专利名称：用荧光光纤检测电力变压器局部放电的装置及方法
技术领域：
本发明属于电力设备局部放电(PD)在线监测技术领域，具体是涉及电力变压器内部针一板电极局部放电的模拟实验装置及方法。
背景技术：
电力变压器是电力系统中必不可少的电气设备之一，其可靠性对于电力系统的运行起至关重要的作用，而局部放电是导致电力变压器绝缘劣化的主要原因之一。因此，对电力变压器实施绝缘状态在线监测，具有十分重要的意义。目前，现有用于检测电力变压器局部放电的方法主要有脉冲电流法、气相色谱法以及超高频法。脉冲电流法它是通过检测阻抗或电流传感器，检测变压器套管末屏接地线、外壳接地线、中性点接地线、铁心接地线中由局部放电引起的脉冲电流，获得视在放电量。脉冲电流法是研究最早、应用最广泛的一种检测方法。目前广泛用于变压器型式试验、交接和预防性试验、出厂试验等。该方法的主要缺点有(a)由于运行现场电磁干扰严重，导致脉冲电流法无法有效应用于运行设备在线监测；(b)对于变压器这类具有绕组结构的设备，由于局部放电在绕组内传播的复杂性，导致脉冲电流法在定量时产生很大的误差；(c)当试品的电容量较大时，受耦合电容的影响，测试仪器的检测灵敏度不高；(d)检测频率低、频带窄、包含的信息量少。气相色谱法当油绝缘变压器内部发生局部放电时，各种绝缘材料发生分解破坏， 在绝缘油中会产生新的微量气体衍生物，该方法是通过检测油中溶解气体的成份和浓度， 来判断油绝缘变压器内部局部放电的故障类型和损坏程度。该方法的主要缺点在于油气分离是一个长期的监测过程，对早期潜伏性故障较灵敏，但不能反映突发性故障。超高频法自上个世纪九十年代开始研究以来。荷兰KAMA实验室的Rutgers和英国Strachclyde大学的Judd等人研究表明，变压器油中局部放电的上升沿很陡，脉冲宽度为纳秒级，可激发出300MHz至数GHz的超高频电磁波信号，而该频率段有效地避开了 300MHz以下的电晕干扰，具有现场抗低频干扰的能力。该方法是利用超高频电磁信号传感器检测设备内部局部放电，是目前国内外研究的热点，取得一些成果还处在实验室和现场应用研究阶段。该方法的主要缺点是还没有定量标定的有效办法，容易受到被检测设备外部超高频电磁信号干扰，影响检测的准确度。

发明内容
本发明的目的在于针对现有电力变压器局部放电检测方法的不足之处，提出一种用荧光光纤检测电力变压器局部放电的装置及方法，具有抗电磁干扰能力强、绝缘性能好、 检测灵敏度高等优点，从而提高了电力变压器绝缘状态在线监测的准确度和精度。本发明的原理在电力设备实际的局部放电过程中，除了伴随着电荷的转移与电能的损耗外，还会产生电磁辐射、超声波、发光、发热、新的生成物等。因此，光测法是通过检测局部放电的光辐射作为测量依据的。研究表明，不同类型的局部放电产生的光波长不同 电晕放电光波长小于400nm ；火花放电波长在200 900nm之间；固体介质表面放电光谱与放电区域的气体组成、固体材料的性质、表面状态以及电极材料有关。在变压器油中，各种放电发出的光波长不同，研究表明通常在300 SOOnm之间。荧光光纤是在纤芯中掺入一定量的荧光物质，当入射光从侧面照射荧光光纤时， 这种光被荧光分子所吸收，电子从基态跃迁到激发态，然后以光辐射的形式从激发态回到基态，这种光致发光现象称为荧光，寿命为10_9 10_6s。其中辐射方向满足纤芯-包层界面全反射条件的荧光将沿着荧光光纤轴向传输，再从出射端面射出。光电探测器是利用物质的光电效应把光信号装换成电信号的器件。本发明选用光电倍增管(PMT)作为光电转换器件(即光电探测器)，具有响应速度快、灵敏度高、噪声低、阴极面积大等优点。