基于有源光纤光栅阵列的局部放电声发射检测与定位技术EI北大核心CSCD

针对现有光纤超声传感器复用系统光路繁琐、传感器无法实现多点同步测量等不足,该文提出一种基于有源光纤光栅(fiber bragg grating,FBG)阵列的局放声发射传感检测方法。通过抑制系统的弛豫振荡噪声、引入不平衡干涉仪和声光调制器将微小波长变化的检测转化为相位变化进行解调,使系统检测灵敏度明显提高;理论推导并验证非平衡干涉仪臂长差优化设置方案,使光纤超声传感阵列各传感元检测下限比压电陶瓷换能器(piezoelectric transducer,PZT)低17.1%~19.7%。在此基础上,开展变压器油中局部放电检测与定位实验。实验表明:在1000mm×1000mm×1100mm的油箱内定位精度小于40mm;对于变压器油中悬浮放电模型,有源FBG的局部放电检测起始电压比PZT低22.2%,可测放电量低24.0%。结果可为变压器油中局部放电提供一种高灵敏度的检测与定位方法。     

光纤Mach-Zehnder干涉法超声波检测研究

基于马赫曾德(Mach-Zehnder)光学干涉原理,通过在长30 mm、直径11 mm、壁厚0.5 mm的聚碳酸酯棒上缠绕光纤,研制了普通1 550 nm单模光纤、保偏弯曲不敏感光纤这2种干涉传感器(二者的共振频率均为40 kHz),并搭建2套对应的光纤干涉系统,以研究光纤检测电缆局部放电超声波的方法。用超声发生器产生28 kHz和40 kHz的超声波来模拟电缆局部放电超声波,利用光纤干涉系统进行检测试验,通过光纤检测超声信号进行频域分析,研究超声源距离、超声传播介质对光纤传感性能的影响。结果表明:保偏弯曲不敏感光纤干涉传感器及其光纤干涉系统能检测到40 kHz超声波;在超声源和传感器间传播介质为硅橡胶时,传感信号随硅橡胶厚度增加而增强。     

检测GIS局部放电的内置传感器的模型及性能研究

全封闭组合电器(GIS)局部放电检测对于保证其安全可靠运行具有重要的意义。该文从电气测试的角度，研究了GIS局部放电信号的内置传感检测，研制了圆板型和圆环型两种内置传感器，采用电容耦合模型和天线模型研究了这两种传感器的性能。GIS局部放电实测结果表明，文中所研制的内置传感器性能优异，能够传感纳秒级的局部放电脉冲信号，频率响应特性好，完全能够满足GIS局部放电信号测量要求，圆环传感器的灵敏度高于圆板传感器。     

基于光纤EFPI传感器的GIS局部放电研究

光纤(extrinsic fabry-perot interferometric,EFPI)传感器是基于Fabry-Perot光学干涉原理来检测局放超声信号的一种传感器,具有灵敏度高、抗电磁干扰等优点,广泛应用于电气设备局部放电的检测.该文提出了一种采用内置式光纤EFPI传感器来检测GIS中局放超声信号的方法,利用有限...     

基于双鉴相器相位解调的光纤干涉型局放超声传感方法

光纤外差干涉传感输出信号频率为百兆赫兹量级,传统软件解调方法采样设备成本高、数据量大、实时性差,制约了该技术在局部放电超声传感的广泛应用。该文提出了一种基于双鉴相器协同工作的相位硬件解调方法,降低了系统采样率、减少了采集数据量、实现了实时解调,相比传统微分-交叉相乘软件解调方法快1 124倍。分析了低频载波幅值和采样精度对测量结果的影响,实现了0.005°的相位最低检测下限。搭建光纤超声传感平台,开展了对比试验,结果表明,该文所提相位解调方法线性拟合度达到0.999,信噪比较传统微分-交叉相乘解调方法高15 dB,检测下限拓展58%,为局部放电超声传感提供了一种高信噪比、低检测下限、实时检测的相位解调方法。     

用于油中局部放电检测的Fabry-Perot光纤超声传感技术

高压电气设备中局部放电(PD)的光学检测方法是具有多重优势的新型检测方法,它灵敏度高,不受电磁干扰(EMI)的影响,有着高强度的绝缘性能。为此,介绍了基于Fabry-Perot(F-P)干涉法的F-P光纤超声检测系统的特点和原理,制作了局部放电模型,并使用F-P光纤传感器与压电陶瓷(PZT)传感器进行了联合检测。试验验证了F-P光纤传感器检测的局部放电信号幅值与局部放电量的关系,并研究了不同检测角度下F-P光纤传感器检测的局部放电信号响应。结果表明:F-P光纤传感器可以有效地检测到局部放电信号,有较高的检测灵敏度;F-P光纤传感器检测的局部放电信号幅值与局部放电量在一定范围内有着正相关关系;该F-P光纤传感器能够检测到全角度的局部放电信号。因此,F-P光纤传感器可以很好地应用在高压电气设备的状态监测中。     

