CN110412436A - 基于光电式电压测量的变压器套管介损频谱检测装置 - Google Patents

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Abstract

基于光电式电压测量的变压器套管介损频谱检测装置，涉及变电站技术领域，解决现有基于电容式或阻容式电压互感器在测量绝缘套管介质损耗频谱的过程中引入附加损耗角以及难以消除电磁干扰的问题，频率信号发生器同时与平行电极板和被测套管主绝缘接线端子连接，激光器通过保偏准直器A和电光晶体组件连接，电光晶体组件和平行电极板对连接，光电探测器和偏光纤准直器B连接，罗氏线圈和被测绝缘套管接地线连接，电流采集电路同时与罗氏线圈和双通道模数转换器连接，双通道模数转换器同时与光电探测器和中央处理单元连接，中央处理单元与频率信号发生器连接，大幅度提高绝缘套管频谱检测的精度和抗干扰能力。

Description

基于光电式电压测量的变压器套管介损频谱检测装置
技术领域
本发明涉及变电站技术领域，具体涉及一种基于光电式电压测量的变压器套管介损频谱检测装置。
背景技术
变压器高压套管是变压器中一种重要的部件。介质损耗频谱是反应电容型套管绝缘状况的重要特性参数，对电容型套管进行介质损耗在线监测能及时有效发现套管的绝缘结构出现的问题，防止出现运行事故。
由于介质损耗检测中使用的传统电压互感器属于电容式或阻容式电压互感器，在测量过程中会引入较大的感应电容，严重时会使得测量结果出现很大偏差。传统电压互感器的频率特性在频率较高或较低时都会表现出附加的相位延迟或超前。
由于变电站内存在严重的电磁干扰、介质损耗检测又属于高电压微电流检测，不论是信号的感应过程中还是传输过程中，都难免受到电磁干扰的影响，导致测量结果不准确。
发明内容
本发明为解决现有基于电容式或阻容式电压互感器在测量绝缘套管介质损耗频谱的过程中引入附加损耗角以及难以消除电磁干扰的问题，提供一种基于光电式电压测量的变压器套管介损频谱检测装置。
基于光电式电压测量的变压器套管介损频谱检测装置，包括频率信号发生器、平行电极板对、激光器、保偏光纤准直器A、电光晶体组件、保偏光纤准直器B、光电探测器、罗氏线圈、电流采集电路、双通道模数转换器和中央处理单元；
所述频率信号发生器依次发出不同频率的正弦电压信号同时传输至平行电极板对和被测套管接线端子；
所述激光器发出的激光信号通过保偏光纤准直器A传输至电光晶体组件；
所述光晶体组件放置在所述平行电极板对内部，所述平行电极板对将所述频率信号发生器产生的正弦电压信号传输至电光晶体组件，所述电光晶体组件将接收的正弦电压信号转换为频率和幅度同步输出的光信号；所述光信号通过保偏光纤准直器B传输至光所述光电探测器，所述光电探测器将光信号转换为线性相关且频率相同的电压信号并传输至所述双通道模数转换器；
所述罗氏线圈与被测绝缘套管接地线连接，用于测量被测绝缘套管对地电流，所述电流采集电路将所述罗氏线圈输出的电流信号转换线性相关且频率相同的电压信号，并发送至所述双通道模数转换器；
所述中央处理单元实时采集双通道模数转换器的两个通道的正弦电压信号，并对比两路电压信号的相对相位延迟，获得变压器套管的主绝缘介质损耗在0.01Hz-100kHz范围内的数值分布。
本发明的有益效果：本发明所述的基于光电式电压测量的变压器套管介损频谱检测装置，在绝缘套管介质损耗测量过程中，将电压信号采集时采集设备引入感应电容降低至小于等于2pF，提高了介质损耗测量的精度。另一方面，采用光纤传输电压检测信号，能消除传输路径中电磁干扰的影响。
附图说明
图1为本发明所述的基于光电电压传感器的变压器套管介质损耗频谱检测装置的结构示意图；
图2为本发明所述的基于光电电压传感器的变压器套管介质损耗频谱检测装置中电光晶体组件的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，基于光电电压传感器的变压器套管介质损耗频谱检测装置，包括频率信号发生器1、电光晶体组件2、激光器3、光电探测器4、平行电极板对5、罗氏线圈6、电流采集电路7、双通道模数转换器8、保偏准直器A9、保偏准直器B10、中央处理单元11和通信设备12。