本发明通过荧光光纤作为传感器接收局部放电产生的光辐射信号，然后通过塑料光纤将光信号传输到高灵敏度的光电转换器件(即光电倍增管)进行光电转换成电信号， 最后通过同轴电缆将电信号传输到示波器进行信号显示与储存，从而建立了一套用荧光光纤检测电力变压局部放电的光测法系统。该方法具有下列优点，从而提高了电力变压器绝缘状态在线监测的准确度和精度。1)抗电磁干扰能力强。当光信号在荧光光纤中传输时，不会与电磁场产生作用。2)绝缘性能好。由于荧光光纤是非金属材料，不导电，因此用来检测变压器局部放电时，可方便放于不同的高电位处，绝缘性能好。3)检测灵敏度高。由于荧光光纤对局部放电产生的微弱光强有较高的敏感性，故检测信号的灵敏度高。实现本发明目的的技术方案是一种用荧光光纤检测电力变压器局部放电的装置主要包括感应调压器Tl、无晕试验变压器T2、无局部放电保护电阻R、标准电容分压器Cl、 C2、局部放电发生器、光电倍增管、电位器、直流稳压电源、同轴电缆、示波器等。感应调压器 Tl的原边通过电源线与220V市电连接，感应调压器的副边通过同轴电缆与无晕试验变压器T2的低压侧连接。无晕试验变压器T2的高压侧，先与无局部放电保护电阻R串联后，再与标准电容分压器器Cl和C2并联，然后通过高压引线并穿过固接在金属屏蔽避光箱体顶端的绝缘套管后，与装设在金属屏蔽避光箱体内的局部放电发生器的顶端的高压接线柱连接，用以向局部放电发生器施加高电压(即针-板电极间施加高电压)。在金属屏蔽避光箱体的底部还装设有光电倍增管。所述的金属屏蔽避光箱体材料为铁质。形状为长3. 0 3. 5m、宽2. 0 2. 5m、高 2. 0 2. 2m、壁厚2 3mm的壳体。金属屏蔽避光箱体的作用有一是用来防止外界的电磁干扰，起到电磁屏蔽的作用；二是防止外界的光线干扰，起到避光的作用。所述的局部放电发生器，主要由外壳、针电极、板电极、荧光光纤构成。其外壳材料为有机玻璃、形状为圆柱体，圆柱体的内径为200 300mm、壁厚8 12mm、高为200 300mm。在外壳的顶部中心和底部中心处，分别设有通孔。高压接线柱的上部通过高压套管固接在外壳顶部的中心通孔中，高压接线柱的上端与高压引线连接，并在该连接处外装设球形屏蔽罩进行屏蔽，改善电场分布，以防止发生电晕放电。高压接线柱的下端通过螺纹固接针电极。接地接线柱的上端通过螺纹固接板电极。接地接线柱的下部通过螺钉固接在低压套管内，低压套管固接在外壳底部的中心通孔处，接地接线柱的下端通过接地线接地。 针-板电极的材料均为黄铜。针电极的外径为8 12mm、长度为50 100mm、尖端的曲率半径为0. 4 0. 8mm。板电极的厚度为5 10mm、外径为80 120mm的圆盘电极。在外壳内并位于针-板电极的一侧装设长度为20 40mm的荧光光纤，用来接收针-板电极局部放电时所产生的光辐射信号。荧光光纤一端粘接在外壳内的底端面上，另一端通过光纤连接器穿过外壳顶端并与塑料光纤的一端相连。塑料光纤的另一端通过光纤连接器与光电倍增管的光窗连接，光电倍增管接收塑料光纤传输过来的局部放电光信号，并将光信号转化成电信号输出。光电倍增管的电信号输出端通过同轴电缆并穿过金属屏蔽避光箱体的侧面与示波器连接，将电信号传输给示波器，示波器将电信号转化为数字信号进行显示并存储。放置在金属屏蔽避光箱体内的光电倍增管的正极端和负极端，分别通过正极电压线和负极电压线并穿过金属屏蔽避光箱体的侧面与直流稳压电源的正、负极输出端连接，光电倍增管的接地端通过接地线并穿过金属屏蔽避光箱体的侧面与直流稳压电源的地线输出端连接。光电倍增管的参考电压端通过参考电压线并穿过金属屏蔽避光箱体的侧面与电位器串联后， 再与直流稳压电源的地线输出端连接，光电倍增管的控制电压端通过控制电压线并穿过金属屏蔽避光箱体的侧面与电位器的中间抽头端连接，通过调节电位器的阻值来调节光电倍增管的控制电压，达到调节光电倍增管的输出增益的目的。