用于液体介质中局放声测的非本征光纤法珀传感器

用膜片与光纤尾纤端面构成非本征光纤法珀传感器,测量液体介质中局部放电产生的声波,所组成系统具有全介质结构和抗电磁干扰能力。采用尾纤分别与石英膜和微电子机械系统(micro electronic mechanical systems,MEMS)工艺获得硅膜制成传感器,根据理论分析和计算机仿真结果建立确定传感器参数的方法。应用压电超声传感器与两种膜片的光纤传感器共同测量局放产生的声发射信号。实验结果表明,硅膜结构的非本征光纤法珀传感器最小可测放电量达到了150 pC,实验同时验证了法珀腔长工作点对测量灵敏度的影响。     

一种用于电力变压器局部放电在线监测的光纤传感器

描述了一种光纤声波传感器系统，这种传感器用于大型电力变压器中局部放电产生声波信号的在线监测。传感器采用融硅的共振腔和在融硅的玻璃管中形成囊状的单膜光纤来形成F—B干涉仪。干涉仪采用低相干性的光采进行干涉。实验结果表明研制的这种光纤声波传感器测量变压器油中传播的声波信号具有比较高的灵敏度和较宽的带宽。     

光纤传感技术在变压器状态检测中的应用研究

实现对变压器等电力系统关键设备的状态检测,迫切需要适合强电场环境的各种在线监测技术。简要介绍近年来兴起的相关光纤传感技术进展,重点描述适于变压器油温、绕组温度在线监测的光纤光栅温度传感系统;用于局放检测的光纤超声传感器;用于变压器油溶解性气体分析的光纤多种气体监测技术。最后给出了基于全光纤传感技术的变压器状态监测方案。     

光纤传感技术在变压器状态检测中的应用研究

实现对变压器等电力系统关键设备的状态检测,迫切需要适合强电场环境的各种在线监测技术.简要介绍近年来兴起的相关光纤传感技术进展,重点描述适于变压器油温、绕组温度在线监测的光纤光栅温度传感系统;用于局放检测的光纤超声传感器;用于变压器油溶解性气体分析的光纤多种气体监测技术.最后给出了基于全光纤传感技术的变压器状态监测方案.     

基于光纤光栅传感器的变压器测温系统设计

阐述了基于光纤光栅传感器的变压器测温系统的工作原理和硬件、软件的设计过程.Bragg光栅的中心波长是温度的线性函数,由FBG-T-01光纤传感器通过波分复用原理构成光纤传感器阵列作为测温元件,运用可调谐发布里—珀罗腔(F-P)滤波解调法对波分复用的光信号进行波长的检测.为了能够及时发现变压器绕组温度异常问题,设计的变压器测温系统同时将测点温度和测点温升速率作为判据来判断变压器绕组温度是否正常.测试结果表明,光纤光栅测温系统精度高,稳定性好,能够很好完成变压器测温任务.     

基于ARM的嵌入式光纤布拉格光栅解调系统

分析光纤光栅传感原理,阐述可调光纤F-P滤波器的工作机理和特点,并介绍了基于ARM实现光纤布拉格光栅（FBG）传感器的解调系统的硬件结构和软件设计。采用三星公司的S3044BOX对经过可调谐F-P腔解调后的波长信息进行采集,并对得到的数据进行处理。实验结果表明系统可以满足一般的工程要求。     

一种用于高压电气设备局放超声检测的新型EFPI传感器

本文介绍了一种新型结构的光纤EFPI超声传感器，可内置于变压器、GIS等高压电气设备，并用新型结构的光纤EFPI超声传感器在不同温度和不同压强条件下，进行局部放电超声信号的检测。新型传感器采用全石英焊接工艺，在F-P腔上开孔，使绝缘介质进入F-P腔，平衡了石英膜片两侧由于温度和绝缘介质产生的压强差，并在石英膜片内表面上局部镀铝膜，提高膜片内表面的光反射率，提升了传感器的灵敏度。通过用传感器在不同温度、不同距离下进行测试，验证了传感器的温度、频率等性能，为检测高压电气设备内部局部放电提供了一种新的检测方法。     

