用于电网监控的全光纤干涉局部放电定位系统

卞庞+吴媛+贾波+肖倩

摘要： 针对传统的电网局部放电定位方法的诸多缺点，提出了一种基于Sagnac干涉仪的光纤传感定位系统。该定位系统使用光纤作为传感单元，探测局部放电过程中所产生的声波和超声波，利用算法对探测到的振动信号进行处理，最终得到局部放电发生的具体位置。实验证明该系统具有较高的精确性和稳定性。

关键词： 光纤干涉系统； 振动定位； 局部放电； 智能电网

中图分类号： TN 911.74文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.04.005

引言电网电气设施的局部放电属常见现象，特别常发生于变压器、电缆接头和终端头部位等处，局部放电是电网设施绝缘劣化的前兆，如果没有及时发现、处理，放电引起的电气损伤升级，最终会导致绝缘击穿，造成电网事故，甚至可能会带来重大经济损失。通过局部放电的在线监测，可及时发现电网设施内部绝缘存在的潜伏性缺陷，避免突发性绝缘故障。局部放电检测是以发生局部放电产生的电、光、声等现象为依据，通过描述该现象的物理量来表征局部放电的状态。局部放电过程中会产生电脉冲、电磁辐射，产生波、光、气体生成物等，并能产生能量损耗引起局部过热，相应的检测方法有脉冲电流法、气相色谱法、超声波法、无线电干扰检测法、光测法等多种检测方法。在这些方法中，对不同高压局部放电点的检测，一般都需要由点状传感器或仪器来完成，大面积监测则需要通过大量的点状传感器来完成，实现方式繁琐，难度较大。目前，使用最广泛的方法是脉冲电流法和超声波检测法。脉冲电流法中常采用的是罗戈夫斯基线圈型电流传感器，测量局部放电射频频段（3～30 MHz）的信号。但由于现场中存在很多电磁干扰，如电力系统载波，通讯无线电广播干扰、高频保护信号、电力系统谐波干扰等以及设备自生工作特性带来的一些干扰，这种方法虽然可以避开现场中大量的低频及中频干扰，但难以避开大量的射频范围内的干扰。超声波检测是针对高压局部放电中70～150 kHz的超声频率成分，但由于这部分超声能量衰减较快，同时由于声电换能元件的效率还不够高，这种探测技术目前常与无线电干扰等检测方法结和起来，先由后者大致探测到放电的存在，再用超声波探测器依次逐个排查，探测效率偏低。同样，这两种方法也是使用点状传感器，进行大范围探测的不便之处可想而知。为了解决上述问题，本文提出了一种基于Sagnac干涉仪[1]的全光纤干涉定位系统。利用光纤本身作为传感单元，可以探测到局部放电过程中所产生的声波和超声波振动，经过计算可以得到局部放电所发生的具体位置。与上述的传统监测手段相比，该系统具有以下优点：（1）利用光纤作为传感单元，可以方便对局部放电进行分布式传感[23]和定位。（2）光纤材料的化学和物理性质十分稳定，不容易被外界环境腐蚀，也不容易被电磁干扰。（3）光纤传感器作为一种无源设备，对外界的电气设备没有影响，适合电网监控。以上性质说明全光纤干涉振动定位系统比较适合用于由人为破坏或环境腐蚀所造成的电网局部放电的定位，有助于电网实现智能化。

用于电网监控的全光纤干涉局部放电定位系统

摘要： 针对传统的电网局部放电定位方法的诸多缺点，提出了一种基于Sagnac干涉仪的光纤传感定位系统。该定位系统使用光纤作为传感单元，探测局部放电过程中所产生的声波和超声波，利用算法对探测到的振动信号进行处理，最终得到局部放电发生的具体位置。实验证明该系统具有较高的精确性和稳定性。