所述的光电倍增管为市购产品。主要参数为光谱响应范围为300 880nm，峰值灵敏度波长为500nm，光阴极直径为8mm。工作电压为正负15V，控制电压在0. 25 0. 9V之间调节。所述的直流稳压电源为市购产品。输入端为220V市电，输出为三端电压输出，其中一端为OV到正30V可调输出，另一端为OV到负30V可调输出，最后一端为固定正3. 3V 输出。所述的电位器为市购产品。阻值为IOkQ 士5%。所述的示波器为市购的宽屏高速超大容量数字荧光示波器，带宽1GHz，最大采样率20GS/s，存储长度为100M。所述的局部放电发生器的外壳形状，除前述的圆柱体外，还可为正方体或者长方体。一种荧光光纤检测电力变压器局部放电的方法，利用本发明装置，模拟电力变压器在空气介质下针-板电极局部放电的实验，其具体步骤如下(1)实验准备①设置示波器的触发值在本发明装置中，先打开直流稳压电源的开关及示波器的电源开关，并调节示波器的触发值为“0”及电位器电阻值为0，再逐渐增加电位器的阻值至^Ω，然后逐渐升高示波器的触发值，并观察示波器的脉冲信号显示，直到示波器无脉冲信号显示为止，记录此条件下示波器的触发值为设置的示波器的触发值。②测试局部放电发生器的起始放电电压Ust及击穿电压Ub第(1)-①步完成后，先根据实验的要求，通过调节局部放电发生器的接地接线柱下端的螺钉来调节针-板电极的间距，然后调节感应调压器Tl的输出电压，经过无晕试验变压器后，使局部放电发生器的施加电压从OkV开始逐渐升高(即逐渐升高针-板电极间的施加电压)，并仔细观察示波器上有无脉冲信号，当出现脉冲信号时，记录下施加在针-板电极间的电压(即为本发明装置的局部放电发生器的起始放电电压&τ)，接着逐渐升高感应调压器Tl的输出电压，直到无晕试验变压器Τ2的继电器发出跳闸信号为止，记录此时施加在针-板电极间的电压(即为本发明装置的局部放电发生器击穿电压Ub)，最后调节感应调压器Tl的输出电压至0V。(2)进行局部放电实验第(1)步完成后，进行以下局部放电实验①在同一极间距离、不同施加电压下的针-板电极局部放电实验第(1)步完成后，先通过调节局部放电发生器的接地接线柱下端的螺钉来调节针-板电极的间距，然后通过调节感应调压器Tl输出端的电压，经过无晕试验变压器后，使局部放电发生器的施加电压在与针-板电极距离对应的起始放电电压Ust与击穿电压Ub之间，在不同的施加电压下进行局部放电实验。并分别通过荧光光纤作为传感器接收针-板电极局部放电产生的光信号，然后通过塑料光纤将局部放电的光信号传输到光电倍增管进行光电转换成电信号，最后通过同轴电缆将电信号传输至宽屏高速超大容量数字荧光的示波器进行显示与存储，从而得到在同一极间距离、不同施加电压下的局部放电时域波形。②在同一施加电压、不同的极间距离下的针-板电极局部放电实验先调节感应调压器Tl输出端的电压，经过无晕试验变压器后，使局部放电发生器的施加电压在⑴-②步测的起始放电电压Ust与击穿电压Ub之间的任一电压值，再调节局部放电发生器的接地接线柱下端的螺钉来调节针-板电极的间距，在不同的极间距离下进行局部放电实验。并分别通过荧光光纤作为传感器接收针-板电极局部放电产生的光信号，然后通过塑料光纤将局部放电的光信号传输到光电倍增管进行光电转换成电信号，最后通过同轴电缆将电信号传输至宽屏高速超大容量数字荧光的示波器进行显示与存储，从而得到在同一施加电压、不同极间距离下的局部放电时域波形。在所述的局部放电发生器的外壳内充入变压器油时，还能模拟变压器油绝缘介质下的针-板电极局部放电实验。