基于侧边抛磨光纤布拉格光栅的变压器油中溶解氢气传感器

针对变压器油中溶解气体在线监测装置,常规取油样-油气分离-气体检测的模式存在操作繁琐、检测环节多、检测误差大、试验周期长等缺点。为此提出基于光纤布喇格光栅的油中溶解氢气传感器和检测方案。为了提高光纤光栅氢气传感的灵敏度,通过侧边抛磨增敏设计,采用轮式抛磨法对布喇格栅区的光纤进行抛磨,使用磁控溅射的方法在光纤表面溅射氢敏钯膜材料,制备侧边抛磨深度为20?m的光纤光栅氢气传感器。在实验室搭建油中氢气传感测试平台,开展多次溶解氢气传感灵敏度和重复性试验,测试灵敏度达到0.477?L/L,具有较高的重复性,可以满足实际变压器油中溶解氢气的传感需求。基于侧边抛磨的光纤布喇格光栅油中氢气传感器实现了变压器油中溶解气体的直接测量,为油中溶解氢气在线监测提供了一种传感思路和技术手段。     

利用光纤光栅传感器测量输电线路覆冰荷载试验

输电线路覆冰严重威胁电力系统的安全稳定运行,在现有力学测量线路荷载的基础上,建立了基于光纤光栅(FBG)传感器的输电线路覆冰在线监测系统。该系统利用光纤光栅作为传感载体,通过感知传感器金具的微应变,测量输电线路荷载;光纤作为传感信息传输载体,可在现有的光纤复合架空地线(OPGW)和光纤复合相线(OPPC)上实现。为验证系统测量输电线路覆冰后荷载变化的性能及可靠性,在±800 kV直流输电工程输电线段直线塔上进行了光纤光栅传感器测量输电线路模拟覆冰试验,试验结果表明:相较于电子式传感器,光纤传感器精度更高;测量灵敏度与金具的材料和截面积相关;光纤光栅温度补偿的精度直接影响测量精度。     

光纤光栅解调技术在电力系统中的应用

实现对电力设备的温度监测是电力系统安全与稳定的重要保障。文章比较了光纤光栅传感器和传统传感器的性能,介绍了光纤光栅传感器的工作原理,设计并实现了基于可调谐F-P滤波器的光纤光栅波长解调系统,并就光纤光栅解调技术在高压开关柜、电力电缆、高压变压器绕组等电力系统设备温度监测中的应用进行了介绍。     

变压器特高频、超声波侵入式PD联合检测技术

最新颁布的IEC TS 62478-2016《高电压技术-电磁和声学法测量局部放电》国际标准,指出了现有的外置式超声波法测量PD主要存在:设备外壳对声波的衰减和不同介质声阻抗引起的传输多路径问题。笔者基于变压器放油阀结构,将特高频(UHF)天线和压电陶瓷声发射(AE)传感器进行一体化设计,再考虑电磁波和超声波信号耦合、防变压器油渗漏两个主要问题的基础上,加工研制了能够同时耦合UHF、AE信号的侵入式PD复合传感器。110 kV变压器内置尖端放电下与外置式压电陶瓷AE传感器的对比试验表明:所设计的UHF、AE侵入式PD复合传感器能够有效探测到油中微弱放电产生的具有特定时间差Δt的电磁波和超声波信号,这为变压器PD检测提供了一种全新的"声-电"即UHF、AE联合检测技术。     

Acousto-optical PD detection for transformers

Partial discharge (PD) is one of the factors that could lead to failure of power transformers, leading to power outage and expensive repairs. The acoustic wave induced by PD can be measured and used for monitoring, diagnosing, and locating potential failures in the transformers. Fiber optic sensors have been shown to be attractive devices for PD detection because of a number of inherent advantages including small size, high sensitivity, electrical nonconductivity, and immunity to electromagnetic interference. A fiber optic sensor based on a Fabry-Perot interferometry is constructed by a simple micromachining process compatible with microelectromechanical system technology. The sensors are used in a transformer to measure PD acoustic waves. The experimental results show the sensor not only has an inherent high signal to noise capability, but is able to accurately localize the PD sources inside the transformer.     

