專利名稱：使用光纖閉環(huán)反饋檢測(cè)閃絡(luò)故障的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)元件上的閃絡(luò)故障的檢測(cè)，尤其是涉及檢測(cè)開(kāi)關(guān)裝置的金屬柜內(nèi)的這類故障。更具體地，本發(fā)明涉及一種使用光纖檢測(cè)閃絡(luò)故障的裝置和方法。
背景技術(shù)：
出于控制和保護(hù)的目的，電力系統(tǒng)加入了開(kāi)關(guān)。配電系統(tǒng)構(gòu)成整個(gè)電力系統(tǒng)的一部分，包括主電力總線、分支電力總線以及安裝在金屬柜內(nèi)形成開(kāi)關(guān)裝置的斷路器。當(dāng)斷路器的觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，配電系統(tǒng)總線中電流的中斷會(huì)產(chǎn)生電弧。這些由于中斷產(chǎn)生的電弧在斷路器的正常操作過(guò)程中被抑制和消除。
然而，意外的閃絡(luò)故障有時(shí)也在開(kāi)關(guān)裝置柜中發(fā)生，比如在電力總線之間或者在電力總線和接地的金屬元件之間。這類閃絡(luò)故障會(huì)產(chǎn)生高能量氣體，對(duì)設(shè)備和附近的人員產(chǎn)生威脅，特別是在正在對(duì)帶電的電源電路進(jìn)行維修時(shí)。經(jīng)常地，工人無(wú)意造成電力總線短路，從而在柜內(nèi)產(chǎn)生閃絡(luò)故障。產(chǎn)生的電弧沖擊波造成極大的危害，并且可能致傷甚至死亡。事實(shí)上，維修時(shí)柜門通常是打開(kāi)的，這個(gè)問(wèn)題就變得嚴(yán)重了。
為了使人員免受開(kāi)關(guān)裝置中閃絡(luò)故障的傷害，一種通常的辦法是設(shè)計(jì)金屬外殼來(lái)抵擋閃絡(luò)故障的沖擊波。由于為了防止飛出的碎片而使用大厚度的金屬以及需要大量的焊縫，因此這需要很大的額外花費(fèi)。即使采取了這些預(yù)防措施，也不能抑制開(kāi)關(guān)裝置內(nèi)閃絡(luò)故障的沖擊波。
最近，已經(jīng)改進(jìn)了一些方法，以將內(nèi)部閃絡(luò)故障的沖擊波的嚴(yán)重性減到最小。這些方法包括壓力探測(cè)和光檢測(cè)，其檢測(cè)開(kāi)關(guān)裝置內(nèi)的閃絡(luò)故障，并且在產(chǎn)生重大損害前，使斷路器跳閘。壓力探測(cè)方法受壓力敏感器靈敏度的限制。等柜內(nèi)壓力已達(dá)到可檢測(cè)的級(jí)別時(shí)，閃絡(luò)故障已經(jīng)造成了重大損害。
來(lái)自閃絡(luò)故障的光包含產(chǎn)生電弧的材料的波長(zhǎng)特性。通常，閃絡(luò)故障發(fā)生在電力總線或隔離器上，這些典型地是由銅制成的。銅具有較強(qiáng)的大約520nm(如520.820nm)的譜線發(fā)射波長(zhǎng)。在一些應(yīng)用中，電力總線用銀包裹，銀也具有較強(qiáng)的大約520nm(如521.908nm)譜線發(fā)射特征波長(zhǎng)，另外的是大約546nm(如546.350nm)。不幸的是，其他現(xiàn)有的光源(如環(huán)境光；鎢燈光；閃光；熒光；鎂光燈光)都具有寬波段連續(xù)波長(zhǎng)，包括520nm和546nm。因此，僅僅檢測(cè)大約520nm的光不能夠區(qū)分閃絡(luò)故障和其他光源。
美國(guó)專利No.6,229,680公開(kāi)了一種閃絡(luò)故障的檢測(cè)方法，聚集來(lái)自易發(fā)生閃絡(luò)故障的元件的光，并且將該光分離成兩條光束。窄波段波長(zhǎng)中的光包括元件材料燃弧(arcing)的波長(zhǎng)特性，其通過(guò)第一窄光束檢測(cè)濾波器(如520nm以檢測(cè)銅和銀的特征發(fā)射譜線)從第一光束中提取。第二窄波段波長(zhǎng)的光不包括閃絡(luò)故障的特征波長(zhǎng)，其通過(guò)第二窄波段背景濾波器(如610nm)從第二光束中提取。優(yōu)選地，選擇第二波段波長(zhǎng)的波長(zhǎng)范圍使經(jīng)過(guò)第二或者背景濾波器的背景光的強(qiáng)度，大于經(jīng)過(guò)第一或者檢測(cè)濾波器的光的強(qiáng)度。因此，當(dāng)閃絡(luò)故障沒(méi)有發(fā)生時(shí)，經(jīng)過(guò)背景濾波器的光比經(jīng)過(guò)檢測(cè)濾波器的光強(qiáng)。然而，當(dāng)閃絡(luò)故障發(fā)生，并且由閃絡(luò)故障產(chǎn)生燃弧材料的特征波長(zhǎng)的光時(shí)，檢測(cè)濾波器的輸出將超過(guò)背景濾波器的輸出，可以用作發(fā)生閃絡(luò)故障的指示。
美國(guó)專利No.5,650,902公開(kāi)了一種檢測(cè)低壓變電站的母線室中的閃絡(luò)故障的設(shè)備。該設(shè)備包括具有有色丙烯酸鹽外套的光纖導(dǎo)體，具有發(fā)光二極管的電子電路，該發(fā)光極管在光纖導(dǎo)體的始端發(fā)射確定波長(zhǎng)的連續(xù)光束，以及在光纖導(dǎo)體末端的接收器。該光束用于監(jiān)控保護(hù)裝置。如果在母線室發(fā)生了閃絡(luò)故障，那么故障產(chǎn)生的光將穿過(guò)光纖導(dǎo)體的外套加入或是干擾光纖導(dǎo)體。電子電路產(chǎn)生與光的能級(jí)成比例的電壓。這個(gè)額外的光本質(zhì)上提高了計(jì)算電路接收到的光的能級(jí)。在超過(guò)特定的通斷電平(如由計(jì)算電路設(shè)定)后，產(chǎn)生選擇保護(hù)裝置用于使發(fā)生閃絡(luò)故障的一部分變電站或者另一個(gè)合適的設(shè)備停止工作的信號(hào)。也可以參見(jiàn)美國(guó)專利No.5,940,547。
5,650,902號(hào)專利還公開(kāi)了該光纖導(dǎo)體垂直于母線，并且纏繞在附近而不接觸母線。光纖導(dǎo)體在每個(gè)母線周圍纏繞若干次，或者超過(guò)母線的全長(zhǎng)或者超過(guò)它的主要部分。雖然增加了光纖導(dǎo)體被破壞的危險(xiǎn)，但這種破壞在故障被檢測(cè)出來(lái)后才會(huì)發(fā)生。作為選擇，光纖導(dǎo)體以曲折的方式和近似相同的距離排列在母線的前面、后面或者平行放置；纏繞在現(xiàn)場(chǎng)母線的連接線周圍；以及纏繞在最可能發(fā)生閃絡(luò)故障的區(qū)域的分插座之間。