基于线型腔光纤激光器的变压器局部放电长距离检测技术EI北大核心CSCD

用于电力设备局部放电检测的传统光纤声波传感器,因受灵敏度、介质相融性、难以与解调系统空间分离等因素影响尚未广泛应用。线型腔光纤激光器(linear cavity fiber laser,LCFL)因具有超窄出射线宽而对高频应变具有极高的检测灵敏度,且其体积微小,敏感单元与解调系统相互独立,可有效解决传统光纤声波传感器所面临的上述问题。该文提出并研制基于线型腔光纤激光器技术的局部放电声波检测系统。为解决LCFL光源本征特性在局部放电长距离检测应用中引入的外部光反馈噪声问题,利用半导体激光器外部光反馈理论确定光隔离器的安装位置,使LCFL工作于外部光反馈系数A区(0~200.6m)对系统进行优化,将系统长距离条件下的平均噪声幅值降低了87.49%。在80kVA油浸式变压器绕组长距离传导光纤局部放电检测平台开展实验,结果表明:所研究的LCFL局部放电检测系统在最大超声衰减情况下可有效应用于局部放电长距离检测。在相同超声激励源下,LCFL系统平均最大响应幅值比压电陶瓷传感器(piezoelectric transducer,PZT)高1354%,且稳定性优于PZT。     

252kV GIS局部放电特高频信号在直线和L型结构中传播特性的试验研究北大核心CSCD

随着高压开关智能化的发展,GIS局部放电在线检测技术得到了越来越多的推广应用。由于内置式局部放电传感器具有较高的传感灵敏度和良好的抗干扰性能,目前在252 kV及以上电压等级的GIS产品上出厂时都要求安装内置式局部放电传感器,内置式局部放电传感器在GIS上布置的合理性尤为重要,因此需要开展局部放电信号在GIS中传播特性的研究。文中采用频谱仪和同步扫频信号发生器测量不同位置局部放电传感器的插入损耗及波形图,试验研究了局部放电产生的电磁波在252 kV GIS典型结构(直线型和L型结构)中的传播特性。结果表明:局部放电UHF信号在252 kV GIS中沿直线距离平均衰减为0.37 dB/m,经过一个L型结构衰减5.5 dB,研究结果可以为局部放电内置传感器在GIS上的布置提供理论指导。     

变压器局部放电光纤超声检测技术及新复用方法

传统的变压器局部放电声波检测技术主要是使用压电陶瓷传感器进行外置式检测,检测效果较差。光纤超声传感器具有绝缘性能好、抗电磁干扰性能优异、尺寸小等优势,可深入变压器内部感知微弱超声信号,这为变压器局部放电检测提供一种全新的解决方案。目前,国内外诸多研究机构已针对于变压器局部放电检测需求研制出各种光纤超声传感器。这些传感器在实验室研究中表现出优异的检测性能,但尚鲜有工程应用。此外,文献报道的光纤超声传感器主要为单点式结构。光纤超声传感器的多路复用问题一直未能得到很好的解决。为此,对现有光纤超声传感器的研究现状进行总结,从基本原理、结构参数、性能指标等方面进行对比分析,为推动光纤超声传感器应用于现场电力变压器局部放电检测提供理论参考。并针对于光纤超声传感器多路复用问题,提出一种基于光频域扫描干涉仪的分布式光纤超声传感系统,该系统能够对变压器局部放电产生的超声波进行多点同步检测,实现放电源定位。     

基于EFPI传感器的GIS局部放电模式识别研究

非本征法布里-帕罗干涉(EFPI)光纤超声传感器可用于气体绝缘全封闭组合电器(GIS)内部的局部放电超声信号检测及模式识别研究,相较于传统的压电式传感器,具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点。基于此,文中在充有0.4 MPa SF₆气体的GIS腔体内设置尖端、金属颗粒、悬浮和沿面4种典型的局部放电模型,创新性地利用EFPI传感器对放电超声信号进行检测,提取单次超声脉冲信号波形特征形成特征参数数据库,分别应用概率神经网络(PNN)算法和支持向量机(SVM)算法进行模式识别并比较分析。EFPI传感器检测到的超声信号特征突出,在提取特征参数的基础上,2种模式识别算法均能达到85%以上的平均识别率,且SVM的识别效果要优于PNN。     

