一种内置光纤迈克尔逊GIS局部放电超声传感系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116047241A(43)申请公布日2023.05.02(21)申请号202310002489.5(22)申请日2023.01.03(71)申请人国网湖北省电力有限公司电力科学研究院地址430077湖北省武汉市徐东大街227号申请人重庆大学(72)发明人陈伟根李萌刘帆杨天荷王品一杜林宋雨轩张知先吴柯洁田皓元王建新万福王有元(74)专利代理机构北京智绘未来专利代理事务所(普通合伙)11689专利代理师肖继军(51)Int.Cl.G01R31/12(2020.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种内置光纤迈克尔逊GIS局部放电超声传感系统(57)摘要一种内置光纤迈克尔逊GIS局部放电超声传感系统。基于光纤迈克尔逊干涉仪的内置局部放电超声传感技术，可以灵活安装传感器在GIS内部易于发生局部放电的器件附近甚至表面，其中光纤环结构的设计也极大的增加了对各类声学信号的超声传感灵敏度，可以实现对GIS内部尖端放电、自由颗粒放电和沿面放电等自由声场微弱超声信号的测量。CN116047241ACN116047241A权利要求书1/1页1.一种内置光纤迈克尔逊GIS局部放电超声传感系统，包括窄线宽激光器、光环形器、光耦合器、传感光纤、参考光纤、90°光纤法拉第镜、光电探测器、带通滤波器、信号放大器、示波器；其特征在于：窄线宽激光器发出的窄带光通过光环形器和光耦合器后，分为两束光分别进入传感光纤和参考光纤，在90°光纤法拉第镜内发生反射，沿光路返回并在光耦合器处构成偏振无关型干涉，返回的干涉光通过光环形器进入光电探测器中被转化为电信号，信号经滤波、放大后存储在示波器中。2.根据权利要求1所述的一种内置光纤迈克尔逊GIS局部放电超声传感系统，其特征在于：所述窄线宽激光器，线宽为1kHz，中心波长为1550nm。3.根据权利要求1所述的一种内置光纤迈克尔逊GIS局部放电超声传感系统，其特征在于：所述光耦合器为1×2光耦合器，分光比为50:50。4.根据权利要求1所述的一种内置光纤迈克尔逊GIS局部放电超声传感系统，其特征在于：所述传感光纤为光纤环，不采用任何增敏结构和护套封装，其中光纤长度为102.5m，内径为10mm，高5mm。5.根据权利要求1所述的一种内置光纤迈克尔逊GIS局部放电超声传感系统，其特征在于：光耦合器将连续光分为两部分，分别进入传感光纤和参考光纤中，两束光被法拉第镜反射并在光耦合器处发生干涉；干涉光的相位可以表示为式中：β为传播常数；neff为光纤的有效折射率；λ为光的波长；L为传感光纤的长度；当声波作用至光纤时，光纤的相位变化量为式中：ΔL是光纤长度的变化量；Δβ为传输常量的变化量；是由光纤的轴向形变造成的相位变化量；是传播常数的变化量。2CN116047241A说明书1/4页一种内置光纤迈克尔逊GIS局部放电超声传感系统技术领域[0001]本发明属于电气设备在线监测领域，具体涉及一种内置光纤迈克尔逊GIS局部放电超声传感系统。背景技术[0002]气体绝缘开关设备(GIS)由于其出色的运行稳定性、低维护成本、低故障率、占地面积小等优点被广泛运用在电力系统中，保证其安全性对整个电网的可靠运行十分重要。现场的运行经验表明，绝缘劣化是GIS故障的主要原因，占比高达50％以上。在电场的影响下，绝缘缺陷在击穿前引发局部放电，局部放电又会侵蚀绝缘材料，长此以往击穿绝缘造成运行事故。因此，开展GIS局部放电的检测，及时有效地发现GIS内部的早期绝缘缺陷对保障电网设备安全和电网可靠运行有显著意义。[0003]GIS局部放电的检测手段可以分为脉冲电流法、特高频法、超声波法、光测法和分解产物法等。光测法通过真空光电倍增管、硅光电倍增管和荧光光纤可以对实验室内模拟的针尖局部放电模型产生的光信号进行灵敏度较高的测量，但GIS内部的复杂结构使光很难传输到传感器附近，限制了它们的应用。特高频法和超声波法在设备实际运行中经常使用。但现场应用经验表明，GIS及其附近的电磁环境复杂，特高频传感器对某些缺陷的灵敏度较低，难以正确检测局部放电信号，特别是当背景电磁噪声干扰严重或被测试品容量较大时，并不能很好地工作。传统的超声波法使用的压电换能器灵敏度较低、复用性差、响应频带较窄，抗电磁干扰能力较弱，难以满足日益增长的检测需求。[0004]光纤超声传感器体积小、重量轻、结构紧凑、抗电磁干扰，也便于其集成到GIS内部进行局部放电的检测。因此，各类性能优异的光纤超声传感器可以运用到GIS局部放电的检测当中。然而，为了保证电力设备运行安全，研究人员多聚焦于外置式GIS局部放电干涉型光纤超声传感器。然而外置式光纤超声传感器并未发挥出光纤传感器易于布置和全绝缘的优势，实际的GIS设备内部产生的局