眾所周知，在電力總線和地之間或者從總線到總線設(shè)置高速短路開(kāi)關(guān)，是為了限制或防止因?yàn)殡娀_擊波造成的設(shè)備損壞和人員受傷。為了這個(gè)目的采用多種類型的急劇短路開(kāi)關(guān)(crowbar switch)也是已知的。這些開(kāi)關(guān)使電力總線上的線電壓短路，從而消除閃絡(luò)故障并防止損害。電力總線上的短路使上游(upstream)斷路器清除故障。例如，參見(jiàn)美國(guó)專利No.6,633,009。
這種短路開(kāi)關(guān)或其他已知的短路開(kāi)關(guān)，可以應(yīng)用在低壓(如最高大約690VAC)和/或中壓(如大約1kV到大約38kV)設(shè)備上。例如，圖1示出了用于三相電源4的中壓(如15kV/60MVA，具有50kA的故障電勢(shì))開(kāi)關(guān)裝置2。與三相電力總線6連接的是設(shè)置在A相和B相之間的第一短路開(kāi)關(guān)8，以及設(shè)置在B相和C相之間的第二短路開(kāi)關(guān)10。雖然示出了三相開(kāi)關(guān)裝置2和電源4，但短路開(kāi)關(guān)8、10中的一個(gè)也可以應(yīng)用于單相設(shè)備。雖然示出了相位間的短路開(kāi)關(guān)8、10，但這種短路開(kāi)關(guān)也可以應(yīng)用于相到地12之間。多個(gè)光探測(cè)器14、16、18、20安裝在開(kāi)關(guān)裝置2內(nèi)，用來(lái)檢測(cè)與閃絡(luò)故障24相關(guān)的電弧光22的存在。響應(yīng)閃絡(luò)故障24，探測(cè)器14、16、18、20中的一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)行檢測(cè)，并將電弧光22的存在傳遞到觸發(fā)/電源電路26，由其響應(yīng)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)28到一個(gè)或者兩個(gè)短路開(kāi)關(guān)8、10。
因此，需要改進(jìn)用于檢測(cè)電力系統(tǒng)中，特別是開(kāi)關(guān)裝置中，的閃絡(luò)故障的裝置和方法。
對(duì)于檢測(cè)閃絡(luò)故障的裝置和方法有改進(jìn)的空間。
對(duì)于保護(hù)電力系統(tǒng)總線免受閃絡(luò)故障的裝置和方法也有改進(jìn)的空間。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可以滿足這些和其他的需求，本發(fā)明使用光反饋來(lái)監(jiān)控光源調(diào)制光和聚集光。這樣可實(shí)現(xiàn)完整性的監(jiān)控以及閃絡(luò)故障光探測(cè)器的適當(dāng)連接。
作為本發(fā)明的一個(gè)方面，一種裝置檢測(cè)電力系統(tǒng)的部件上的閃絡(luò)故障，其中在存在來(lái)自可包括第一預(yù)定波長(zhǎng)的另一光源的第二不同波長(zhǎng)的光的情況下，所述閃絡(luò)故障產(chǎn)生所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的光。所述裝置包括提供所述第二波長(zhǎng)和第一頻率的調(diào)制光的光源；包括第一終端、聚集部分和第二終端的光纖，所述光纖的第一終端接收來(lái)自所述光源的調(diào)制光，所述聚集部分最接近所述部件，接收包括一些第一預(yù)定波長(zhǎng)的光和一些來(lái)自另一光源的第二波長(zhǎng)的光的聚集光，所述光纖的第二終端包括所述調(diào)制光和所述聚集光；分離器，從所述光纖的第二終端接收所述調(diào)制光和聚集光，并將所述調(diào)制光和聚集光分離為第一光束和第二光束；第一濾波器，從所述第一光束中提取包括具有所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的第一波長(zhǎng)帶寬的第一濾波光束；第一檢測(cè)器，從所述第一濾波光束中產(chǎn)生第一檢測(cè)光電信號(hào)；第二濾波器，從所述第二光束中提取包括不具有所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)帶寬的第二濾波光束；第二檢測(cè)器，從所述第二濾波光束中產(chǎn)生第二檢測(cè)光電信號(hào)；第三濾波器，從所述第二檢測(cè)光電信號(hào)中提取代表所述一些來(lái)自另一光源的第二波長(zhǎng)的并且不包括所述調(diào)制光的光的第三電信號(hào)；以及用于響應(yīng)所述第一檢測(cè)光電信號(hào)和所述第三電信號(hào)之間的預(yù)定關(guān)系，產(chǎn)生燃弧信號(hào)的裝置。
所述用于產(chǎn)生燃弧信號(hào)的裝置可以包括第四濾波器和閾值檢測(cè)器。所述第四濾波器可以從所述第二檢測(cè)光電信號(hào)中提取代表所述調(diào)制光的第四電信號(hào)。所述閾值檢測(cè)器可以響應(yīng)所述第四電信號(hào)低于預(yù)定閾值，產(chǎn)生出錯(cuò)信號(hào)。
所述電力系統(tǒng)的部件可以是開(kāi)關(guān)裝置母線。所述光纖可以是塑料光纖，包括外套、內(nèi)光纖、位于所述第一終端的第一連接器、在所述聚集部分的外套上的開(kāi)口以及位于所述第二終端的第二連接器。所述第一連接器可以銜接所述光源，并從中接收所述調(diào)制光。所述在聚集部分的外套上的開(kāi)口可以最接近所述開(kāi)關(guān)裝置母線。所述第二連接器可以和所述分離器銜接，并且向其發(fā)送所述調(diào)制光和聚集光。
所述電力系統(tǒng)的部件可以包括容納開(kāi)關(guān)裝置母線的外殼。所述外殼可以包括面向所述開(kāi)關(guān)裝置母線的表面。所述光纖可以包括外套、內(nèi)光纖以及在所述聚集部分的外套上的開(kāi)口。在所述聚集部分的光纖可以形成螺線，并且固定在所述外殼的表面。所述在聚集部分的外套上的開(kāi)口可以和所述表面相對(duì)，并且最接近所述開(kāi)關(guān)裝置母線，以接收所述一些第一預(yù)定波長(zhǎng)的光以及一些來(lái)自另一光源的光。這樣可以將光探測(cè)分布到相對(duì)大的表面區(qū)域。這減少了屏蔽、阻塞域者覆蓋探測(cè)區(qū)域的可能性。