本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果1、本发明装置能在不同针-板电极间距下测得起始放电电压Ust及击穿电压Ub，且随着间距的增加，起始放电电压Ust及击穿电压Ub都有增大趋势，最低起始放电电压Ust为 3kV02、本发明装置能够方便地调节施加的电压变化，调节范围0 50kV，因此能够模拟运行变压器针-板电极不同施加电压下的局部放电，研究其局部放电产生的光辐射特性。3、本发明装置能够方便地调节间距的变化，调节范围为6 24mm，能够模拟运行变压器针-板电极在不同间距下的局部放电，研究其局部放电产生的光辐射特性。4、如图4所示，在施加电压为4. 50kV,间距d = 8mm的条件下，示波器所采集的局部放电时域波形，其光脉冲幅值大约为0. 4V。如图5所示，在施加电压为5. OkV,间距d = 8mm条件下的，示波器所采集的局部放电时域波形，其光脉冲幅值大约为0. 65V。从图4、图5 可知，针-板电极在间距d相同的情况下，施加电压(即运行电压)稍有增加(从4. 50kV增加到5. OkV)，光脉冲的波形没有明显区别，但是幅值却明显增加(从0. 4V增加到0. 65V)。如图6所示，在施加电压为5. 30kV，间距从6mm开始，依次增加2mm，直到24mm不同间距下的局部放电光脉冲信号幅值曲线图。从图6可知，在相同的施加电压下，随着极间距离的增加，局部放电光脉冲幅值呈减小趋势。5、本发明装置中的光信号在荧光光纤中传输时，不会与电磁场产生作用，抗电磁干扰能力强；又由于荧光光纤是非金属材料，不导电，因此用来检测变压器内部局部放电时，绝缘性能好；再由于荧光光纤对局部放电的微弱光强较敏感，故检测灵敏度高。本发明可广泛应用于电力变压器在空气介质下的针-板电极电晕放电、悬浮电位局部放电以及绝缘子表面放电的光辐射特性研究，还可以在变压器油介质下以及GIS在SF6 气体介质下的各种局部放电的光特性研究。


图1为本发明装置的实验接线示意图；图2为本发明装置的局部放电发生器放大的结构示意图；图3为发明装置的光电倍增管、电位器、直流稳压电源的接线图；图4为本实施例4的在施加电压为4. 50kV、间距d = 8mm下的局部放电时域波形图；图5为本实施例4的在施加电压为5. OkV、间距d = 8mm下的局部放电时域波形图；图6为本实施例4的在施加电压为5. 30kV下，间距从6mm开始，依次增加2mm，直到24mm不同间距下的局部放电光脉冲信号幅值曲线图。图中1感应调压器，2无晕试验变压器，3无局部放电保护电阻，4标准电容分压器，5高压引线，6绝缘套管，7金属屏蔽避光箱体，8局部放电发生器，9光电倍增管，10电位器，11直流稳压电源，12同轴电缆，13示波器，14球形屏蔽罩，15高压套管，16高压接线柱， 17针电极，18板电极，19接地接线柱，20低压套管，21外壳，22荧光光纤，23塑料光纤，24 正极电压线，25负极电压线，26参考电压线，27控制电压线，观接地线。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
，进一步说明本发明。实施例1如图1-3所示，一种用荧光光纤检测电力变压器局部放电的装置，主要包括感应调压器1、无晕试验变压器2、无局部放电保护电阻3、标准电容分压器4、局部放电发生器8、 光电倍增管9、电位器10、直流稳压电源11、同轴电缆12、示波器13等。特征是感应调压器1的原边通过电源线与220V市电连接，感应调压器1的副边通过同轴电缆与无晕试验变压器2的低压侧连接。无晕试验变压器2的高压侧，先与无局部放电保护电阻3串联后，再与标准电容分压器器4并联，然后通过高压引线5并穿过固接在金属屏蔽避光箱体7顶端的绝缘套管6后，与装设在金属屏蔽避光箱体7内的局部放电发生器8的顶端的高压接线柱16连接，用以向局部放电发生器8施加高电压(即针-板电极间施加高电压)。