基于F-P可调谐滤波器的光纤光栅解调系统设计

针对某结构应力监测系统,提出应用光纤光栅传感原理来测量结构应力,设计了基于光纤标准具的F-P可调谐滤波器光纤光栅解调系统。利用标准具的稳定性来对F-P滤波器进行标定,消除环境温度对F-P滤波器的干扰。利用DDS原理设计了F-P滤波器的驱动源,产生的三角波分辨率可以小于0.42mV,确保解调系统最终的分辨率达到1pm。设计了光电转换电路,实现了微弱光信号的转换和放大,最后转换成易于采集与显示的电压信号。最终,利用本次设计的解调系统可以实现±3000με的应变测量,测量精度可达到2.59%。     

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。     

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。     

城市电网高压电缆光纤传感在线监测技术比对试验研究

文中建立了用于高压电缆的温度在线监测的光纤传感系统,针对电缆不同部分的测量需求,采用不同的光纤传感原理分别进行了温度测量。通过模拟电缆隧道进行了有针对性的试验,试验结果表明,布里渊温度测量系统的精度可达2℃,布里渊散射频率与温度变化呈严格的线性关系;拉曼温度测量系统的精度可达0.5℃;拉曼温度测量系统适用于通过监测热点温升电缆局部缺陷;布里渊温度测量系统适用于电缆全段的温度测量,实现动态载流量;点式光纤光栅温度测量需要注意消除电缆温度变化导致形变的干扰。     

布拉格波长标定及实时三次样条插值拟合算法的实现

针对布拉格光栅解调的标定问题,采用了一种由标准具、参考光栅及DSP组成的标定系统,实现对可调谐F-P滤波器的标定。本文运用三次样条插值算法,得到标定拟合曲线,再根据标定曲线得出传感光栅的波长。为了进行实时标定,在DSP平台上实现了三次样条拟合的求解,提高了波长解调的精度。     

配网电缆接头内部缺陷电场特征研究及电树发展分析

配网交联聚乙烯(cross linked polyethylene, XLPE)电缆的严重击穿故障大多发生在电缆接头处,主要由电缆接头在制造和安装过程中的工艺缺陷引起。文中采用模拟电荷法研究电缆接头4种典型缺陷,即气隙、水膜、金属碎屑和金属外破附近的电场分布特征;然后采用电场计算与随机漫步理论相结合的方法,分析缺陷引发的电树枝的分布规律。同时,测量带缺陷配网XLPE电缆接头样本周围的实际电场分布,并比较测量结果与计算结果。结果表明,采用电场测量的方法可以直接有效地识别电缆接头内部缺陷类型,相比气隙、水膜缺陷,导电缺陷造成的电场畸变更为显著。缺陷引发的电场畸变大于临界电场值时会引起电树发展,电树发展的轨迹长度与场强大小呈正相关,导电缺陷引发的电树枝有较大概率向缆芯方向发展,更易引起XLPE绝缘击穿。     

XLPE电缆水树枝老化的介损检测方法分析及试验研究

介绍了介损正切(tanδ)与交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘水树枝老化的关联性,分析了工频电压下电桥法、0.1 Hz超低频电压下、串联谐振条件下现场测量XLPE电缆tanδ的适用性及优缺点。对比发现,0.1 Hz超低频电压下测量tanδ的方法得到广泛研究和认同,但超低频时tanδ值不能表征XLPE电缆工频电压下的绝缘状况;工频电压下用电桥测量tanδ能够反映XLPE电缆真实绝缘状况,电桥容量较小限制了该方法使用范围;串联谐振装置测量tanδ能基本反映XLPE电缆真实绝缘状况,配套设备体积大制约了其应用。给出用工频介损测试仪测量tanδ的结果,初步表明在配电电压下、长度较短时用电桥法测量tanδ,发现XLPE电缆绝缘内部存在严重水树枝老化缺陷。     