作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種方法檢測(cè)電力系統(tǒng)的部件上的閃絡(luò)故障，其中在存在來(lái)自可包括第一預(yù)定波長(zhǎng)的另一光源的第二不同波長(zhǎng)的光的情況下，所述閃絡(luò)故障產(chǎn)生所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的光。所述方法包括提供所述第二波長(zhǎng)和第一頻率的調(diào)制光；使用包括第一終端、聚集部分和第二終端的光纖；在所述光纖的第一終端接收所述調(diào)制光；設(shè)置所述光纖的聚集部分最接近所述部件，以接收聚集光，所述聚集光包括一些第一預(yù)定波長(zhǎng)的光以及一些來(lái)自另一光源的第二波長(zhǎng)的光；從所述光纖的第二終端接收所述調(diào)制光和聚集光，并且將所述調(diào)制光和聚集光分離為第一光束和第二光束；從所述第一光束中提取包括具有所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的第一波長(zhǎng)帶寬的第一濾波光束；從所述第一濾波光束中產(chǎn)生第一檢測(cè)光電信號(hào)；從所述第二光束中提取包括不具有所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)帶寬的第二濾波光束；從所述第二濾波光束中產(chǎn)生第二檢測(cè)光電信號(hào)；從所述第二檢測(cè)光電信號(hào)中提取代表所述一些來(lái)自另一光源的第二波長(zhǎng)的并且不包括調(diào)制光的光的第三電信號(hào)；以及響應(yīng)所述第一檢測(cè)光電信號(hào)和所述第三電信號(hào)之間的預(yù)定關(guān)系，產(chǎn)生燃弧信號(hào)。
所述方法可以包括使用具有第一翻轉(zhuǎn)頻率的低通濾波器，所述第一翻轉(zhuǎn)頻率低于所述第一頻率，用于從所述第二檢測(cè)光電信號(hào)中提取代表所述一些來(lái)自另一光源的第二波長(zhǎng)的并且不包括所述第一頻率的調(diào)制光的光的第三電信號(hào)；使用具有第二翻轉(zhuǎn)頻率的高通濾波器，所述第二翻轉(zhuǎn)頻率高于所述第一翻轉(zhuǎn)頻率且低于所述第一頻率，用于從所述第二檢測(cè)光電信號(hào)中提取代表所述第一頻率的調(diào)制光的第四電信號(hào)。
作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種裝置保護(hù)電力系統(tǒng)的總線免受閃絡(luò)故障，在存在來(lái)自可包括第一預(yù)定波長(zhǎng)的另一光源的第二不同波長(zhǎng)的光的情況下，所述閃絡(luò)故障產(chǎn)生所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的光。所述裝置包括提供所述第二波長(zhǎng)和第一頻率的調(diào)制光的光源；包括第一終端、聚集部分和第二終端的光纖，所述光纖的第一終端接收來(lái)自所述光源的調(diào)制光，所述聚集部分最接近部件，并接收包括一些第一預(yù)定波長(zhǎng)的光和一些來(lái)自另一光源的第二波長(zhǎng)的光的聚集光，所述光纖的第二終端包括所述調(diào)制光和聚集光；分離器，從所述光纖的第二終端接收所述調(diào)制光和聚集光，并且將所述調(diào)制光和聚集光分離為第一光束和第二光束；第一濾波器，從所述第一光束中提取包括具有所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的第一波長(zhǎng)帶寬的第一濾波光束；第一檢測(cè)器，從所述第一濾波光束中產(chǎn)生第一檢測(cè)光電信號(hào)；第二濾波器，從所述第二光束中提取包括不具有所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)帶寬的第二濾波光束；第二檢測(cè)器，從所述第二濾波光束中產(chǎn)生第二檢測(cè)光電信號(hào)；第三濾波器，從所述第二檢測(cè)光電信號(hào)中提取代表所述一些來(lái)自另一光源的第二波長(zhǎng)的并且不包括調(diào)制光的光的第三電信號(hào)；用于響應(yīng)所述第一檢測(cè)光電信號(hào)和所述第三電信號(hào)之間的預(yù)定關(guān)系，產(chǎn)生燃弧信號(hào)的裝置；以及用于響應(yīng)所述燃弧信號(hào)對(duì)所述總線斷電的裝置。
用于響應(yīng)所述燃弧信號(hào)對(duì)所述總線斷電的裝置可以包括短路開(kāi)關(guān)，其響應(yīng)所述燃弧信號(hào)使所述總線短路；上游(upstream)斷路器，其響應(yīng)故障總線的過(guò)電流檢測(cè)，對(duì)所述總線斷電。
所述短路開(kāi)關(guān)可以包括短路元件和控制電路，所述控制電路輸入所述燃弧信號(hào)和出錯(cuò)信號(hào)。所述控制電路可以在所述燃弧信號(hào)為真且所述出錯(cuò)信號(hào)為假時(shí)，驅(qū)動(dòng)所述短路元件。
所述光纖可以包括外套、內(nèi)光纖、位于所述第一終端的第一連接器、在所述聚集部分的外套上的開(kāi)口以及位于所述第二終端的第二連接器。所述第一連接器可以銜接所述光源，并且從中接收所述調(diào)制光。所述在聚集部分的外套上的開(kāi)口最接近所述總線。所述第二連接器可以和所述分離器銜接，并且向其發(fā)送所述調(diào)制光和聚集光。
結(jié)合附圖閱讀，從下文對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述中，可以對(duì)該發(fā)明有一個(gè)全面的理解，其中圖1是用于開(kāi)關(guān)裝置的閃絡(luò)故障光探測(cè)器結(jié)構(gòu)的框圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的使用閉環(huán)反饋的閃絡(luò)故障光探測(cè)器的框圖；圖3A和3B組成一個(gè)框圖，以圖解的形式表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的使用閉環(huán)反饋的閃絡(luò)故障光探測(cè)器；圖4是包括圖2的閃絡(luò)故障光探測(cè)器的短路開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的框圖；圖5是開(kāi)關(guān)裝置柜內(nèi)光纖排列的等角視圖；圖6是圖2所示光探測(cè)器的一部分的等角視圖。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖2和圖6，閃絡(luò)故障光探測(cè)器30檢測(cè)電力系統(tǒng)部件(例如包括三相電力總線36的開(kāi)關(guān)裝置34)上的閃絡(luò)故障32。雖然三相開(kāi)關(guān)裝置34被公開(kāi)了，但本發(fā)明適用于廣泛的容易發(fā)生閃絡(luò)故障的電力系統(tǒng)部件(如低壓系統(tǒng)(如電機(jī)電路防護(hù)器、負(fù)載配電盤、總線操作)；中壓保險(xiǎn)絲盤；單相系統(tǒng)；電容器組；海運(yùn)艦船甲板設(shè)備)。
