本發(fā)明涉及一種變壓器局部放電檢測技術(shù)，尤其是涉及一種侵入式變壓器油中局部放電超聲波光脈沖檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

局部放電的測量是以局部放電所產(chǎn)生的各種現(xiàn)象為依據(jù)，通過能表述該現(xiàn)象的物理量來表征局部放電的狀態(tài)。局部放電的過程除了伴隨著電荷的轉(zhuǎn)移和電能的損耗之外，還會產(chǎn)生電磁輻射、超聲波、發(fā)光、發(fā)熱以及出現(xiàn)新的生成物等。因此與這些現(xiàn)象相對應(yīng)，局部放電的檢測方法可分為電氣測量法和非電測量法兩大類。非電測量法主要包括超聲波檢測法、光測法、紅外檢測法、化學(xué)檢測法等。這些方法的優(yōu)點(diǎn)是測量中不受電氣的干擾，抗干擾能力強(qiáng)。

目前，超聲波測量主要傳感器是壓電式聲傳感器，應(yīng)用時(shí)將傳感器固定在變壓器殼體之外。此種測量方法不但存在信號的電磁干擾問題，同時(shí)也有聲波沿變壓器殼體傳播影響定位的問題。光測法是通過檢測局部放電產(chǎn)生的光輻射作為測量依據(jù)的。通過局放光脈沖本身或光電轉(zhuǎn)換后，可以進(jìn)行局部放電光譜分析、局放光脈沖檢測、局放定位、電氣絕緣老化機(jī)理以及局放電磁波傳播特性等各種研究，但其易容受可見光等干擾問題，導(dǎo)致測量信號不準(zhǔn)確。盡管如此，超聲波、光脈沖局部放電檢測的方法和技術(shù)已在在線監(jiān)測中廣泛使用，但均是兩套系統(tǒng)，或者兩個(gè)獨(dú)立的傳感器，聯(lián)合使用時(shí)效率低、信號分析時(shí)需人為介入判斷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種侵入式變壓器油中局部放電超聲波光脈沖檢測方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種侵入式變壓器油中局部放電超聲波光脈沖檢測方法，包括：

將具備同時(shí)測量超聲波、光脈沖信號的侵入式局部放電傳感器，通過變壓器殼體上的放油閥，深入變壓器箱體內(nèi)的變壓器油中；

其中，局部放電超聲波信號通過探頭，經(jīng)光纖傳輸，通過光電轉(zhuǎn)換和放大后轉(zhuǎn)化為電壓波形信號；

局部放電光脈沖信號則通過探頭，經(jīng)光纖傳輸，通過光電轉(zhuǎn)換和放大后轉(zhuǎn)化為電壓波形信號；

形成的兩路電壓波形信號，經(jīng)同步數(shù)據(jù)采集送至控制和顯示裝置。

該方法具體包括以下步驟：

步驟1，基于微機(jī)電設(shè)計(jì)和加工技術(shù)，將局部放電超聲波、光脈沖信號測量模塊封裝成一體化傳感器；

步驟2，將一體化傳感器利用變壓器殼體上的放油閥進(jìn)行安裝，深入于變壓器油內(nèi)；

步驟3，局部放電超聲波信號通過基于Fabry-Perot干涉原理的薄膜腔體探頭，經(jīng)光纖傳輸，通過光電轉(zhuǎn)換和放大后轉(zhuǎn)化為電壓波形信號；局部放電光脈沖信號則通過多根普通光纖并聯(lián)形成的探頭，經(jīng)光纖傳輸，通過光電轉(zhuǎn)換和放大后轉(zhuǎn)化為電壓波形信號；