高精度光纤光栅解调仪的研制及应用

介绍了光纤光栅传感器对温度及应变物理量的感应原理、Bragg光栅波长的解调方法,重点介绍了可调法布里 — 珀罗滤波法解调原理。阐述了高精度光纤光栅解调仪的系统原理、内部结构、关键技术、应用情况及数据分析等。实验数据表明,该高精度光纤光栅解调仪具有很好的测量精度和精度重复性。高精度光纤光栅解调仪适合于大坝和水利工程的安全监测,还适合于电力、交通、石化等行业中关于温度、变形等物理量的监测。     

电缆接头缺陷在线监测技术研究

随着电力能源需求增长，电缆化率不断提高，电缆接头缺陷易导致绝缘击穿，最终演变成永久性故障，因此迫切需要一种能对电缆接头缺陷实现有效在线监测的技术手段。针对XLPE电缆结构，分析了4类典型电缆缺陷，推导了局部放电信号的传输特性。利用光纤光栅超声传感器实现局部放电信号的在线采集，并通过小波分析法实现降噪处理。对处理后的波形进行特征提取，并输入到BP神经网络样本模型中进行多轮训练，输出4种典型电缆接头缺陷的辨识结果。     

基于 F-P 标准具非线性波长校准的 FBG 传感系统解调方法

针对光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)解调系统在变温环境下由于波长漂移引起的解调精度不足问题,提出了一种基于法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)标准具非线性波长漂移校准的FBG传感系统解调方法。研究建立了引入F-P标准具的FBG解调系统,设计了基于F-P标准具非线性误差补偿的波长校准流程,搭建了FBG解调系统在航空航天实际应用环境中的模拟实验系统,并在恒温及变温环境下进行了实验测试。实验结果表明,本文所提出方法在恒温及变温环境下的传感系统解调稳定性在±0.6 pm及±1.1 pm以内,且在变温环境下传感系统解调的波长漂移量从20.3 pm减小到0.7 pm。验证了解调方法的精度和稳定性,为航空航天等领域的结构健康监测提供了参考。     

光纤F-P电压传感器

设计了一种新型的光纤电压传感器。将Fabry-Perot腔(简称F-P腔)粘在石英晶体上,根据石英晶体的逆压电效应,在高压作用下晶体会发生形变,使粘于其上的F-P腔腔长发生改变,相应在F-P腔中的干涉波长也发生变化。通过可调F-P腔对其输出光谱进行扫描,以实现光谱恢复,得到中心波长的变化,根据中心波长与干涉腔长的关系,实现对电压的实时测量。实验结果表明,该电压传感系统可靠性好,精度高。     

基于ART2A-E的交叉互联XLPE电缆绝缘在线诊断技术研究

研究110 kV及以上电压等级的XLPE电缆绝缘的在线监测与诊断技术,确保电缆的安全可靠运行具有重要意义。笔者根据屏蔽层交叉互联接地XLPE电缆在线监测的特点,提出了基于ART2A-E(Adaptive Resonance Theory)神经网络的交叉互联电缆绝缘在线诊断方法。首先,通过分析电缆绝缘老化的特点以及电缆加速老化的实验结果,建立交叉互联XLPE电缆的仿真模型。然后,计算首末端A、B、C三相接地线电流与电缆初始安装时的接地线电流幅值和相位的相对劣化度得到12个特征量,并以此特征量作为ART2A-E的输入样本进行模式识别。仿真实验结果表明,ART2A-E神经网络可以识别发生在交叉互联中的任意一段电缆的绝缘故障,为交叉互联电缆的绝缘在线诊断开辟了新的途径。     

基于FPGA的电力电缆接头局部放电在线监测系统

如果局部放电长期存在,会逐渐导致局部绝缘缺陷扩大并最终损坏电缆绝缘,影响电力系统运行的安全性和连续性。本文基于现场可编程门阵列（FPGA）实时数据采集技术,研制出了一套可在线长期监测电缆接头局部放电的系统,经实验室模拟和现场测试,证明其能捕捉局部放电信号,可为预防电缆系统绝缘故障提供参考。     