典型地，在存在來(lái)自另一光源(如環(huán)境光42)的一個(gè)或多個(gè)第二不同波長(zhǎng)(在本例中，如大約820nm)的光40的情況下，閃絡(luò)故障32產(chǎn)生第一預(yù)定波長(zhǎng)(在本例中，如大約520nm)的電弧光38。雖然示出了環(huán)境光42，但光40可以來(lái)自廣泛的光源(如鎢燈光；閃光；熒光；鎂光燈光；陽(yáng)光)，并且還包括第一預(yù)定波長(zhǎng)以及其他光波長(zhǎng)。
光探測(cè)器30包括光源44、塑料光纖(POF)組件45、光學(xué)分離器46、第一光濾波器(如520nm)48、第一高頻(HF)光電探測(cè)器50、第二光濾波器(如820nm)52、第二高頻(HF)光電探測(cè)器54、低通濾波器56以及包括微分放大器58、高通濾波器60和閾值檢測(cè)器62的電路57。
光源44向POF組件45提供合適波長(zhǎng)(如820nm)以及合適頻率(如2MHz)的調(diào)制光64。例如，如圖3A所示，光源44’包括820nm的發(fā)光二極管(LED)66，被由比較器69構(gòu)成的合適的振蕩器68，以大約50％的占空因數(shù)以及大約2MHz的速率驅(qū)動(dòng)開(kāi)和關(guān)。用于反饋監(jiān)控的調(diào)制光64防止由背景(環(huán)境)光產(chǎn)生的錯(cuò)誤監(jiān)控信號(hào)。
POF組件45包括POF光纖電纜70，該電纜具有帶有第一光學(xué)連接器74的第一終端72，一個(gè)或者多個(gè)聚集部分76，以及帶有第二光學(xué)連接器80的第二終端78。第一光學(xué)連接器74銜接對(duì)應(yīng)的光源44的光學(xué)連接器82，并且從中接收調(diào)制光64。聚集部分76最接近開(kāi)關(guān)裝置電力總線36的三相電力總線84、86、88，并且聚集包括一些電弧光38和一些環(huán)境光40的光。第二光學(xué)連接器80銜接對(duì)應(yīng)的光學(xué)分離器46的光學(xué)連接器90，并且向其發(fā)送調(diào)制光92(如作為光源調(diào)制光64的反饋光)和聚集光94(如電弧光38和環(huán)境光40的聚集部分)。如圖6所示，圖2中POF光纖電纜70的聚集部分76由電纜外套98上的開(kāi)口(如96)形成，該開(kāi)口將其中的裸光纖100顯露出來(lái)。隨后，裸光纖100接收一部分入射光101，如部分環(huán)境光40和電弧光38。雖然該例示出了除去一部分外套98的開(kāi)口96，但其它應(yīng)用可以在某些預(yù)計(jì)或者實(shí)際發(fā)生閃絡(luò)故障的區(qū)域，除去整個(gè)外套(如從全角顯露光纖100)(未示出)。
光學(xué)分離器46，如50/50光學(xué)分離器，從POF光纖電纜70的第二終端78接收調(diào)制光92和聚集光94，并且將該混合光分離成第一光束102和第二光束104，這些光束具有本質(zhì)上差不多相同光強(qiáng)的相同光信號(hào)。光束102和104分別通過(guò)傳統(tǒng)的光纖電纜組件106和108，傳送到光濾波器48和52。
520nm的光濾波器48從第一光束102中提取第一濾波光束110，其包括具有電弧光38的大約520nm的預(yù)定波長(zhǎng)的波長(zhǎng)帶寬。該濾波光束110包括環(huán)境光40和電弧光38中的大約520nm的分量，并由第一光電探測(cè)器50接收。隨后，光電探測(cè)器50從濾波光束110中產(chǎn)生第一檢測(cè)光電信號(hào)112。采用同樣的方式，820nm的光濾波器52從第二光束104中提取第二濾波光束114，其包括具有環(huán)境光40的大約820nm的預(yù)定波長(zhǎng)的波長(zhǎng)帶寬。該濾波光束114包括環(huán)境光40和光源調(diào)制光64中的大約820nm的分量，并由第二光電探測(cè)器54接收。隨后，光電探測(cè)器54從濾波光束114中產(chǎn)生第二檢測(cè)光電信號(hào)116。
低通濾波器56具有翻轉(zhuǎn)頻率(如fo＝大約100kHz)，該翻轉(zhuǎn)頻率明顯低于光源44的頻率，低通濾波器56從第二檢測(cè)光電信號(hào)116中提取代表大約820nm的聚集光94的第三電信號(hào)118，其排除了2MHz的調(diào)制光92。低通濾波器56有效拒絕了來(lái)自光源44的調(diào)制光92的頻率，而光濾波器52有效拒絕了電弧光38的預(yù)定520nm波長(zhǎng)。因此，信號(hào)118代表基本來(lái)自環(huán)境光40的大約820nm的聚集光94。
高通濾波器60具有翻轉(zhuǎn)頻率(如fo＝約1.7MHz)，該翻轉(zhuǎn)頻率適當(dāng)?shù)陀诠庠?4的頻率，且明顯高于低通濾波器56的翻轉(zhuǎn)頻率。該濾波器60從第二檢測(cè)光電信號(hào)116中提取代表大約820nm和大約2MHz的調(diào)制光92的第四電信號(hào)120，其排除了大約520nm的聚集光94。高通濾波器60有效拒絕了一般DC和其它相對(duì)低頻的環(huán)境光40，而光濾波器52有效拒絕了電弧光38的預(yù)定520nm波長(zhǎng)。因此，信號(hào)120代表大約820nm和大約2MHz的調(diào)制光92，其基本來(lái)自光源44，并且排除了電弧光38。
適當(dāng)?shù)碾娐?，如微分放大?8，產(chǎn)生響應(yīng)第一檢測(cè)光(來(lái)自燃弧和環(huán)境或者其它背景光源的520nm聚集光)電信號(hào)112和第三電信號(hào)(基本來(lái)自環(huán)境或者其他背景光源的820nm聚集光)118之間的預(yù)定關(guān)系的燃弧檢測(cè)信號(hào)z 122。例如，微分放大器58可以比較這些信號(hào)112、118，如果信號(hào)112明顯大于(如至少合適的預(yù)定量；足夠避免檢測(cè)信號(hào)122的損害激活(nuisance activation)的量)信號(hào)118，那么檢測(cè)信號(hào)122設(shè)置為真，例如以激活滅弧裝置(如相地間或者相位間短路開(kāi)關(guān)(未示出)；圖4的短路開(kāi)關(guān)222)。
