结构简单实用等优点。

Description

一种新型局部放电光信号在线检测装置

技术领域

本实用新型涉及局部放电在线检测技术，尤其是涉及一种新型局部放电光信号在线检测装置。

背景技术

局部放电是造成绝缘劣化的主要原因，也是绝缘劣化的重要征兆和表现形式，与绝缘材料的劣化和绝缘体的击穿过程密切相关，能有效地反映设备内部绝缘的潜伏性缺陷和故障，尤其对突发性故障的早期发现比介损测量、色谱分析等方法要有效的多。作为电气设备最为重要和有效的绝缘状态评估方法，局部放电的检测和分析是研究机构、设备制造厂商及电力系统运行部门最为关心的问题，特别是随着近年来高电压等级电网的大量建设，对设备安全可靠运行的重视程度日益增加，电气设备局部放电的研究及现场应用获得了极大的发展。

当设备内部发生局部放电时会辐射出光信号，利用光信号进行局部放电的检测称为光测法。近年来，采用光测法在局部放电特征及介质老化机理等方面的研究做了大量工作，大多利用光传感器将光信号检测后通过光电转换以进行局部放电的光信号检测，并可利用光强度判断局部放电强度。随着光纤技术的发展，将光纤技术与声测法相结合提出了声-光测法，以实现局放源的定位。由于光测法受干扰影响小，测量的灵敏度较高，并且可以进行局部放电的实时检测，得到了大量的关注，并取得了很多成果。

在变压器油中发生的局部放电所辐射的光信号波长取决于变压器油的组成成分，一般在350-700nm之间。高压传输线的电晕放电辐射的光信号波长一般在280-410nm。不同介质中发生的局部放电所辐射的光信号的波长不同，而用于光测法的光传感器需考虑不同介质中局部放电所辐射的光信号的波长。此外，在气体放电中，只有一小部分的能量(1％左右)以光的形式释放出来，发生在液体、固体介质中的局部放电所辐射的光的能量更少。因此，在利用光信号进行局部放电的检测时，通常需要借助其他技术放大电信号。而且，传感器的植入问题也成为了限制光测法发展的最大瓶颈。

因此，如何发挥光测法的优势、避免传感器的植入问题、提供一种实时在线检测局部放电所辐射的光信号的装置，从而达到实时检测局部放电的目的，以解决现有技术的瓶颈问题，实已成为该领域亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种新型局部放电光信号在线检测装置，，以进行局部放电的在线检测。该装置无需考虑不同介质中所发生的局部放电所辐射的光信号的波长范围，也无需借助其他技术放大光信号，即可进行局部放电的光信号的检测，以达到实时在线监测局部放电的目的。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种新型局部放电光信号在线检测装置，该装置包括用于发生局部放电的雷击浪涌发生器、用于实际光学测量的由激光器和迈克尔逊干涉仪组成的光学测量模组、用于干涉条纹的捕获与传输的相机和用于数据处理及结果呈现的并与所述相机相连接的计算机，所述迈克尔逊干涉仪由分光镜和两个反射镜组成，所述激光器和所述相机分别以与两个所述反射镜各自对应的方式设置于十字型排布结构的四个端点位置处，所述雷击浪涌发生器所产生的局部放电源设置于与所述激光器对应设置的所述反射镜和所述分光镜之间，无外界的附加条件时，通过调整干涉仪，物光束与参考光束干涉后产生的是明暗相间的平行的等间距的等厚干涉条纹。

所述光学测量模组可检测到局部放电的光信号，物光束与参考光束干涉后产生的干涉条纹中将携带有局部放电所辐射的光信号；所述雷击浪涌发生器所产生的局部放电源可固定于物光路上下不同位置处，便于实际操作，所述光学测量模组的光路可调，可以在保证物光路和参考光路的几何路径相等的情况下，引入反射镜改变激光的传播方向，从而绕过一些障碍物，便于实际操作；所述光学测量模组可检测到物光路上下不同位置处的局放源所释放的光信号，具有较强的功能性；