高灵敏硅凹槽膜片型光纤F-P局部放电超声传感器

文中设计并制备了一种硅凹槽膜片型光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)超声传感器,用于电力设备局部放电检测。采用有限元软件优化设计传感膜片的凹槽参数,与传统圆形膜片相比,硅凹槽膜片的静态灵敏度提升4.09倍且谐振频率基本不变。通过耦合效率修正传统双光束干涉模型,研究F-P腔长对传感器干涉光谱对比度的影响,以提升传感器的声压灵敏度。利用微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)制备硅凹槽膜片,其凹槽直径为829.44 μm,厚度为2.09 μm,F-P腔长为163.600 μm。在谐振频率61.5 kHz处,传感器声压灵敏度可达357.78 mV/Pa,并结合气体绝缘开关(gas insulated switchgear,GIS)局部放电缺陷模型对传感器性能进行验证。实验结果表明,文中所制备的光纤F-P超声传感器具有声压灵敏度高、实时性好、超声信号检测能力强等优点。     

基于光电复合传感器的GIS局放检测方法研究

气体绝缘组合开关(gasinsulatedswitchgear,GIS)设备内部发生局部放电时,会产生并向外辐射光和电磁波信号,通过测量产生的光和电磁波信号可以实现对局部放电的检测。局部放电特高频法目前已被广泛应用于GIS中局部放电的检测。光测法具有灵敏度高、对电磁干扰完全免疫等优点,拥有广阔的应用前景,但由于未解决传感器安全植入GIS内部的问题,目前尚无现场应用。将荧光光纤和GIS内置特高频传感器相结合,研制出用于GIS内部局部放电检测的新型光电复合传感器。仿真结果表明,复合传感器在不影响GIS内部电场分布以及内置特高频传感器性能的基础上,实现了荧光光纤的植入;实体GIS局部放电检测试验显示复合传感器可同时检测局部放电中光和特高频信号,对于金属尖刺缺陷,荧光光纤法具有更高的检测灵敏度。光测法的检测幅值和放电量近似为线性关系。随着缺陷和传感器距离的增加,光信号幅值呈现每厘米约2.2%的衰减。研究结果为GIS中局部放电检测提供了一种更加灵敏、可靠的检测方法。     

电力设备机械振动–超声波融合检测传感器研制及应用EI北大核心CSCD

电力变压器、气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)等大型电力设备不仅是复杂的电气设备,还是复杂的机械设备,运行中极易产生机械和绝缘缺陷,导致设备故障。振动及局部放电是设备机械和绝缘缺陷的有效表征信号,为了实现电力设备机械和绝缘缺陷的同时检测,该文提出可同时、同点、同步进行振动加速度和超声信号检测的融合传感器结构,设计融合信号多功能调理电路,研制振动加速度–超声波融合传感器,实现机械振动和局部放电信号在空间和时间上的同步检测及数据处理。进行融合传感器振动和超声校准试验,1Hz~4kHz内的平均振动灵敏度为98.1mV/g;20kHz~100kHz内的频响曲线谐振频率为46kHz,平均超声灵敏度为73dB(V/(m/s))。基于实际GIS设备开展局部放电和机械振动联合检测试验,试验结果表明融合传感器可准确检测电力设备机械振动和超声局放信号,为电力设备状态多物理量融合检测提供了新的思路与方案。     

超声-光法在高压电器设备局部放电检测中的应用

超声波法在检测高压电器设备局部放电时存在一些弊端,为了消除或尽量避免这些问题,笔者阐述了光纤传感器的原理及其用于高压电器设备绝缘监测的依据,介绍了基于Fabry-perot、Mach-zehnder和Michelson 3种干涉原理的光纤传感器及其在高压电器设备局部放电超声-光检测中的试验研究和实际应用,最后提出了高压电器设备局部放电超声-光检测法研究目前存在的问题及发展方向。试验和实际运用研究表明,利用光纤技术实现的超声-光检测和定位局部放电实现高压电器设备绝缘监测是完全可行的。     

GIS局部放电特高频在线检测和定位

特高频(UHF)电磁波信号传感用于气体绝缘组合电器(GIS)的局部放电在线检测能够获得很好的抗干扰效果.研究了在GIS体外进行局部放电特高频传感的技术,开发了一种拥有可移动传感器的GIS局部放电在线检测定位仪器,并建立了相应的检测和定位方法.实际测量显示:文中提出的GIS局部放电体外传感方式能够获得满意的检测灵敏度、抗干扰效果和定位精度,所采用的移动式传感器具有一些重要的优点.     