根據(jù)本實(shí)施例的一個(gè)重要方面，光源44、光纖電纜組件45、光學(xué)分離器46，光濾波器52、HF光電探測(cè)器54、高通濾波器60和閾值檢測(cè)器62合作提供閃絡(luò)故障光探測(cè)器30的狀況的閉環(huán)反饋，部分由光纖電纜70提供。閾值檢測(cè)器62響應(yīng)第四電信號(hào)120低于預(yù)定閾值(如適當(dāng)?shù)臋z測(cè)光纖70被損壞、光源44變暗、另一部件故障的值)，產(chǎn)生出錯(cuò)信號(hào)R 124。該信號(hào)124表示光纖70極有可能被損壞。因此，優(yōu)選地，信號(hào)122的用途是失效。
優(yōu)選地，對(duì)于開(kāi)關(guān)裝置34，光纖70的聚集部分76設(shè)置在最接近存在潛在閃絡(luò)故障(例如，在電力總線與地之間，或者在電力總線與不同的電力總線之間相對(duì)接近的區(qū)域)的區(qū)域(例如，沒(méi)有限制，斷路器、斷路器室、主總線室、電纜室、電力母線)，或者已經(jīng)從實(shí)際閃絡(luò)故障的報(bào)告中確認(rèn)的區(qū)域。例如，光纖70的聚集部分76可以最接近這些區(qū)域，并且可以(1)垂直于母線84、86、88，并且纏繞在附近，最好不接觸母線；(2)在每個(gè)母線周圍纏繞若干次，或者超過(guò)母線的全長(zhǎng)或者超過(guò)它的主要部分；(3)以曲折的方式和近似相同的距離排列在母線的前面、后面或者平行放置；(4)纏繞在現(xiàn)場(chǎng)母線的連接線(未示出)周圍；和/或(5)垂直于閃絡(luò)故障最可能發(fā)生的區(qū)域的電纜室(未示出)內(nèi)的母線纏繞。
雖然公開(kāi)了520nm和820nm波長(zhǎng)，但可以使用大范圍的波長(zhǎng)用于大范圍的閃絡(luò)故障和環(huán)境條件。
雖然公開(kāi)了100kHz、1.7MHz和2.0MHz頻率的例子，但可以使用大范圍的合適頻率。
圖3A和3B示出了閃絡(luò)故障光探測(cè)器130，它以與圖2的閃絡(luò)故障光探測(cè)器30相似的方式運(yùn)行。探測(cè)器130包括AC/DC轉(zhuǎn)換器132，其由外部交流(AC)電源134供電，并且向探測(cè)器130的不同部件輸出各種合適的直流(DC)電壓136、138、140以及地142。雖然示出了電壓電平的例子，但可以使用大范圍的合適的電壓電平。探測(cè)器130包括光源44’，其源自LED 66的大約820nm的調(diào)制光64’，LED 66由振蕩器68以大約50％的占空因數(shù)以及大約2MHz的速率適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)開(kāi)和關(guān)。探測(cè)器130還包括POF組件45、光學(xué)分離器46、傳統(tǒng)光纖電纜106、108以及光濾波器48、52，如同以上結(jié)合圖2討論的。
探測(cè)器130還包括相同的第一和第二HF光電探測(cè)器50’、54’，它們將來(lái)自光濾波器48、52的濾波光分別轉(zhuǎn)換為輸出電信號(hào)112’、116’。HF光電探測(cè)器50’包括輸入光電二極管144、第一運(yùn)算放大器146、輸出運(yùn)算放大器148以及相對(duì)低噪音離散JFET 150。JFET 150起到源跟隨器的作用，緩沖輸出運(yùn)算放大器148的反相輸入152，并且使之適合與高阻抗反饋電阻154、156一起使用。比如說(shuō)，輸出運(yùn)算放大器非反相輸入158接地，輸出運(yùn)算放大器148就迫使JFET源極160接地，電阻162確保JFET 150具有合適的漏電流(如大約1mA)。因此，該電路的自偏壓剛好低于地，一般大約-0.5VDC。光電二極管144內(nèi)無(wú)光電流信號(hào)，該光電二極管偏壓到-10V輸出140，運(yùn)算放大器輸出164處于相同的電壓，并且跟隨該輸出140。否則，當(dāng)光電二極管144被照明時(shí)，電流來(lái)自運(yùn)算放大器輸出164，并且流過(guò)電阻154、156，以使得運(yùn)算放大器輸出164以傳統(tǒng)的互阻抗放大器的方式上升。第一運(yùn)算放大器146適當(dāng)恢復(fù)DC精度，因此JFET 150不規(guī)定DC偏壓條件。并不是將運(yùn)算放大器非反相輸入158接地，而是由第一運(yùn)算放大器146適當(dāng)驅(qū)動(dòng)它，所以JFET源極160到達(dá)對(duì)于零JFET門電壓合適的電壓。按照上面所描述的，HF光電探測(cè)器54’與現(xiàn)在描述的HF光電探測(cè)器52’相同。
低通濾波器56’輸入信號(hào)116’，輸出信號(hào)118’，其包括運(yùn)算放大器166、電阻168、170以及電容172。選擇電阻168、170和電容172以提供合適的翻轉(zhuǎn)頻率(如fo＝大約100kHz；明顯小于光源44’頻率的頻率)。
微分放大器58’輸入信號(hào)112’、118’，輸出信號(hào)z 122，其包括運(yùn)算放大器174、電阻176、178、180、182、分壓器184以及電阻186。分壓器184和電阻186設(shè)置運(yùn)算放大器174的偏置平衡量，以提供適當(dāng)?shù)拈撝?。比較器187將運(yùn)算放大器174的輸出和適當(dāng)?shù)拈撝迪啾容^，并且輸出信號(hào)122’。
高通濾波器60’輸入信號(hào)116’，輸出信號(hào)120’，其包括運(yùn)算放大器188、電容190、192和電阻194。選擇電容190、192和電阻194以提供合適的翻轉(zhuǎn)頻率(如fo＝大約1.7MHz；適當(dāng)小于光源44’頻率的頻率)。在運(yùn)算放大器輸出端200的并聯(lián)電阻196和電容198為輸出信號(hào)120’提供具有合適時(shí)間常數(shù)的合適的充電電源，該輸出信號(hào)在探測(cè)器130的正常操作下為高邏輯電平。
閾值檢測(cè)器62’輸入信號(hào)120’，輸出信號(hào)R124，其包括運(yùn)算放大器202、電阻204、206、208、210、212以及NPN晶體管214。在正常操作下，信號(hào)120’為高，運(yùn)算放大器輸出216為低，因此晶體管214斷開(kāi)，輸出124可以例如通過(guò)上拉電阻(未示出)拉高。在出錯(cuò)條件下，調(diào)制光64’可以中斷(如因?yàn)镻OF組件45損壞；部件故障)。然后，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延遲(由電阻196和電容198設(shè)置)之后，信號(hào)120’降到閾值電壓(通常由電阻204、206設(shè)置)以下，運(yùn)算放大器輸出216改變狀態(tài)，因此，晶體管214接通，從而使輸出的出錯(cuò)信號(hào)R124被拉低。