步驟4，利用雙通道數(shù)據(jù)同步采集裝置對局部放電超聲波、光脈沖信號進(jìn)行同步采集、存儲和傳輸；

步驟5，局部放電超聲波、光脈沖信號顯示和對比分析，打印結(jié)果。

一種侵入式變壓器油中局部放電超聲波光脈沖檢測系統(tǒng)，包括：侵入式一體化傳感器封裝外殼模塊、局部放電超聲波檢測模塊、局部放電光脈沖檢測模塊、局部放電超聲波檢測用光源模塊、局部放電超聲波檢測用3dB耦合器模塊、光纖傳輸模塊、雙通道光電轉(zhuǎn)換和放大裝置模塊、雙通道數(shù)據(jù)同步采集裝置模塊、控制與顯示裝置模塊和打印模塊，所述的侵入式一體化傳感器封裝外殼模塊將局部放電超聲波檢測模塊和局部放電光脈沖檢測模塊封裝在一起，形成了一體化的具備同時(shí)測量超聲波、光脈沖信號的侵入式變壓器油中局部放電傳感器；

所述的侵入式一體化傳感器封裝外殼模塊通過光纖傳輸模塊連接于雙通道光電轉(zhuǎn)換和放大裝置模塊；

所述的侵入式一體化傳感器封裝外殼模塊中的局部放電超聲波檢測模塊和局部放電超聲波檢測用光源模塊、局部放電超聲波檢測用3dB耦合器模塊、光纖傳輸模塊、雙通道光電轉(zhuǎn)換和放大裝置模塊組成了基于Fabry-Perot干涉原理的局部放電超聲波信號檢測回路，采用光纖傳輸，通過光電轉(zhuǎn)換和放大裝置，將局部放電的超聲波信號轉(zhuǎn)化為電壓波形信號送入雙通道數(shù)據(jù)同步采集裝置模塊；

所述的侵入式一體化傳感器封裝外殼模塊中的局部放電光脈沖檢測模塊和光纖傳輸模塊、雙通道光電轉(zhuǎn)換和放大裝置模塊組成了基于光纖技術(shù)的局部放電光脈沖檢測回路，采用光纖傳輸，通過光電轉(zhuǎn)換和放大裝置，將局部放電的光脈沖信號轉(zhuǎn)化為電壓波形信號送入雙通道數(shù)據(jù)同步采集裝置模塊；

所述的雙通道數(shù)據(jù)同步采集裝置模塊采集經(jīng)過雙通道光電轉(zhuǎn)換和放大裝置輸出的2路電壓波形信號，將數(shù)據(jù)送入控制與顯示裝置模塊進(jìn)行顯示和打印模塊進(jìn)行打印。

所述的侵入式一體化傳感器封裝外殼模塊基于變壓器殼體模塊上的變壓器放油閥模塊進(jìn)行安裝。

所述的侵入式一體化傳感器封裝外殼模塊按照電場計(jì)算要求深入于變壓器放油閥模塊中，與變壓器殼體模塊形成設(shè)定距離L。

所述的控制與顯示裝置模塊通過數(shù)據(jù)線對雙通道數(shù)據(jù)同步采集裝置模塊以及雙通道光電轉(zhuǎn)換和放大裝置模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使用微機(jī)電設(shè)計(jì)和加工技術(shù)，針對變壓器放油閥，設(shè)計(jì)成具備同時(shí)測量超聲波、光脈沖信號的一體化侵入式局部放電傳感器。其中，超聲波傳感器采用基于Fabry-Perot干涉原理的薄膜腔體探頭，采用光纖傳輸，通過光電轉(zhuǎn)換和放大裝置，將局部放電的超聲波信號轉(zhuǎn)化為電壓波形信號(mV)；光脈沖傳感器，則利用多根普通光纖進(jìn)行并聯(lián)作為探頭，通過光電轉(zhuǎn)換和放大裝置，也將局部放電的光脈沖信號轉(zhuǎn)化為電壓波形信號(mV)。利用雙通道數(shù)據(jù)同步采集裝置記錄兩路電壓模擬量信號，形成一種能夠同時(shí)測量變壓器油中局部放電超聲波、光脈沖信號的檢測方法。且具有簡單、實(shí)用、降低電磁和外部可見光干擾問題等優(yōu)點(diǎn)，可用于變壓器內(nèi)部局部放電信號分析、定位和模式識別等。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的系統(tǒng)方框示意圖；