全尺寸直流电缆脉冲电声法（PEA）空间电荷测量系统设计及声信号衰减与色散补偿

脉冲电声法（PEA）空间电荷测量是交联聚乙烯（XLPE）绝缘直流电缆材料选型与评价的主要技术手段,被广泛应用于直流电缆薄膜试样。但应用该方法测量厚尺寸平板试样和大尺寸同轴试样以研究材料体效应对空间电荷的影响时,声波信号在材料中传播时的衰减与色散将直接影响电荷密度测量的精度和空间分辨率。提出了在空间电荷校准过程中利用理论计算直流电场的方法确定内外电极表面的电容电荷密度,然后计算确定在绝缘介质中传播的脉冲声波信号传递函数（该函数含有衰减和色散系数）,再对原始信号进行反卷积分运算以去除系统响应。在频域利用测量信号乘以传递函数获得脉冲声波信号经过衰减、色散恢复后的信号,从而保证大尺寸直流电缆试样测量中电荷密度及空间分辨率的测量精度。同时,设计了全尺寸直流电缆空间电荷测量系统,并在LabVIEW环境下开发了数据采集与处理系统。     

XLPE电缆在线自动绝缘诊断技术研究

交联聚乙烯 (XLPE)电缆绝缘老化自动检测系统采用直流成分法、直流叠加法和补偿电势法三种方法 ,可对运行中的XLPE电缆主绝缘状况和护套破损情况进行可靠、有效的现场在线监测 ,并实现对XLPE电缆绝缘老化状况的快速评估。介绍了该系统所采用的抗干扰技术及系统构成。     

基于多分类器融合的XLPE电缆局部放电模式识别研究

将多分类器融合的方法应用到XLPE电缆的局部放电模式识别中.针对几种典型的XLPE电缆局部放电类型,提取放电统计特征参数,采用主成分分析(PCA)降维后,应用基于AdaBoost的多感知器神经网络融合分类模型进行分类.实验结果表明算法能有效提高基本分类器的准确率,提供了一种用于局部放电模式识别新的有效方法.     

Application of dielectric response measurement on power cable systems

Water treeing is one of the factors leading to failure of medium voltage XLPE cables in long-term service. Increased moisture content inside oil-paper insulated cable is not desirable. To identify water tree degraded XLPE cables or oil-paper cables with high moisture content, diagnostic tests based on dielectric response (DR) measurement in time and frequency domain are used. Review of individual DR measurement techniques in the time and frequency domains indicates that measurement of one parameter in either domain may not be sufficient to reveal the status of the cable insulation. But a combination of several DR parameters can improve diagnostic results with respect to water trees present in XLPE cables or increased moisture content in oil-paper cables. DR measurement is a very useful tool that reveals average condition of cable systems. However, it is unlikely that DR measurement will detect few, but long water trees. In addition, DR cannot locate the defect or water tree site within the cable system. Combination of DR and partial discharge (PD) measurements can improve diagnostic results with respect to global and local defects. However, it is doubtful whether PD test can identify the presence of water trees inside a cable in a nondestructive manner. Further research is needed for more detailed conclusions regarding the status of a particular insulation and for predicting the remaining life of the insulation system.     

一种可用于电缆局部放电检测的串联谐振系统

交联聚乙烯电缆正日益取代传统的架空线路,逐渐成为城市输配电网络的重要构成部分。复杂的电力电缆网络对电缆的故障检测技术提出了更高的要求,然而传统的串联谐振系统存在大量的脉冲干扰,导致其只能进行耐压试验而不能用于局部放电检测,难以满足电缆绝缘状态评估的需要。为了实现对电缆绝缘状态全面且可靠的评估,文中提出了一种改进的串联谐振系统,利用等脉宽调制技术和时域开窗技术滤除脉冲干扰,实现了在开展电缆耐压试验同时进行局部放电检测的功能,并用实验室试验验证了系统的有效性。     

高温下交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝测试系统设计

设计了高温下交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中电树枝化的实验系统,在外施工频电压有效值为13 kV下,对不同温度下高压XLPE电缆绝缘中电树枝生长及其局部放电特性进行研究,结果表明,温度对电树枝的生长具有重要影响,整个系统可以用于高温下电树枝生长过程的实时观测与局部放电连续测量,为研究高温下XLPE电缆绝缘中电树枝引发与生长机理及其局部放电特性分析提供了实验研究平台。