圖4示出了包括圖3A和3B所示的閃絡(luò)故障光探測(cè)器130的短路開(kāi)關(guān)系統(tǒng)220。該系統(tǒng)220包括一個(gè)或者多個(gè)短路開(kāi)關(guān)222(圖4只示出一個(gè)開(kāi)關(guān)(SW)222)。這種短路開(kāi)關(guān)的例子在美國(guó)專利No.6,633,009中公開(kāi)，在這里引入作為參考。雖然示出了一個(gè)短路開(kāi)關(guān)222的例子，但可以使用任何合適的短路開(kāi)關(guān)。系統(tǒng)220保護(hù)電力系統(tǒng)電力總線223免受低壓配電裝置226中的閃絡(luò)故障，如224，并且消除該閃絡(luò)故障。系統(tǒng)220還包括檢測(cè)和激活電路228，用于檢測(cè)閃絡(luò)故障224，并響應(yīng)激活短路開(kāi)關(guān)負(fù)載(C)230，以使激活的負(fù)載230將閃絡(luò)故障224消除，如在專利6,633,009中公開(kāi)的。如同上面結(jié)合圖3B所討論的，探測(cè)器130輸出燃弧檢測(cè)信號(hào)122’，激活電路(ACT)232使用該檢測(cè)信號(hào)122’以響應(yīng)輸出激活信號(hào)234到負(fù)載230的電輸入端236。
用于響應(yīng)燃弧信號(hào)122’對(duì)電力總線223斷電的電路238，包括激活電路232，短路開(kāi)關(guān)222，其響應(yīng)燃弧信號(hào)122’和激活信號(hào)234，用短路元件239使總線223短路，以及上游斷路器(CB)240，其響應(yīng)故障總線中的過(guò)電流檢測(cè)，對(duì)總線223斷電。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，激活電路(ACT)232輸入信號(hào)122’、124，并且當(dāng)燃弧信號(hào)122’為真且出錯(cuò)信號(hào)124為假(如圖3B的晶體管214斷開(kāi))時(shí)，驅(qū)動(dòng)短路開(kāi)關(guān)222。在這個(gè)例子中，信號(hào)122’、124可以是或線連接，以在出錯(cuò)信號(hào)124為真(如圖3B的晶體管214接通)時(shí)，燃弧信號(hào)122’被拉低，并因此失效。
參見(jiàn)圖5，示出了具有容納開(kāi)關(guān)裝置母線254的電力系統(tǒng)外殼252的光纖“扁平”排列250。外殼252包括面向開(kāi)關(guān)裝置母線254的內(nèi)表面256。光纖電纜258適合于圖2的光源44和分離器46之間的操作，其包括外套260、內(nèi)光纖262以及在聚集部分266的外套260上的開(kāi)口264。在聚集部分266的光纖電纜258形成螺線268，并且適當(dāng)固定(如粘接；通過(guò)框架(未示出)固定)在外殼表面256上。在聚集部分266的外套開(kāi)口264對(duì)著外殼表面256，并且最接近開(kāi)關(guān)裝置母線254，以接收一部分520nm電弧光270以及一部分環(huán)境光272。
已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，各種對(duì)于細(xì)節(jié)的修改和替換都可以根據(jù)公開(kāi)的全部教導(dǎo)得出。因此，已公開(kāi)的特別排列只是說(shuō)明性的，并不是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求及其任何的、全部的等同的完整范圍給出。
參考標(biāo)記列表2 中壓開(kāi)關(guān)裝置(如15kV/50kV)4 電源6 三相電力總線(A、B、C相)8 第一短路開(kāi)關(guān)10第二短路開(kāi)關(guān)12地14光探測(cè)器16光探測(cè)器18光探測(cè)器20光探測(cè)器22電弧光24閃絡(luò)故障26觸發(fā)/電源電路28驅(qū)動(dòng)信號(hào)30閃絡(luò)故障光探測(cè)器32閃絡(luò)故障34開(kāi)關(guān)裝置36三相電力總線38電弧光40光42環(huán)境光44光源44’ 光源45塑料光纖(POF)組件46光學(xué)分離器48520nm光濾波器50高頻(HF)光電探測(cè)器
50’ 高頻(HF)光電探測(cè)器52820nm光濾波器54高頻(HF)光電探測(cè)器54’ 高頻(HF)光電探測(cè)器56低通濾波器56’ 低通濾波器57電路58微分放大器58’ 微分放大器60高通濾波器60’ 高通濾波器62閾值檢測(cè)器62’ 閾值檢測(cè)器64調(diào)制光64’ 調(diào)制光66820nm LED68振蕩器69比較器70POF光纖電纜72第一終端74第一光學(xué)連接器76一個(gè)或多個(gè)聚集部分78第二終端80第二光學(xué)連接器82光源的光學(xué)連接器84三相電力總線86三相電力總線88三相電力總線
90 光學(xué)分離器的光學(xué)連接器92 調(diào)制光94 聚集光96 開(kāi)口98 外套100裸光纖101入射102第一光束104第二光束106傳統(tǒng)光纖電纜組件108傳統(tǒng)光纖電纜組件110第一濾波光束112第一檢測(cè)光電信號(hào)112’ 第一檢測(cè)光電信號(hào)114第二濾波光束116第二檢測(cè)光電信號(hào)116’ 第二檢測(cè)光電信號(hào)118代表大約820nm的聚集光的第三電信號(hào)118’ 代表大約820nm的聚集光的第三電信號(hào)120代表大約820nm和大約2MHz的調(diào)制光的第四電信號(hào)120’ 代表大約820nm和大約2MHz的調(diào)制光的第四電信號(hào)122檢測(cè)信號(hào)z124出錯(cuò)信號(hào)R130閃絡(luò)故障光探測(cè)器132交流/直流(AC/DC)轉(zhuǎn)換器134外部交流(AC)電源136直流(DC)電壓138直流(DC)電壓