所述频率信号发生器1和平行电极板对5以及被测套管主绝缘接线端子同时连接，所述激光器3通过保偏准直器A 9和电光晶体组件2连接，所述电光晶体组件2和平行电极板对5连接，所述光电探测器4和偏光纤准直器B 10连接，所述罗氏线圈6和被测绝缘套管接地线连接，用于测量被测绝缘套管对地电流，所述电流采集电路7和罗氏线圈6连接，所述双通道模数转换器8和光电探测器4以及连接电流采集电路连接，所述中央处理单元11和双通道模数转换器8以及频率信号发生器1连接，
所述频率信号发生器1输出频率信号为正弦信号，产生的电压有效值在50V至100V之间，工作频率范围在0.01Hz至1kHz之间，以固定间隔倍数的频率依次发出不同频率的正弦电压信号并向平行电极板对5和被测套管接线端子同时传输，所述电光晶体组件2放在平行电极板对5内部，所述平行电极板对5和被测套管主绝缘体接线端子连接，用于把主绝缘体电压信号引入到电光晶体组件2两端，所述激光器3采用蝶形带制冷器封装的DFB型半导体激光器，激光器3发出功率稳定，偏振度稳定的激光信号，通过保偏光纤准直器A9将光信号传输至2电光晶体组件中。
所述电光晶体组件2将平行电极板对5的电压信号转换为线性相关且同步的光强度信号且通过保偏准直器B10传送至光电探测器4，所述电探测器4将光信号转换为线性相关且同步的电压信号并向所述双通道模数转换器8发送；通过光纤传输测量的电压信号，可以避免在电压测量信号在传输环节中引入电磁干扰。
所述罗氏线圈6用于测量被测套管主绝缘部分的对地电流；所述电流采集电路7将所述罗氏线圈6输出的电流信号转换为线性相关的同步电压信号，并向所述双通道模数转换器8发送；所述中央处理单元11同步采集所述双通道模数转换器8两个通道的输入电压信号，并比对两路电压信号的相位延迟，进而计算出不同工作频率下的变压器套管的主绝缘介质损耗因数；所述通信设备12与所述中央处理单元11连接，用于将检测取得的介质损耗频谱数据发送给服务器或者显示设备。
本实施方式中，所述激光器3、保偏光纤准直器A9、保偏光纤准直器B 10、电光晶体组件2和光电探测器4的工作波长必须一致。
结合图2说明本实施方式，所述光晶体组件2是一种基于Pockels一次电光效应将晶体两端电压信号转变为线性相关且同步的光强度信号的光学器件，晶体常见的型号为铌酸锂电光晶体。所述光晶体组件2包括铌酸锂电光晶体、两片偏振分光镜和1/4波片，所述铌酸锂电光晶体一侧与其中一片偏振分光镜通过晶体键合工艺互相对接，铌酸锂电光晶体另一侧通过晶体键合工艺与1/4波片对接，1/4波片与另一片偏振分光镜通过晶体键合工艺互相对接。
本实施方式中，所述罗氏线圈6为所述罗氏线圈为带缺口的环状线圈，用于测量被测套管主绝缘部分的对地电流。所述双通道数模转换器8和所述罗氏线圈6的工作上限频率高于500kHz，下限频率为直流。
所述电流采集电路7将所述罗氏线圈6输出的电流信号进行电流-电压转换，输出线性相关的同步电压信号，并发送至所述双通道模数转换器8；所述双通道数模转换器8的工作上限频率应大于100kHz，下限频率为直流。
本实施方式中，所述平行电极板对5的材质为厚度不低于2mm的不锈钢，电容量应小于所述被测绝缘套管主绝缘对地电容量的1/100，最高不超过2pF。这样可以将引入的附加相位差降低到可以不影响测量结果。
本实施方式中，所述频率信号发生器1产生的电压有效值在50V至100V之间，不同工作频率的范围在0.01Hz至1kHz之间。所述频率信号发生器1和所述平行电极板对5之间通过单芯屏蔽电缆连接，所述频率信号发生器1和被测套管主绝缘接线端子之间通过单芯屏蔽电缆连接。
本实施方式中，所述保偏光纤准直器A9和保偏光纤准直器B 10是一种将光纤内的光信号以小于等于0.25度的发散角耦合到空间中的透镜，并且能保持光信号的偏振度和光强度。
本实施方式所述的通信设备12与所述中央处理单元11连接，用于将检测取得的介质损耗频谱数据发送给服务器或者显示设备。