在金属屏蔽避光箱体7的底部还装设有光电倍增管9。所述的金属屏蔽避光箱体材料为铁质，形状为长方体，长3. 25m、宽2. 35m、高2. lm、壁厚2. 5mm的壳体。金属屏蔽避光箱体7的作用有一是用来防止外界的电磁干扰， 起到电磁屏蔽的作用；二是防止外界的光线干扰，起到避光的作用。所述的局部放电发生器8主要由外壳21、针电极17、板电极18、荧光光纤22构成。其外壳21的材料为有机玻璃，形状为圆柱体，圆柱体的内径为MOmm、壁厚10mm、高为 270mm。在外壳21的顶部中心和底部中心处，分别设有通孔。高压接线柱16的上部通过高压套管15固接在外壳21顶部的中心通孔中，高压接线柱16的上端与高压引线5连接，并在该连接处外装设球形屏蔽罩14，改善电场分布，以防止发生电晕放电。高压接线柱16的下端通过螺纹固接针电极17。接地接线柱19的下部通过螺钉固接在低压套管20内，低压套管20固接在外壳21底部的中心通孔处，接地接线柱19的下端通过接地线接地。针-板电极的材料均为黄铜。针电极17的外径为10mm，长度为60mm，尖端的曲率半径为0. 5mm。 板电极18的厚度为7mm、外径为IOOm的圆盘电极。在外壳21内并位于针-板电极的一侧装设长度为30mm的荧光光纤22，用来接收针-板电极局部放电时所产生的光辐射信号。荧光光纤22 —端粘接在外壳21内的底端面上，另一端通过光纤连接器穿过外壳21顶端并与塑料光纤23的一端相连。塑料光纤23的另一端通过光纤连接器与光电倍增管9的光窗连接，光电倍增管9接收塑料光纤23传输过来的局部放电光信号，并将光信号转化成电信号输出。光电倍增管9的信号输出端通过同轴电缆12并穿过金属屏蔽避光箱体7的侧面与示波器13连接，将电信号传输给示波器13，示波器13将电信号转化为数字信号进行显示并存储。放置在金属屏蔽避光箱体7内的光电倍增管9的正极电压和负极电压，分别通过正极电压线M和负极电压线25并穿过金属屏蔽避光箱体7的侧面与直流稳压电源11的正、 负极电压输出端连接，光电倍增管9接地端通过接地线观并穿过金属屏蔽避光箱体7的侧面与直流稳压电源11的地线输出端连接。光电倍增管9的参考电压端通过参考电压线沈并穿过金属屏蔽避光箱体7的侧面与电位器10串联后，再与直流稳压电源11的地线输出端连接，光电倍增管9的控制电压端通过控制电压线27并穿过金属屏蔽避光箱体7的侧面与电位器10的中间抽头端连接，通过调节电位器10的阻值来调节光电倍增管9的控制电压，达到调节光电倍增管9的输出增益的目的。所述的光电倍增管为市购产品，型号是H9656-02。主要参数为光谱响应范围为 300 880nm，峰值灵敏度波长为500nm，光阴极直径为8mm。工作电压为正负15V，控制电压在0. 25 0. 9V之间调节。所述的直流稳压电源为市购产品，型号是LPS305。输入端为220V市电，输出为三端电压输出，其中一端为OV到正30V可调输出，另一端为OV到负30V可调输出，最后一端为固定正3. 3V输出。所述的电位器为市购产品，型号是22HP-10，阻值为IOkQ 士5%。所述的示波器为市购的宽屏高速超大容量数字荧光示波器，型号是Tektronix DP07104，带宽1GHz，最大采样率20GS/s，存储长度为100M。实施例2一种用荧光光纤检测电力变压器局部放电的装置，同实例1。其中所述的金属屏蔽避光箱体7的长3.0m，宽2.0m，高2.0m，壁厚2. 0mm。外壳21的内径为200mm、壁厚8mm、高为200mm。针电极17的外径为8mm、长度为50mm、尖端的曲率半径为0. 4mm。板电极18的厚度为5mm、外径为80mm。在外壳21内并位于针-板电极的一侧装设长度为20mm的荧光光纤22。实施例3一种用荧光光纤检测电力变压器局部放电的装置，同实例1。