[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及一种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，属于声发射无损检测技术领域。

背景技术

大型电力变压器是电力系统的重要设备之一，是变电站的核心设备，其运行状况直接关系着电力系统的安全经济运行。随着电力系统的发展和电压等级的提高，局部放电(Partial Discharge，简称PD)已经成为电力变压器绝缘劣化的主要原因之一，因而局部放电的检测与评价也就成为变压器绝缘状况检测的重要手段。运行中的电力变压器内部发生局部放电时，其局部放电量的大小在一定程度上反映了绝缘缺陷的状况，放电功率的强弱反映了绝缘老化过程能量变换的强弱，而放电次数与放电间隔则反映了绝缘老化的速度和程度。当局部放电发展到严重阶段时，固体绝缘材料和油迅速分解，导致整个绝缘被击穿，因此检测局部放电的程度能知道绝缘状况。

变压器在局部放电过程中，总是伴随着脉冲电流、电磁辐射以及声、光、热等现象。近年来利用局部放电过程中产生的声发射信号来对其进行判断和定位的方法越来越引起人们的重视。这是因为当介质内发生局部放电时，由于分子的激烈撞击，气泡的形成和发展，液体的流动以及固体材料的微小开裂，会产生一定的声发射信号。通过研究发现，局部放电产生的这些声信号与局部放电的程度和类型有着一定的对应关系，因此可以用声发射检测手段对局部放电进行监测，从而得到电力变压器的健康状况。

现有的中国专利200510000496.3“局部放电测量方法及其装置”直接测量局部放电的电脉冲信号，存在抗干扰能力差、测量频率低、频带窄、包含的信息量少等问题；中国专利CN201010023128.1“电力变压器局部放电在线检测和定位系统”、200920102761.2“一种适用于变压器局部放电检测的超声平面阵列传感器”用的都是超声波检测法，超声波传感器的灵敏度较差，无法再现场有效地检测到信号；中国专利200820152381.5“气体绝缘组合电器局部放电检测系统”揉合了超高频检测和声发射检测技术，检测效率高，但所用的声发射传感器为传统的压电式传感器，体积大，易受电磁干扰的影响。

发明内容

本发明的目的在于，克服已有的技术局限，提供一种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，可以对变压器进行在役实时和连续监测，抗电磁干扰能力强，受温度影响小，检测精度高，灵活性好。

本发明的技术方案：基于光纤布拉格光栅的电力变压器局部放电检测系统包括：LD泵浦源、波分复用器、掺饵光纤、隔离器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅、光电探测器、声发射采集卡及计算机；LD泵浦源、波分复用器、掺饵光纤、隔离器、第一光纤耦合器的两个输入端A口和B口在同一回路中，组成环形腔掺铒光纤激光器；第一光纤耦合器的一个输出端C口连接第一光纤布拉格光栅，第一光纤耦合器的另一个输出端D口连接第二光纤耦合器的一个输入端E口；第二光纤耦合器的一个输出端G口连接第二光纤布拉格光栅，第二光纤耦合器的另一输入端F口连接光电探测器；光电探测器通过声发射采集卡和计算机相连接。

LD泵浦源发出的光经波分复用器将引入掺饵光纤；掺饵光纤中的饵离子吸收能量后发生粒子数反转，进而产生放大的自发辐射，光信号被放大；再通过隔离器传输到第一光纤耦合器上；大部分的光经第一光纤耦合器的另一个输出端D口输出，小部分的光经第一光纤耦合器的一个输出端C口被第一光纤布拉格光栅反射后，作为反馈光返回回路中；第一光纤耦合器的另一输出端D口输出的窄带激光，作为输入进入第二光纤耦合器一个输入端E口，再从第二光纤耦合器的一个输出端G口到达第二光纤布拉格光栅，符合中心波长的光回到第二光纤耦合器的另一输入端F口出射，进入光电探测器；光电探测器将光信号转化为电信号后，输入声发射采集卡，在声发射采集卡中进行信号的综合分析与处理，最后在计算机中得以显示。

所述LD泵浦源的中心波长为980nm，输出功率≥180mW，输出光功率长期稳定度为±0.01dB。

所述波分复用器的工作波长为980nm或1550nm，隔离特性为29.6dB。

所述第一光纤耦合器的分光比为90∶10，第二光纤耦合器的分光比为50∶50。

所述第一光纤布拉格光栅作为环形掺饵光纤激光器的滤波器，第二光纤布拉格光栅作为声发射检测系统的传感器；第一和第二光纤布拉格光栅的反射率、边模抑制比、3dB带宽、温度灵敏度系数等参数基本一致，中心波长相差0.1nm；现场检测时，第一和第二光纤布拉格光栅应放置于同一温度环境中。