140直流(DC)電壓142地144輸入光電二極管146第一運(yùn)算放大器148輸出運(yùn)算放大器150結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET)152反相輸入154高阻抗反饋電阻156高阻抗反饋電阻158非反相輸入160JFET源極162電阻164輸出166運(yùn)算放大器168電阻170電阻172電容174運(yùn)算放大器176電阻178電阻180電阻182電阻184分壓器186電阻187比較器188運(yùn)算放大器190電容192電容
194電阻196并聯(lián)電阻198電容200運(yùn)算放大器輸出202運(yùn)算放大器204電阻206電阻208電阻210電阻212電阻214NPN晶體管216運(yùn)算放大器輸出220短路開(kāi)關(guān)系統(tǒng)222一個(gè)或多個(gè)短路開(kāi)關(guān)(SW)223電力總線224閃絡(luò)故障226低壓配電裝置228檢測(cè)和激活電路230短路開(kāi)關(guān)負(fù)載(C)232激活電路(ACT)234激活信號(hào)236電輸入238對(duì)總線斷電的電路239短路元件240上游斷路器(CB)250光纖“扁平”排列252電力系統(tǒng)外殼254開(kāi)關(guān)裝置母線
256面向開(kāi)關(guān)裝置母線的表面258光纖電纜260外套262內(nèi)光纖264開(kāi)口266聚集部分268螺線270520nm電弧光272環(huán)境光
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)電力系統(tǒng)的部件(34)上的閃絡(luò)故障(32)的裝置(30；130)，在存在來(lái)自可包括第一預(yù)定波長(zhǎng)的另一光源(42)的第二波長(zhǎng)的光(40)的情況下，所述閃絡(luò)故障產(chǎn)生所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的光(38)，所述第二波長(zhǎng)不同于所述第一預(yù)定波長(zhǎng)，所述裝置包括光源(44)，提供所述第二波長(zhǎng)和第一頻率的調(diào)制光(64)；光纖(45)，包括第一終端(72)、聚集部分(76)以及第二終端(78)，所述光纖的第一終端從所述光源接收所述調(diào)制光，所述聚集部分最接近所述部件，并且接收包括一些所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的光以及一些所述來(lái)自另一光源的第二波長(zhǎng)的光的聚集光(94)，所述光纖的第二終端包括所述調(diào)制光(92，64)以及所述聚集光(94)；分離器(46)，從所述光纖的第二終端接收所述調(diào)制光和所述聚集光，并且將所述調(diào)制光和所述聚集光分離為第一光束(102)和第二光束(104)；第一濾波器(48)，從所述第一光束中提取包括具有所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的第一波長(zhǎng)帶寬的第一濾波光束(110)；第一檢測(cè)器(50)，從所述第一濾波光束中產(chǎn)生第一檢測(cè)光電信號(hào)(112)；第二濾波器(52)，從所述第二光束中提取包括不具有所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)帶寬的第二濾波光束(114)；第二檢測(cè)器(54)，從所述第二濾波光束中產(chǎn)生第二檢測(cè)光電信號(hào)(116)；第三濾波器(56)，從所述第二檢測(cè)光電信號(hào)中提取代表所述一些來(lái)自另一光源的第二波長(zhǎng)的并且不包括所述調(diào)制光的光的第三電信號(hào)(118)；以及用于響應(yīng)所述第一檢測(cè)光電信號(hào)和所述第三電信號(hào)之間的預(yù)定關(guān)系，產(chǎn)生燃弧信號(hào)(122)的裝置(57)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置(30)，其中所述用于產(chǎn)生燃弧信號(hào)的裝置(57)包括第四濾波器(60)和閾值檢測(cè)器(62)，所述第四濾波器從所述第二檢測(cè)光電信號(hào)中提取代表所述調(diào)制光的第四電信號(hào)(120)，所述閾值檢測(cè)器響應(yīng)所述第四電信號(hào)低于預(yù)定閾值，產(chǎn)生出錯(cuò)信號(hào)(124)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置(30)，其中所述用于產(chǎn)生燃弧信號(hào)的裝置(57)包括比較器(58)，其比較所述第一檢測(cè)光電信號(hào)和所述第三電信號(hào)，并且當(dāng)所述第一檢測(cè)光電信號(hào)超過(guò)所述第三電信號(hào)至少一個(gè)預(yù)定量時(shí)，產(chǎn)生所述燃弧信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置(30)，其中所述電力系統(tǒng)的部件是開(kāi)關(guān)裝置母線(84，86，88)；其中所述光纖是塑料光纖(70)，包括外套(98)、內(nèi)光纖(100)、位于所述第一終端的第一連接器(74)、在所述聚集部分的外套上的開(kāi)口(96)以及位于所述第二終端的第二連接器(80)，所述第一連接器銜接所述光源，并且從中接收所述調(diào)制光，所述在聚集部分的外套上的開(kāi)口最接近所述開(kāi)關(guān)裝置母線，所述第二連接器和所述分離器銜接，并且向其發(fā)送所述調(diào)制光和所述聚集光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置(30)，其中所述第二波長(zhǎng)是大約820nm；其中所述第一頻率是大約2MHz。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置(30)，其中所述分離器是光學(xué)分離器(46)，其將所述調(diào)制光和所述聚集光分離成具有第一強(qiáng)度的第一光束和具有第二強(qiáng)度的第二光束，其中所述第一強(qiáng)度約等于所述第二強(qiáng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置(30)，其中所述第一波長(zhǎng)是大約520nm；其中所述第一濾波器是包括第一波長(zhǎng)帶寬的光濾波器(48)，所述第一帶寬包括520nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置(30)，其中所述第二波長(zhǎng)是大約820nm；其中所述第二濾波器是包括第二波長(zhǎng)帶寬的光濾波器(52)，所述第二帶寬包括820nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置(30)，其中所述電力系統(tǒng)的部件包括容納開(kāi)關(guān)裝置母線(254)的外殼(252)，所述外殼包括面向所述開(kāi)關(guān)裝置母線的表面(256)；其中所述光纖(258)包括外套(260)、內(nèi)光纖(262)以及在所述聚集部分(266)的外套上的開(kāi)口(264)；其中所述在聚集部分的光纖形成螺線(268)，并且固定在所述外殼的表面上；其中所述在聚集部分的外套上的開(kāi)口和所述表面相對(duì)，并且最接近所述開(kāi)關(guān)裝置母線，以接收所述一些第一預(yù)定波長(zhǎng)的光(270)以及所述一些來(lái)自另一光源的光(272)。