变压器局部放电超高频信号的外部检测

电力变压器局部放电超高频检测法中一般将传感器安装于箱体内部,这对已投入运行的变压器来说是有潜在危害的。为此,先分析了变压器箱体对局部放电超高频电磁波传播的影响,探讨了接收天线外部检测超高频信号的可行性,再实验研究了局放超高频电磁波的外传播特性。结果表明,超高频电磁波可以透过变压器箱体夹缝衍射出来,外部检测到的超高频信号强度随着变压器箱体缝宽增大而增大;变压器套管附近安装接收天线也能检测到超高频信号。     

大型变压器局部放电多目标定位实验

为了解决大型变压器内部局部放电源难以准确定位的问题,进行了以变压器内部同时存在多个放电源的定位为对象,通过传感器阵列接收放电源辐射的超声波信号,应用阵列信号处理技术中的空间谱估计理论,分析阵列传感器所接收信号的特征信息,实现局部放电的多目标定位的研究。研制了4阵元均匀等间隔线阵,建立了局部放电定位实验系统,针对单放电源和二个放电源的不同情况,对放电源空间位置进行了定位模拟实验。实验结果表明,该法具有良好的定位准确度,能有效地估计出变压器内多个放电点的空间位置,可实现电力变压器内部多局部放电源的定位,为变压器内多局放源的定位建立了实验研究基础。     

电力变压器绝缘局部放电的声发射频谱

本文针对电力变压器绝缘局部放电的几种典型形式进行了实验室模拟,用微机测量系统采集了六种模型局部放电的声、电信号,得出了声发射频谱、声、电信号时延关系,以及在较厚的绝缘纸内发生放电时声信号的衰减规律和频谱的变化。用声发射法在线监测变压器的局部放电时,变压器铁心的磁噪声是稳定而严重的干扰信号、本文分析了磁噪声信号的时域及频域特征。基于变压器绝缘局部放电模型的声频谱和磁噪声的频谱,本文给出了用声发射法检测电力变压器绝缘局部放电的频带范围,并论述了根椐不同的放电声频谱判断故障类型的可能性。     

基于暂态对地电压和超声阵列信号的变压器局放定位方法

变压器局部放电的快速、准确定位对于及时排除故障隐患,保障电力系统的安全稳定运行具有重要作用,论文介绍了一种基于暂态对地电压和超声阵列信号的变压器局放定位方法。该方法首先以接收到暂态对地电压(TEV)信号的时刻为基准进行测距,并基于改进FastDOA算法对超声阵列信号进行测向,再根据测距和测向结果实现定位。改进FastDOA算法在传统FastDOA的基础上构造不同孔径的虚拟阵列,并对各虚拟阵列得到的估计谱值加权平均以减小伪峰的影响,可有效提高测向精度。在此基础之上,利用Matlab对基于改进FastDOA的测向算法以及超声阵列传感器结构参数的优化设计进行了仿真分析。最后研制了相应的传感器并搭建了变压器局部放电超声阵列定位实验平台,开展实验研究,结果验证了所提方法的有效性。     

A fast acoustic field mapping approach based on fabry–perot sensor with high‐speed camera

A Fabry–Perot (FP) interferometer‐based ultrasound sensor provides an inherently broadband response and excellent detection sensitivity compared to piezoelectric zirconate titanate (PZT) or polyvinylidene difluoride (PVDF) transducers. It is therefore expected to be used for medical ultrasound imaging and photoacoustic imaging. However, at present, mapping acoustic fields takes much time for scanning, which hinders real‐time measurement. We propose a new approach that utilizes a high‐speed camera (HSC) to map acoustic fields without mechanical scanning and to sample signals of acoustic waves with the shutter of the HSC. Experimental results indicate that acoustic field at the focus of a pulsed 1‐MHz PZT ultrasound transducer can be detected and mapped by using the FP sensor with the HSC. By improving the uniformity of the FP sensor and the exposure time, the frame rate of HSC can be further developed, and this approach should be able to provide a fast acoustic field mapping for high‐resolution biomedical photoacoustic and other ultrasonic imaging. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于穿心特高频传感的开关柜局部放电检测有效性试验

由于开关柜密封性好,以往常用的暂态地电压和超声波局部放电检测技术的有效性和灵敏度受到很大影响。本文提出一种新的局部放电检测技术,通过在带电显示装置信号线上加装特高频电流互感器(ultra-high frequency current transformer,UHFCT),耦合开关柜电气回路中的暂态电流信号,实现开关柜局部放电检测。在实验室搭建了基于开关柜带电显示装置的试验平台,设置了典型局部放电缺陷,采用UHFCT、高频电流互感器(high frequency current transformer,HFCT)、脉冲电流检测阻抗、特高频传感器(ultra-high frequency sensor,UHFS)等多种手段同时进行局部放电检测。对比发现,UHFCT检测效果优于HFCT和UHFS,其有效性和灵敏度得到充分验证。在开关柜中进行试点应用,UHFCT监测到典型局部放电信号。