一种基于DSP的GIS局部放电检测仪的实现

实现了一种基于DSP的GIS局部放电检测仪。采用宽频带的压电薄膜声电传感器将局部放电产生的声信号或超声信号转化为电信号,通过DSP片内高速AD对来自超声传感器的信号进行采样,并对是否抓取到放电信号进行初步智能判断。确认有局部放电发生后,依次显示被抓取的放电信号的波形、幅度和频率。在用户现场测试的结果表明,通过比较多台检测仪的检测结果,可以将局部放电位置定位于GIS设备的两个绝缘环之间。     

基于超声信号的局部放电无线检测装置研制

局部放电(PD)不仅是导致气体绝缘全封闭组合电器(gas insulation switchgear,GIS)故障的主要原因之一,也是绝缘劣化的重要信号,通过检测超声信号可以实现对GIS局部放电的检测及其绝缘状态的诊断。研制了一套基于超声信号的局部放电无线检测装置,阐述了工作原理与硬件设计,系统通过硬件滤波和数字信号处理使局放超声信号在复杂环境下更易被识别,基于WiFi无线通信上传检测数据并于终端进行显示,提高了检测的可靠性和抗干扰能力,经现场测试验证,装置能够有效检测出局放超声信号,并提高了测试效率。     

EFPI光纤超声传感器及其潜在局放检测应用综述

电力设备的绝缘问题是导致电力设备故障和事故的主要原因之一,通过局部放电监测可以提前判断电力设备绝缘状况。目前已有多种针对局部放电的检测方法,其中光纤珐珀(Fabry-Perot,F-P)超声传感器具有抗电磁干扰能力强、绝缘性好、灵敏度高等优势,在超声检测方面得到了众多研究者的青睐。为此概述了几种常用的局部放电检测方法,介绍了光纤F-P腔的干涉原理以及光纤F-P超声传感器的工作机制,重点总结归纳了基于银膜片、聚合物膜片、石墨烯薄膜和硅膜片非本征光纤F-P超声传感器的性能制备方法,同时详细分析了光纤F-P超声传感器在模拟局部放电源的检测和定位中的优势。最后通过介绍微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)技术在光纤F-P超声传感器中的应用现状,对基于MEMS技术的非本征光纤F-P超声传感器在局放检测中的应用前景进行了总结和展望。     

基于柔性馈电螺旋天线和硅光电倍增管的GIS局部放电联合传感技术EI北大核心CSCD

由于现场干扰和系统噪声的影响,通过常规电学方法检测气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)内的局部放电(partial discharge,PD)容易造成漏检与误检的情况。为提高局部放电检测的准确率,并进一步探究GIS中不同缺陷的放电特性差异,该文提出基于粒子群优化算法的四臂螺旋天线优化流程,设计适配的柔性功分馈电网络,并与荧光光纤加载的硅光电倍增管结合,形成基于特高频(ultra high frequency,UHF)天线和硅光电倍增管结合的局部放电光–电联合传感技术。在此基础上,通过联合传感器对GIS典型缺陷放电信号进行侦测并作统计分析。结果表明,柔性功分网络加载的四臂螺旋天线在0.5~2.0GHz范围内增益均高于5.0dBi,具有高增益与小型化特性;联合传感器的光信号与特高频信号均与放电量保持线性关系;光电联合传感对于电晕放电、沿面放电和气隙放电具有不同的感知效率,不同缺陷类型的局部放电间隔时间也具有不同的特征。使用光–电联合检测技术能够为GIS中的局部放电检测提供新的、可靠的解决方案。     

高灵敏度高一致性非本征光纤法-珀局部放电声发射传感器

为解决应用于液体电介质局部放电超声信号检测的非本征光纤法–珀传感器(extrinsic fiber Fabry-Perot interferometor,EFPI)检测灵敏度低和一致性差的问题，根据多光束干涉理论及流固耦合振动系统对EFPI传感器进行优化设计，并利用微电子机械系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)加工技术及硅–玻璃键合技术实现传感器设计结构与制备结构的高一致性。设计制备的EFPI传感器法–珀腔腔长为100μm，膜片厚度为5μm，有效约束半径为0.23 mm，在绝缘油介质中一阶固有谐振频率为117 kHz，静压灵敏度为0.0204 nm/Pa。实验结果表明，制备获得的4支EFPI传感器法–珀腔腔长最大偏差率为0.043%，干涉光谱调制度最大相差率为0.89%，一阶固有谐振频率完全相同且与设计计算结果一致，局放超声信号检测特性具有极高的一致性，高效检测角度范围为–60°～60°；EFPI传感器的检测灵敏度为传统的压电陶瓷传感器(piezoelectric, PZT)的3.75倍，且EFPI传感器最小可测局放量低于PZT传感器的值。