关键词： 光纤干涉系统； 振动定位； 局部放电； 智能电网

中图分类号： TN 911.74文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.04.005

引言电网电气设施的局部放电属常见现象，特别常发生于变压器、电缆接头和终端头部位等处，局部放电是电网设施绝缘劣化的前兆，如果没有及时发现、处理，放电引起的电气损伤升级，最终会导致绝缘击穿，造成电网事故，甚至可能会带来重大经济损失。通过局部放电的在线监测，可及时发现电网设施内部绝缘存在的潜伏性缺陷，避免突发性绝缘故障。局部放电检测是以发生局部放电产生的电、光、声等现象为依据，通过描述该现象的物理量来表征局部放电的状态。局部放电过程中会产生电脉冲、电磁辐射，产生波、光、气体生成物等，并能产生能量损耗引起局部过热，相应的检测方法有脉冲电流法、气相色谱法、超声波法、无线电干扰检测法、光测法等多种检测方法。在这些方法中，对不同高压局部放电点的检测，一般都需要由点状传感器或仪器来完成，大面积监测则需要通过大量的点状传感器来完成，实现方式繁琐，难度较大。目前，使用最广泛的方法是脉冲电流法和超声波检测法。脉冲电流法中常采用的是罗戈夫斯基线圈型电流传感器，测量局部放电射频频段（3～30 MHz）的信号。但由于现场中存在很多电磁干扰，如电力系统载波，通讯无线电广播干扰、高频保护信号、电力系统谐波干扰等以及设备自生工作特性带来的一些干扰，这种方法虽然可以避开现场中大量的低频及中频干扰，但难以避开大量的射频范围内的干扰。超声波检测是针对高压局部放电中70～150 kHz的超声频率成分，但由于这部分超声能量衰减较快，同时由于声电换能元件的效率还不够高，这种探测技术目前常与无线电干扰等检测方法结和起来，先由后者大致探测到放电的存在，再用超声波探测器依次逐个排查，探测效率偏低。同样，这两种方法也是使用点状传感器，进行大范围探测的不便之处可想而知。为了解决上述问题，本文提出了一种基于Sagnac干涉仪[1]的全光纤干涉定位系统。利用光纤本身作为传感单元，可以探测到局部放电过程中所产生的声波和超声波振动，经过计算可以得到局部放电所发生的具体位置。与上述的传统监测手段相比，该系统具有以下优点：（1）利用光纤作为传感单元，可以方便对局部放电进行分布式传感[23]和定位。（2）光纤材料的化学和物理性质十分稳定，不容易被外界环境腐蚀，也不容易被电磁干扰。（3）光纤传感器作为一种无源设备，对外界的电气设备没有影响，适合电网监控。以上性质说明全光纤干涉振动定位系统比较适合用于由人为破坏或环境腐蚀所造成的电网局部放电的定位，有助于电网实现智能化。

用于电网监控的全光纤干涉局部放电定位系统

摘要： 针对传统的电网局部放电定位方法的诸多缺点，提出了一种基于Sagnac干涉仪的光纤传感定位系统。该定位系统使用光纤作为传感单元，探测局部放电过程中所产生的声波和超声波，利用算法对探测到的振动信号进行处理，最终得到局部放电发生的具体位置。实验证明该系统具有较高的精确性和稳定性。

关键词： 光纤干涉系统； 振动定位； 局部放电； 智能电网

中图分类号： TN 911.74文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.04.005

引言电网电气设施的局部放电属常见现象，特别常发生于变压器、电缆接头和终端头部位等处，局部放电是电网设施绝缘劣化的前兆，如果没有及时发现、处理，放电引起的电气损伤升级，最终会导致绝缘击穿，造成电网事故，甚至可能会带来重大经济损失。通过局部放电的在线监测，可及时发现电网设施内部绝缘存在的潜伏性缺陷，避免突发性绝缘故障。局部放电检测是以发生局部放电产生的电、光、声等现象为依据，通过描述该现象的物理量来表征局部放电的状态。局部放电过程中会产生电脉冲、电磁辐射，产生波、光、气体生成物等，并能产生能量损耗引起局部过热，相应的检测方法有脉冲电流法、气相色谱法、超声波法、无线电干扰检测法、光测法等多种检测方法。在这些方法中，对不同高压局部放电点的检测，一般都需要由点状传感器或仪器来完成，大面积监测则需要通过大量的点状传感器来完成，实现方式繁琐，难度较大。目前，使用最广泛的方法是脉冲电流法和超声波检测法。脉冲电流法中常采用的是罗戈夫斯基线圈型电流传感器，测量局部放电射频频段（3～30 MHz）的信号。但由于现场中存在很多电磁干扰，如电力系统载波，通讯无线电广播干扰、高频保护信号、电力系统谐波干扰等以及设备自生工作特性带来的一些干扰，这种方法虽然可以避开现场中大量的低频及中频干扰，但难以避开大量的射频范围内的干扰。超声波检测是针对高压局部放电中70～150 kHz的超声频率成分，但由于这部分超声能量衰减较快，同时由于声电换能元件的效率还不够高，这种探测技术目前常与无线电干扰等检测方法结和起来，先由后者大致探测到放电的存在，再用超声波探测器依次逐个排查，探测效率偏低。同样，这两种方法也是使用点状传感器，进行大范围探测的不便之处可想而知。为了解决上述问题，本文提出了一种基于Sagnac干涉仪[1]的全光纤干涉定位系统。利用光纤本身作为传感单元，可以探测到局部放电过程中所产生的声波和超声波振动，经过计算可以得到局部放电所发生的具体位置。与上述的传统监测手段相比，该系统具有以下优点：（1）利用光纤作为传感单元，可以方便对局部放电进行分布式传感[23]和定位。（2）光纤材料的化学和物理性质十分稳定，不容易被外界环境腐蚀，也不容易被电磁干扰。（3）光纤传感器作为一种无源设备，对外界的电气设备没有影响，适合电网监控。以上性质说明全光纤干涉振动定位系统比较适合用于由人为破坏或环境腐蚀所造成的电网局部放电的定位，有助于电网实现智能化。

用于电网监控的全光纤干涉局部放电定位系统