本实施方式所述的检测装置，可更降低由于电压互感器引入附加电容导致的电压信号检测的附加相位偏差。同时可消除在电压信号测量和传输过程中引入的电磁干扰；大幅度提高绝缘套管频谱检测的精度和抗干扰能力。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围；
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.基于光电式电压测量的变压器套管介损频谱检测装置，包括频率信号发生器(1)、平行电极板对(5)、激光器(3)、保偏光纤准直器A(9)、电光晶体组件(2)、保偏光纤准直器B(10)、光电探测器(4)、罗氏线圈(6)、电流采集电路(7)、双通道模数转换器(8)和中央处理单元(11)；其特征是：
所述频率信号发生器(1)依次发出不同频率的正弦电压信号同时传输至平行电极板对(5)和被测套管接线端子；
所述激光器(3)发出的激光信号通过保偏光纤准直器A(9)传输至电光晶体组件(2)；
所述光晶体组件(2)放置在所述平行电极板对(5)内部，所述平行电极板对(5)将所述频率信号发生器(1)产生的正弦电压信号传输至电光晶体组件(2)，所述电光晶体组件(2)将接收的正弦电压信号转换为频率和幅度同步输出的光信号；所述光信号通过保偏光纤准直器B(10)传输至光所述光电探测器(4)，所述光电探测器(4)将光信号转换为线性相关且频率相同的电压信号并传输至所述双通道模数转换器(8)；
所述罗氏线圈(6)与被测绝缘套管接地线连接，用于测量被测绝缘套管对地电流，所述电流采集电路(7)将所述罗氏线圈(6)输出的电流信号转换线性相关且频率相同电压信号，并发送至所述双通道模数转换器(8)；
所述中央处理单元(11)实时采集双通道模数转换器(8)的两个通道的正弦电压信号，并对比两路电压信号的相对相位延迟，获得变压器套管的主绝缘介质损耗在0.01Hz-100kHz范围内的数值分布。
2.根据权利要求1所述的基于光电式电压测量的变压器套管介损频谱检测装置，其特征在于，所述激光器(3)、保偏光纤准直器A(9)、保偏光纤准直器B(10)、电光晶体组件(2)和光电探测器(4)的工作波长一致。
3.根据权利要求1所述的基于光电式电压测量的变压器套管介损频谱检测装置，其特征在于，所述罗氏线圈(6)为带缺口的环状线圈，用于测量被测套管主绝缘部分的对地电流。
4.根据权利要求1所述的基于光电式电压测量的变压器套管介损频谱检测装置，其特征在于，所述双通道数模转换器(8)和所述罗氏线圈(6)的最大工作频率大于所述频率信号发生器(1)的最大工作频率十倍。
5.根据权利要求1所述的基于光电式电压测量的变压器套管介损频谱检测装置，其特征在于，
所述平行电极板对(5)的材质为厚度大于等于2mm的不锈钢，电容量小于等于2pF，同时小于等于被测套管主绝缘对地电容的1/100。
6.根据权利要求1所述的基于光电式电压测量的变压器套管介损频谱检测装置，其特征在于，所述频率信号发生器(1)产生的电压有效值在50V至100V之间，工作频率范围在0.01Hz至1kHz之间。
7.根据权利要求1所述的基于光电式电压测量的变压器套管介损频谱检测装置，其特征在于，所述保偏光纤准直器A(9)和保偏光纤准直器B(10)为将光纤内的光信号以小于等于0.25度角耦合到空间中的透镜，该透镜所连接的光纤可以保持所传输光信号的偏振度和光强度。
8.根据权利要求1所述的基于光电式电压测量的变压器套管介损频谱检测装置，其特征在于，所述频率信号发生器(1)和所述平行电极板对(5)之间通过单芯屏蔽电缆连接，所述频率信号发生器(1)和被测套管主绝缘接线端子之间通过单芯屏蔽电缆连接。
9.根据权利要求1所述的基于光电式电压测量的变压器套管介损频谱检测装置，其特征在于，还包括通信设备(12)，所述通信设备(12)与所述中央处理单元(11)连接，用于将检测获得的介质损耗频谱数据发送至服务器或者显示设备。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
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