其中所述的金属屏蔽避光箱体7的长3. 5m,宽2. 5m,高2. 2m,壁厚3. Omm0外壳21的内径为300mm、壁厚12mm、 高为300mm。针电极17的外径为12mm、长度为100mm、尖端的曲率半径为0. 8mm。板电极18 的厚度为10mm、外径为120mm。在外壳21内并位于针-板电极的一侧装设长度为40mm的荧光光纤22。实施例4—种用荧光光纤检测电力变压器局部放电的方法的具体步骤如下(1)实验准备①设置示波器的触发值在本发明装置中，先打开直流稳压电源11的开关及示波器13的电源开关，并调节示波器13的触发值为“0”及电位器10电阻值为0，再逐渐增加电位器10的阻值至^Ω， 然后逐渐升高示波器13的触发值，并观察示波器13的脉冲信号显示，直到示波器13无脉冲信号显示为止，记录此条件下示波器13的触发值为设置的示波器13的触发值。②测试局部放电发生器的起始放电电压Ust及击穿电压Ub第(1)-①步完成后，先根据实验的要求，通过调节局部放电发生器8的接地接线柱19下端的螺钉来调节针-板电极的间距，然后调节感应调压器1的输出电压，经过无晕试验变压器2使局部放电发生器8的施加电压从OkV开始逐渐升高(即逐渐升高针-板电极间的施加电压)，并仔细观察示波器13上有无脉冲信号，当出现脉冲信号时，记录下施加在针-板电极间的电压(即为本发明装置的局部放电发生器8的起始放电电压Ust)，接着逐渐升高感应调压器1的输出电压，直到无晕试验变压器2的继电器发出跳闸信号为止，记录此时施加在针-板电极间的电压(即为本发明装置的局部放电发生器8击穿电压Ub)，最后调节感应调压器1的输出电压至0V。(2)进行局部放电实验第(1)步完成后，进行以下局部放电实验①在同一极间距离、不同施加电压下的针-板电极局部放电实验第(1)步完成后，先通过调节局部放电发生器8的接地接线柱19下端的螺钉来调节针-板电极的间距d = 8mm，然后通过调节感应调压器1输出端的电压，经过无晕试验变压器2后，使局部放电发生器8的施加电压在与针-板电极距离对应的起始放电电压Ust与击穿电压Ub之间，在不同的施加电压下进行局部放电实验。并分别通过荧光光纤22作为传感器接收针-板电极局部放电产生的光信号，然后通过塑料光纤23将局部放电的光信号传输到光电倍增管9进行光电转换成电信号，最后通过同轴电缆12将电信号传输至宽屏高速超大容量数字荧光的示波器13进行显示与存储，从而得到在同一极间距离、不同施加电压下的局部放电时域波形如图4、图5所示。从图4、图5可知，针-板电极均在间距d = 8mm的情况下，施加电压(即运行电压)稍有增加(从4. 50kV增加到5. OkV)，光脉冲的波形没有明显区别，但是幅值却明显增加(从0.4V增加到0.65V)。②在同一施加电压、不同的极间距离下的针-板电极局部放电实验
先调节感应调压器1输出端的电压，经过无晕试验变压器2后，使局部放电发生器 8的施加电压在(1)-②步测的起始放电电压Ust与击穿电压Ub之间的任一电压值，再调节局部放电发生器8的接地接线柱下端的螺钉来调节针-板电极的间距，在不同的极间距离下进行局部放电实验。并分别通过荧光光纤22作为传感器接收针-板电极局部放电产生的光信号，然后通过塑料光纤23将局部放电的光信号传输到光电倍增管9进行光电转换成电信号，最后通过同轴电缆12将电信号传输至宽屏高速超大容量数字荧光的示波器13进行显示与存储，从而得到在同一施加电压、不同极间距离下的局部放电时域波形如图6所示。由图6可知，在施加电压为5. 30kV,间距从6mm开始，依次增加2mm，直到Mmm不同间距下的局部放电光脉冲信号幅值曲线图。可以看出，在相同的施加电压下，随着极间距离的增加，局部放电光脉冲幅值呈减小趋势。