圖2為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的方法流程圖；

圖3為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一體化傳感器裝置的示意圖；

圖4為圖3的剖視圖；

圖5為圖3的A部放大圖；

圖6為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的涉及薄膜腔體探頭結(jié)構(gòu)的變化例；

圖7為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的得到的放電脈沖示意圖。

其中圖1中：

1為變壓器殼體模塊、2為變壓器放油閥模塊、3為變壓器油模塊、4為侵入式一體化傳感器封裝外殼模塊、5為局部放電超聲波檢測模塊、6為局部放電光脈沖檢測模塊、7為局部放電超聲波檢測用光源模塊、8為局部放電超聲波檢測用3dB耦合器模塊、9為光纖傳輸模塊、10為雙通道光電轉(zhuǎn)換和放大裝置模塊、11為雙通道數(shù)據(jù)同步采集裝置模塊、12為控制與顯示裝置模塊、13為打印模塊；

圖3-5中，a為光纖，b為超聲波傳感器探頭，c為超聲波傳感器，d為有機(jī)玻璃，e為金屬環(huán)，f為硅套管，g為密封氣體腔，h為硅膜薄片。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的具體結(jié)果可參照附圖，圖1是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的侵入式變壓器油中局部放電超聲波光脈沖檢測方法的主要模塊方框圖。如圖1所示，該侵入式變壓器油中局部放電超聲波光脈沖檢測方法至少包括：變壓器殼體模塊1、變壓器放油閥模塊2、變壓器油模塊3、侵入式一體化傳感器封裝外殼模塊4、局部放電超聲波檢測模塊5、局部放電光脈沖檢測模塊6、局部放電超聲波檢測用光源模塊7、局部放電超聲波檢測用3dB耦合器模塊8、光纖傳輸模塊9、雙通道光電轉(zhuǎn)換和放大裝置模塊10、雙通道數(shù)據(jù)同步采集裝置模塊11、控制與顯示裝置模塊12和打印模塊13。

模塊之間聯(lián)接關(guān)系：侵入式一體化傳感器封裝外殼模塊4利用微機(jī)電設(shè)計(jì)和加工技術(shù)將局部放電超聲波檢測模塊5和局部放電光脈沖檢測模塊6封裝在一起，形成了一體化的具備同時(shí)測量超聲波、光脈沖信號的侵入式變壓器油中局部放電傳感器；侵入式一體化傳感器封裝外殼模塊4基于變壓器殼體模塊1上的變壓器放油閥模塊2進(jìn)行安裝，安裝時(shí)基于工藝的設(shè)計(jì)和尺寸的配合，可以實(shí)現(xiàn)不漏油安裝，此外，為確保傳感器的測量精度，侵入式一體化傳感器封裝外殼模塊4按照電場計(jì)算要求深入于變壓器放油閥模塊2中，與變壓器殼體模塊1形成一定距離L；侵入式一體化傳感器封裝外殼模塊4通過光纖傳輸模塊9連接于雙通道光電轉(zhuǎn)換和放大裝置模塊10；侵入式一體化傳感器封裝外殼模塊4中的局部放電超聲波檢測模塊5和局部放電超聲波檢測用光源模塊7、局部放電超聲波檢測用3dB耦合器模塊8、光纖傳輸模塊9、雙通道光電轉(zhuǎn)換和放大裝置模塊10組成了基于Fabry-Perot干涉原理的局部放電超聲波信號檢測回路，采用光纖傳輸，通過光電轉(zhuǎn)換和放大裝置，將局部放電的超聲波信號轉(zhuǎn)化為電壓波形信號送入雙通道數(shù)據(jù)同步采集裝置模塊11；侵入式一體化傳感器封裝外殼模塊4中的局部放電光脈沖檢測模塊6和光纖傳輸模塊9、雙通道光電轉(zhuǎn)換和放大裝置模塊10組成了基于光纖技術(shù)的局部放電光脈沖檢測回路，采用光纖傳輸，通過光電轉(zhuǎn)換和放大裝置，將局部放電的光脈沖信號轉(zhuǎn)化為電壓波形信號送入雙通道數(shù)據(jù)同步采集裝置模塊11；雙通道數(shù)據(jù)同步采集裝置模塊11采集經(jīng)過雙通道光電轉(zhuǎn)換和放大裝置輸出的2路電壓波形信號，將數(shù)據(jù)送入控制與顯示裝置模塊12進(jìn)行顯示和打印模塊13進(jìn)行打印，供技術(shù)人員分析和存檔；控制與顯示裝置模塊12可以通過數(shù)據(jù)線對雙通道數(shù)據(jù)同步采集裝置模塊11和雙通道光電轉(zhuǎn)換和放大裝置模塊10進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