进一步地，所述的激光器为He-Ne激光器。

进一步地，所述的相机为CCD相机，可接收干涉仪中形成的干涉条纹图，并通过光电转换，将接收的干涉图传输给计算机，实现了干涉条纹在计算机界面的实时复现。

进一步地，所述的分光镜为立方体型分光镜。

进一步地，所述激光器、所述分光镜和两个所述反射镜的中心高度均一致。

进一步地，所述的激光器的激光束波长为632.8nm。

所述雷击浪涌发生器可通过设置，产生不同放电强度的所述局放放电源，所述雷击浪涌发生器产生的所述局放放电源被固定于干涉仪的物光路中，没有局部放电发生时，所述激光器发射的激光进入干涉仪发生干涉形成的干涉条纹图，投射到CCD相机并被传输到所述计算机，此时在所述计算机的界面实时复现的是明暗相间的平行的等间距的干涉条纹；

当有局部放电发生在介质中时，介质中的局部电场会增强，放电的一部分能量会以光的形式释放出来，这时计算机界面会实时复现出携带局放光信号的干涉条纹，根据计算机界面实时复现的干涉条纹可进行局部放电的在线检测。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型可通过判断计算机界面实时复现的干涉条纹中是否携带局部放电所释放的光信号实时检测是否有局部放电现象的发生，具有较高的灵敏度。而且，无需借助其他技术放大光信号，也无需考虑不同介质中的局放所释放的光信号的波长，可检测到物光路上下不同位置处的局放源所释放的光信号，具有较强的功能性，具有很高的实用价值。

2、本实用新型提供的装置不仅可以根据现场操作改变光路传播方向，便于实际操作，而且可以检测到干涉仪物光路上下不同位置处的局部放电现象，无需借助其他技术放大光信号，也无需考虑不同介质中发生的局部放电所释放的光信号的光谱范围，可检测到不同局放源释放的光信号，无需提高成本就可达到很高的检测灵敏度。

3、本实用新型提供的装置在不同设备中的局部放电检测中均适用，而且操作方式均相同，只需保证物光路在被测系统附近即可。在设备的植入难度也远远小于传感器的植入难度，具有很高的普适性，无论是设备内部所发生的局部放电所释放的光信号还是设备外部，均可被所述装置检测到，从而达到实时在线监测局部放电的目的。

附图说明

为了进一步阐明本实用新型的各实施例的以上和其他优点和特征，将参考附图来呈现本实用新型的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本实用新型的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。并且，附图中示出的各个部分的相对位置和大小是示例性的，而不应当被理解成各个部分之间唯一确定的位置或尺寸关系。

图1为本实用新型的装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例中实时检测局部放电光信号的干涉条纹图；

图中，1为雷击浪涌发生器；2为激光器；3为相机；4为计算机；5为分光镜；6为反射镜；7为局部放电源。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的理论支持：

研究表明，强脉冲促使细胞内部结构改变，当对细胞进行不同强度的陡脉冲电场的处理时，细胞的形态结构会发生不同程度的改变。由于细胞内部结构及其周围缓冲液对光具有不同的折射率，物光路的折射率会随着细胞结构的改变而改变。

光程的定义是光在介质中传播的几何路程与介质折射率的乘积，迈克尔逊干涉仪中参考光束与物光束的光程差为：

Δl＝n₁s₁-n₂s₂

其中，n₁、n₂和s₁、s₂分别是两相干光束在参考光路和物光路中传播时介质的折射率和几何路程。

由光的波粒二象性，两个相干波面发生干涉时，其干涉图像的光强分布函数为：

i(x,y)＝a(x,y)+b(x,y)cos[h₀(x,y)]

其中，a(x,y)为背景光的光强分布函数，b(x,y)为为两束相干光波合振动的振幅，h₀(x,y)为相位分布函数。

光波在前进一个波长λ的时候，光波的相位变化一个2π，那么它们之间只有一个比例系数2π/λ。

无外加条件时，两激光束在参考光路和物光路中传播时的折射率和几何路程是相等的，即光程差为零，相位差为零，这时，两相干激光光束叠加后形成的干涉条纹是平行的、亮暗相间的、等间距的干涉条纹。

保持干涉仪中参考光路的各项参数不变，在物光路中引入细胞培养基，利用雷击浪涌发生器对细胞施加不同强度的电脉冲进行电击穿。当对细胞进行不同强度的陡脉冲电场的处理时，细胞的形态结构会发生不同程度的改变。由于细胞内部结构及其周围缓冲液对光具有不同的折射率，物光路的折射率会随着细胞结构的改变而改变，相当于改变参考光路中引入的相位差。这时，两相干激光光束叠加后形成的干涉条纹将发生偏移与偏折。即，该相位分布直接关联着被测细胞的形态结构，相位信息能准确反演出细胞的形态特征。