权利要求
1.一种用荧光光纤检测电力变压器局部放电的装置，主要包括感应调压器(1)、无晕试验变压器O)、无局部放电保护电阻(3)、标准电容分压器0)、高压引线(5)、绝缘套管(6)、局部放电发生器(8)、示波器(13)，其特征在于金属屏蔽避光箱体(7)、光电倍增管 (9)、电位器(10)、直流稳压电源(11)；感应调压器(1)的原边通过电源线与220V市电连接，感应调压器(1)的副边通过同轴电缆与无晕试验变压器⑵的低压侧连接，无晕试验变压器⑵的高压侧，先与无局部放电保护电阻(3)串联后，再与标准电容分压器(4)并联，然后通过高压引线(5)穿过固接在金属屏蔽避光箱体(7)顶端的绝缘套管(6)后，与装设在金属屏蔽避光箱体(7)内的局部放电发生器(8)的顶端的高压接线柱(16)连接，用以向局部放电发生器(8)施加高电压，在金属屏蔽避光箱体(7)的底部还装设有光电倍增管(9)；所述的金属屏蔽避光箱体(7)材料为铁质，形状为长3. 0 3. 5m、宽2. 0 2. 5m、高 2. 0 2. 2m、壁厚2 3mm的壳体；所述的局部放电发生器⑶主要由外壳(21)、针电极(17)、板电极(18)、荧光光纤 (22)构成，其外壳的材料为有机玻璃、形状为圆柱体，圆柱体的内径为200 300mm、 壁厚8 12mm、高为200 300mm，在外壳Ql)的顶部中心和底部中心处，分别设有通孔， 高压接线柱(16)的上部通过高压套管(1 固接在外壳顶部的中心通孔中，高压接线柱(16)的上端与高压引线(5)连接，并在该连接处外装设球形屏蔽罩(14)，改善电场分布， 以防止发生电晕放电，高压接线柱(16)的下端通过螺纹固接针电极(17)，接地接线柱(19) 的下部通过螺钉固接在低压套管00)内，低压套管00)固接在外壳底部的中心通孔处，接地接线柱(19)的下端通过接地线接地，针-板电极的材料均为黄铜，针电极(17)的外径为8 12mm、长度为50 100mm、尖端的曲率半径为0. 4 0. 8mm，板电极(18)的厚度为5 10mm、外径为80 120mm的圆盘电极，在外壳Ql)内并位于针(17)-板(18)电极的一侧装设长度为20 40mm的荧光光纤(22)，用来接收针-板电极局部放电时所产生的光辐射信号，荧光光纤0 —端粘接在外壳内的底端面上，另一端通过光纤连接器穿过外壳顶端并与塑料光纤的一端相连，塑料光纤的另一端通过光纤连接器与光电倍增管(9)的光窗连接，光电倍增管(9)接收塑料光纤传输过来的局部放电光信号，并将光信号转化成电信号输出，光电倍增管(9)的信号输出端通过同轴电缆(12) 并穿过金属屏蔽避光箱体(7)的侧面与示波器(13)连接，将电信号传输给示波器(13)，示波器(1 为宽屏高速的超大容量数字荧光示波器将电信号转化为数字信号进行显示并存储，放置在金属屏蔽避光箱体(7)内的光电倍增管(9)的正极端和负极端，分别通过正极电压线04)和负极电压线05)并穿过金属屏蔽避光箱体(7)的侧面与直流稳压电源(11)的正、负极输出端连接，光电倍增管(9)的接地端通过接地线08)并穿过金属屏蔽避光箱体(7)的侧面与直流稳压电源(11)的地线输出端连接，光电倍增管(9)的参考电压端通过参考电压线06)并穿过金属屏蔽避光箱体(7)的侧面与电位器(10)串联后，再与直流稳压电源(11)的地线输出端连接，光电倍增管(9)的控制电压端通过控制电压线(XT)并穿过金属屏蔽避光箱体(7)的侧面与电位器(10)的中间抽头端连接，通过调节电位器(10)的阻值来调节光电倍增管(9)的控制电压，达到调节光电倍增管(9)的输出增益的目的。