本發(fā)明提供了一種侵入式變壓器油中局部放電超聲波光脈沖檢測方法，使用微機(jī)電設(shè)計(jì)和加工技術(shù)，設(shè)計(jì)成一體化的具備同時(shí)測量超聲波、光脈沖信號的侵入式局部放電傳感器，通過變壓器殼體上的放油閥，深入變壓器箱體內(nèi)的變壓器油中。其中，局部放電超聲波信號通過基于Fabry-Perot干涉原理的薄膜腔體探頭，經(jīng)光纖傳輸，通過光電轉(zhuǎn)換和放大后轉(zhuǎn)化為電壓波形信號；局部放電光脈沖信號則通過多根普通光纖并聯(lián)形成的探頭，經(jīng)光纖傳輸，通過光電轉(zhuǎn)換和放大后轉(zhuǎn)化為電壓波形信號。形成的兩路電壓波形信號，經(jīng)同步數(shù)據(jù)采集送至控制和顯示裝置。形成了一種能夠同時(shí)測量變壓器油中局部放電超聲波、光脈沖信號的檢測方法。

本發(fā)明提供了一種比傳統(tǒng)局部放電光脈沖信號更加有效的侵入式檢測方法，其不但解決了電磁干擾問題，同時(shí)也避免了原檢測受外部可見光影響準(zhǔn)確度的問題。此外，采用多根光纖并聯(lián)形成探頭，增強(qiáng)了檢測信號強(qiáng)度和增大了局部放電光信號探測角度。

本發(fā)明提供了一種新型的局部放電信號超聲波、光脈沖檢測相互佐證(聲—光聯(lián)合)分析方法。

本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過以下技術(shù)方案的得以解決的：

如圖2所示，一種侵入式變壓器油中局部放電超聲波光脈沖檢測方法，包括以下步驟：

步驟1，基于微機(jī)電設(shè)計(jì)和加工技術(shù)，將局部放電超聲波、光脈沖信號測量模塊封裝成一體化傳感器；

步驟2，將一體化傳感器利用變壓器殼體上的放油閥進(jìn)行安裝，深入于變壓器油內(nèi)；

步驟3，局部放電超聲波信號通過基于Fabry-Perot干涉原理的薄膜腔體探頭，經(jīng)光纖傳輸，通過光電轉(zhuǎn)換和放大后轉(zhuǎn)化為電壓波形信號；局部放電光脈沖信號則通過多根普通光纖并聯(lián)形成的探頭，經(jīng)光纖傳輸，通過光電轉(zhuǎn)換和放大后轉(zhuǎn)化為電壓波形信號；