用快速傅里叶变换对一幅干涉条纹图进行处理，滤除背景光等多余信息，只提取正一级谱中的相位信息，然后用反快速傅里叶变换处理后得到函数c(x,y)，带有被测物信息的相位分布函数为：

其中，Re[c(x,y)]，Im[c(x,y)]分别是函数c(x,y)的实部和虚部。

由快速傅里叶变换的算法可知，被检测面的相位是由反正切函数求得的，得到的是包裹相位。去除噪点、坏点后，选择合适的解包算法进行解包处理即可得到真实相位。

本实用新型装置的整体结构如图1所示：包括用于发生局部放电的雷击浪涌发生器1、用于实际光学测量的由激光器2和迈克尔逊干涉仪组成的光学测量模组、用于干涉条纹的捕获与传输的相机3和用于数据处理及结果呈现的并与相机相连接的计算机4，迈克尔逊干涉仪由分光镜5和两个反射镜6组成，激光器和相机分别以与两个反射镜各自对应的方式设置于十字型排布结构的四个端点位置处，雷击浪涌发生器1所产生的局部放电源7设置于与激光器2对应设置的反射镜6和分光镜5之间。

其中，激光器2为He-Ne激光器，相机3为CCD相机，分光镜5为立方体型分光镜，激光器2、分光镜5和两个反射镜6的中心高度均一致，激光器2的激光束波长为632.8nm。

实施例

在本实施例中利用雷击浪涌发生器1产生不同的局放源，实时检测雷击浪涌发生器1所产生的局放源所辐射的光信号，以证明本装置的可行性，首先将雷击浪涌发生器1所产生的不同强度的局放源分别固定于干涉仪的物光路上下1cm、2cm处。在计算机界面看到清晰的等厚干涉条纹后，启动雷击浪涌发生器1，进行物光路上下不同位置中局放源所辐射的光信号的实时检测。当雷击浪涌发生器1处于充电状态时，计算机界面一直复现的是标准的等厚干涉条纹；当局部放电发生时，计算机界面瞬时复现出携带有局放源所辐射的光信号的干涉条纹并很快恢复为等厚干涉条纹，实现了在线检测局部放电所辐射的光信号目标，从而实现了实时在线检测局部放电的目的。

本实用新型提供的装置在本实施例中，用于在线检测雷击浪涌发生器1所产生的局放源所辐射的光信号，从而达到实时检测局部放电的目的。当局部放电的电压等级为6kV，局放源被分别置于干涉仪物光路上下1cm、2cm的位置处时，所得到的携带有局部放电所辐射的光信号的干涉图如图2所示。

综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种新型局部放电光信号在线检测装置，其特征在于，该装置包括用于发生局部放电的雷击浪涌发生器(1)、用于实际光学测量的由激光器(2)和迈克尔逊干涉仪组成的光学测量模组、用于干涉条纹的捕获与传输的相机(3)和用于数据处理及结果呈现的并与所述相机相连接的计算机(4)，所述迈克尔逊干涉仪由分光镜(5)和两个反射镜(6)组成，所述激光器和所述相机分别以与两个所述反射镜各自对应的方式设置于十字型排布结构的四个端点位置处，所述雷击浪涌发生器(1)所产生的局部放电源(7)设置于与所述激光器(2)对应设置的所述反射镜(6)和所述分光镜(5)之间。

2.根据权利要求1所述的一种新型局部放电光信号在线检测装置，其特征在于，所述的激光器(2)为He-Ne激光器。

3.根据权利要求1所述的一种新型局部放电光信号在线检测装置，其特征在于，所述的相机(3)为CCD相机。

4.根据权利要求3所述的一种新型局部放电光信号在线检测装置，其特征在于，所述的分光镜(5)为立方体型分光镜。

5.根据权利要求1所述的一种新型局部放电光信号在线检测装置，其特征在于，所述激光器(2)、所述分光镜(5)和两个所述反射镜(6)的中心高度均一致。

6.根据权利要求1所述的一种新型局部放电光信号在线检测装置，其特征在于，所述的激光器(2)的激光束波长为632.8nm。