2.一种荧光光纤检测电力变压器局部放电的方法，其特征在于其具体步骤如下 (1)实验准备①设置示波器的触发值在本发明装置中，先打开直流稳压电源(11)的开关及示波器(13)的电源开关，并调节示波器(13)的触发值为“0”及电位器(10)电阻值为0，再逐渐增加电位器(10)的阻值至 ^Ω，然后逐渐升高示波器(1 的触发值，并观察示波器(1 的脉冲信号显示，直到示波器(1 无脉冲信号显示为止，记录此条件下示波器的触发值；②测试局部放电发生器的起始放电电压Ust及击穿电压Ub第(1)-①步完成后，先根据实验的要求，通过调节局部放电发生器(8)的接地接线柱 (19)下端的螺钉来调节针-板电极的间距，然后调节感应调压器(1)的输出电压，经过无晕试验变压器( 使局部放电发生器(8)的施加电压从OkV开始逐渐升高，即逐渐升高针-板电极间的施加电压，并仔细观察示波器(1 上有无脉冲信号，当出现脉冲信号时，记录下施加在针-板电极间的电压，即为本发明装置的局部放电发生器的起始放电电压，接着逐渐升高感应调压器(1)的输出电压，直到无晕试验变压器O)的继电器发出跳闸信号为止，记录此时施加在针-板电极间的电压，即为本发明装置的局部放电发生器击穿电压UB， 最后调节感应调压器(1)的输出电压至0V;(2)进行局部放电实验第(1)步完成后，进行以下局部放电实验①在同一极间距离、不同施加电压下的针-板电极局部放电实验第(1)步完成后，先通过调节局部放电发生器(8)的接地接线柱(19)下端的螺钉来调节针-板电极的间距，然后通过调节感应调压器(1)输出端的电压，经过无晕试验变压器 ⑵后，使局部放电发生器⑶的施加电压在与针-板电极距离对应的起始放电电压Ust与击穿电压Ub之间，在不同的施加电压下进行局部放电实验，并分别通过荧光光纤02)作为传感器接收针-板电极局部放电产生的光信号，然后通过塑料光纤将局部放电的光信号传输到光电倍增管(9)进行光电转换成电信号，最后通过同轴电缆(12)将电信号传输至宽屏高速超大容量数字荧光的示波器(1 进行显示与存储，从而得到在同一极间距离、不同施加电压下的局部放电时域波形；②在同一施加电压、不同的极间距离下的针-板电极局部放电实验先调节感应调压器(1)输出端的电压，经过无晕试验变压器( 后，使局部放电发生器 ⑶的施加电压在(1)-②步测的起始放电电压Ust与击穿电压Ub之间的任一电压值，再调节局部放电发生器(8)的接地接线柱(19)下端的螺钉来调节针-板电极的间距，在不同的极间距离下进行局部放电实验，并分别通过荧光光纤02)作为传感器接收针-板电极局部放电产生的光信号，然后通过塑料光纤将局部放电的光信号传输到光电倍增管(9)进行光电转换成电信号，最后通过同轴电缆(1 将电信号传输至宽屏高速超大容量数字荧光的示波器(1 进行显示与存储，从而得到在同一施加电压、不同极间距离下的局部放电时域波形。
全文摘要
一种用荧光光纤检测电力变压器局部放电的装置及方法，涉及电力变压器内针-板电极局部放电的模拟实验装置及方法。本发明装置主要包括感应调压器、无晕试验变压器、局部放电保护电阻、标准电容分压器、由针-板电极、荧光光纤及外壳构成的局部放电发生器、光电倍增管、直流稳压电源、示波器等。本发明的方法是利用本装置，模拟电力变压器空气下针-板电极局部放电实验。本发明能模拟变压器在不同施加电压以及不同间距下的局部放电实验，且抗干扰能力强，绝缘性能好，检测灵敏度高等优点。本发明还可广泛应用于电力变压器在空气介质下的悬浮电位局部放电、绝缘子表面放电，以及变压器油中、GIS的SF6中局部放电的光特性研究。
文档编号G01R31/12GK102338843SQ20101023570
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者唐炬, 姚陈果, 廖瑞金, 张晓星, 李剑, 杜林 , 欧阳有鹏, 王有元, 陈伟根 申请人:重庆大学