步驟4，利用雙通道數(shù)據(jù)同步采集裝置對局部放電超聲波、光脈沖信號進(jìn)行同步采集、存儲和傳輸；

步驟5，局部放電超聲波、光脈沖信號顯示和對比分析，打印結(jié)果。

方法實(shí)施說明

侵入式變壓器油中局部放電超聲波光脈沖檢測方法形成的一體化傳感器裝置的示意圖如圖3-5所示。

光脈沖信號檢測：使用8根按超聲波傳感器對稱分布的普通光纖并聯(lián)檢測局部放電光脈沖信號。采用多根光纖并聯(lián)形成探頭，不僅可以增強(qiáng)檢測信號強(qiáng)度，還可以增大局部放電光信號探測角度。單根普通光纖長度與超聲波檢測傳感器套管長度一致。

超聲波信號檢測：采用基于Fabry-Perot干涉原理的薄膜腔體探頭(見放大圖)，基于光纖傳輸完成信號轉(zhuǎn)換。工作原理：從光源發(fā)射出的單色光經(jīng)過3dB耦合器沿著光纖傳入薄膜腔體探頭，入射光在光纖纖芯-氣體交界面上發(fā)生第一次反射，入射光約96％進(jìn)入密封氣體腔后，在涂有金屬層的硅薄膜片上發(fā)生二次反射，且?guī)缀跏侨瓷?。根?jù)雙光束相干原理，可以得出，反射回來的光信號是密封氣體腔長度的函數(shù)。薄膜腔體探頭返回的光信號隨著局部放電產(chǎn)生的超聲波壓力信號擠壓硅薄膜片產(chǎn)生的空氣間隙的變化而產(chǎn)生變化，變現(xiàn)為干涉條紋。連續(xù)干涉條紋的連續(xù)相位的變換能夠反映密封氣體腔間隙變化的信息。因此輸出的光信號符合實(shí)際輸入的超聲波信號。

檢測方法涉及的傳感器、數(shù)據(jù)采集和顯示分析等參數(shù)分別如下定義：

(1)超聲波模塊

檢測頻帶：10kHz～2MHz；

檢測通道：1CH；

濾波帶寬：20kHz～200kHz；

靈敏度：≤3dB；

采樣率：2MS/s。

(2)光脈沖模塊

光譜頻段：500-1000nm；

檢測通道：1CH；

靈敏度：≤3dB；

采樣率：3GS/s。

(3)薄膜腔體探頭

密封氣體腔半徑：200μm；

密封氣體腔厚度：45μm。

(4)顯示和分析

顯示：單個(gè)脈沖波形、峰值-時(shí)間序列以及PRPD譜圖；

分析：信號趨勢分析、模式識別、定位等。

一種侵入式變壓器油中局部放電超聲波光脈沖檢測方法基于圖3得到的局部放電超聲波、光脈沖單個(gè)波形示例如圖7所示。

就1)一體化傳感器設(shè)計(jì)和加工定義、2)信號采集方式、3)光脈沖傳感器結(jié)構(gòu)布置和4)薄膜腔體探頭結(jié)構(gòu)布置，二個(gè)環(huán)節(jié)做以下說明：

1)一體化傳感器設(shè)計(jì)和加工定義

本發(fā)明采用基于微機(jī)電設(shè)計(jì)和加工技術(shù)，將局部放電超聲波、光脈沖信號測量模塊封裝成一體化傳感器，也可以采用其他設(shè)計(jì)或加工方法。

2)信號采集方式

圖1中描述的雙通道數(shù)據(jù)采集裝置對局部放電超聲波、光脈沖信號進(jìn)行采集、存儲和傳輸，也可以利用多通道采集實(shí)現(xiàn)，或分布式采集方式實(shí)現(xiàn)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

3)光脈沖傳感器結(jié)構(gòu)布置

圖3中描述的光脈沖傳感器利用8根按超聲波傳感器對稱分布，也可以12根、16根等對稱方式布置。

4)薄膜腔體探頭結(jié)構(gòu)布置

圖3中描述的薄膜腔體探頭結(jié)構(gòu)布置中的硅膜薄片與硅套管為相互垂直，也可以有一定的夾角，見圖5。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。