[發明專利]基于光纖布拉格光柵的電力變壓器局部放電檢測系統及檢測方法

有效

• 申請號: 201110266331.6
• 申請日: 2011-09-09
• 公開（公告）號: CN102323527A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 魏鵬;劉奇;孫志平;李成貴;屈玉福;涂萬里
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;盧紀

技術領域

本發明涉及一種基于光纖布拉格光柵的電力變壓器局部放電檢測系統及檢測方法，屬于聲發射無損檢測技術領域。

背景技術

大型電力變壓器是電力系統的重要設備之一，是變電站的核心設備，其運行狀況直接關系著電力系統的安全經濟運行。隨著電力系統的發展和電壓等級的提高，局部放電(Partial?Discharge，簡稱PD)已經成為電力變壓器絕緣劣化的主要原因之一，因而局部放電的檢測與評價也就成為變壓器絕緣狀況檢測的重要手段。運行中的電力變壓器內部發生局部放電時，其局部放電量的大小在一定程度上反映了絕緣缺陷的狀況，放電功率的強弱反映了絕緣老化過程能量變換的強弱，而放電次數與放電間隔則反映了絕緣老化的速度和程度。當局部放電發展到嚴重階段時，固體絕緣材料和油迅速分解，導致整個絕緣被擊穿，因此檢測局部放電的程度能知道絕緣狀況。

變壓器在局部放電過程中，總是伴隨著脈沖電流、電磁輻射以及聲、光、熱等現象。近年來利用局部放電過程中產生的聲發射信號來對其進行判斷和定位的方法越來越引起人們的重視。這是因為當介質內發生局部放電時，由于分子的激烈撞擊，氣泡的形成和發展，液體的流動以及固體材料的微小開裂，會產生一定的聲發射信號。通過研究發現，局部放電產生的這些聲信號與局部放電的程度和類型有著一定的對應關系，因此可以用聲發射檢測手段對局部放電進行監測，從而得到電力變壓器的健康狀況。

現有的中國專利200510000496.3“局部放電測量方法及其裝置”直接測量局部放電的電脈沖信號，存在抗干擾能力差、測量頻率低、頻帶窄、包含的信息量少等問題；中國專利CN201010023128.1“電力變壓器局部放電在線檢測和定位系統”、200920102761.2“一種適用于變壓器局部放電檢測的超聲平面陣列傳感器”用的都是超聲波檢測法，超聲波傳感器的靈敏度較差，無法再現場有效地檢測到信號；中國專利200820152381.5“氣體絕緣組合電器局部放電檢測系統”揉合了超高頻檢測和聲發射檢測技術，檢測效率高，但所用的聲發射傳感器為傳統的壓電式傳感器，體積大，易受電磁干擾的影響。

發明內容

本發明的目的在于，克服已有的技術局限，提供一種基于光纖布拉格光柵的電力變壓器局部放電檢測系統及檢測方法，可以對變壓器進行在役實時和連續監測，抗電磁干擾能力強，受溫度影響小，檢測精度高，靈活性好。

本發明的技術方案：基于光纖布拉格光柵的電力變壓器局部放電檢測系統包括：LD泵浦源、波分復用器、摻餌光纖、隔離器、第一光纖耦合器、第二光纖耦合器、第一光纖布拉格光柵、第二光纖布拉格光柵、光電探測器、聲發射采集卡及計算機；LD泵浦源、波分復用器、摻餌光纖、隔離器、第一光纖耦合器的兩個輸入端A口和B口在同一回路中，組成環形腔摻鉺光纖激光器；第一光纖耦合器的一個輸出端C口連接第一光纖布拉格光柵，第一光纖耦合器的另一個輸出端D口連接第二光纖耦合器的一個輸入端E口；第二光纖耦合器的一個輸出端G口連接第二光纖布拉格光柵，第二光纖耦合器的另一輸入端F口連接光電探測器；光電探測器通過聲發射采集卡和計算機相連接。

LD泵浦源發出的光經波分復用器將引入摻餌光纖；摻餌光纖中的餌離子吸收能量后發生粒子數反轉，進而產生放大的自發輻射，光信號被放大；再通過隔離器傳輸到第一光纖耦合器上；大部分的光經第一光纖耦合器的另一個輸出端D口輸出，小部分的光經第一光纖耦合器的一個輸出端C口被第一光纖布拉格光柵反射后，作為反饋光返回回路中；第一光纖耦合器的另一輸出端D口輸出的窄帶激光，作為輸入進入第二光纖耦合器一個輸入端E口，再從第二光纖耦合器的一個輸出端G口到達第二光纖布拉格光柵，符合中心波長的光回到第二光纖耦合器的另一輸入端F口出射，進入光電探測器；光電探測器將光信號轉化為電信號后，輸入聲發射采集卡，在聲發射采集卡中進行信號的綜合分析與處理，最后在計算機中得以顯示。

所述LD泵浦源的中心波長為980nm，輸出功率≥180mW，輸出光功率長期穩定度為±0.01dB。

所述波分復用器的工作波長為980nm或1550nm，隔離特性為29.6dB。

所述第一光纖耦合器的分光比為90∶10，第二光纖耦合器的分光比為50∶50。

所述第一光纖布拉格光柵作為環形摻餌光纖激光器的濾波器，第二光纖布拉格光柵作為聲發射檢測系統的傳感器；第一和第二光纖布拉格光柵的反射率、邊模抑制比、3dB帶寬、溫度靈敏度系數等參數基本一致，中心波長相差0.1nm；現場檢測時，第一和第二光纖布拉格光柵應放置于同一溫度環境中。