10.一種檢測(cè)電力系統(tǒng)的部件(34)上的閃絡(luò)故障(32)的方法，在存在來(lái)自可包括第一預(yù)定波長(zhǎng)的另一光源(42)的第二波長(zhǎng)的光(40)的情況下，所述閃絡(luò)故障產(chǎn)生所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的光(38)，所述第二波長(zhǎng)不同于所述第一預(yù)定波長(zhǎng)，所述方法包括提供(44)所述第二波長(zhǎng)和第一頻率的調(diào)制光(64)；使用包括第一終端(72)、聚集部分(76)和第二終端(78)的光纖(70)；在所述光纖的第一終端接收(74)所述調(diào)制光；將所述光纖的聚集部分設(shè)置為最接近所述部件，以接收聚集光(94)，所述聚集光包括一些所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的光以及一些所述來(lái)自另一光源的第二波長(zhǎng)的光；從所述光纖的第二終端接收(90)所述調(diào)制光(92，94)和所述聚集光(94)，并且將所述調(diào)制光和所述聚集光分離(46)為第一光束(102)和第二光束(104)；從所述第一光束中提取(48)包括具有所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的第一波長(zhǎng)帶寬的第一濾波光束(110)；從所述第一濾波光束中產(chǎn)生(50)第一檢測(cè)光電信號(hào)(112)；從所述第二光束中提取(52)包括不具有所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)帶寬的第二濾波光束(114)；從所述第二濾波光束中產(chǎn)生(54)第二檢測(cè)光電信號(hào)(116)；從所述第二檢測(cè)光電信號(hào)中提取(56)代表所述一些來(lái)自另一光源的第二波長(zhǎng)的并且不包括所述調(diào)制光的光的第三電信號(hào)(118)；以及響應(yīng)所述第一檢測(cè)光電信號(hào)和所述第三電信號(hào)之間的預(yù)定關(guān)系，產(chǎn)生(58)燃弧信號(hào)(122)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，還包括比較(58)所述第一檢測(cè)光電信號(hào)和所述第三電信號(hào)；以及當(dāng)所述第一檢測(cè)光電信號(hào)超過(guò)所述第三電信號(hào)至少一個(gè)預(yù)定量時(shí)，產(chǎn)生(58)所述燃弧信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，還包括從所述第二檢測(cè)光電信號(hào)中提取(60)代表所述調(diào)制光的第四電信號(hào)(120)；以及響應(yīng)所述第四電信號(hào)低于預(yù)定閾值，產(chǎn)生(62)出錯(cuò)信號(hào)(124)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括使用具有第一翻轉(zhuǎn)頻率的低通濾波器(56)，所述第一翻轉(zhuǎn)頻率低于所述第一頻率，用于從所述第二檢測(cè)光電信號(hào)中提取所述代表一些來(lái)自另一光源的第二波長(zhǎng)的并且不包括所述第一頻率的調(diào)制光的光的第三電信號(hào)；以及使用具有第二翻轉(zhuǎn)頻率的高通濾波器(60)，所述第二翻轉(zhuǎn)頻率高于所述第一翻轉(zhuǎn)頻率且低于所述第一頻率，用于從所述第二檢測(cè)光電信號(hào)中提取所述代表所述第一頻率的調(diào)制光的第四電信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，還包括采用大約520nm作為所述第一預(yù)定波長(zhǎng)；采用大約820nm作為所述第二波長(zhǎng)。
15.一種用于保護(hù)電力系統(tǒng)(226)的總線(223)免受閃絡(luò)故障(224)的裝置(220，238)，在存在來(lái)自可包括第一預(yù)定波長(zhǎng)的另一光源(42)的第二波長(zhǎng)的光(40)的情況下，所述閃絡(luò)故障產(chǎn)生所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的光(38)，所述第二波長(zhǎng)不同于所述第一預(yù)定波長(zhǎng)，所述裝置包括光源(44)，提供所述第二波長(zhǎng)和第一頻率的調(diào)制光(64)；光纖(45)，包括第一終端(72)、聚集部分(76)和第二終端(78)，所述光纖的第一終端接收來(lái)自所述光源的調(diào)制光，所述聚集部分最接近所述部件，并且接收包括一些所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的光和一些所述來(lái)自另一光源的第二波長(zhǎng)的光的聚集光(94)，所述光纖的第二終端包括所述調(diào)制光(92，64)和所述聚集光(94)；分離器(46)，從所述光纖的第二終端接收所述調(diào)制光和所述聚集光，并且將所述調(diào)制光和所述聚集光分離為第一光束(102)和第二光束(104)；第一濾波器(48)，從所述第一光束中提取包括具有所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的第一波長(zhǎng)帶寬的第一濾波光束(110)；第一檢測(cè)器(50)，從所述第一濾波光束中產(chǎn)生第一檢測(cè)光電信號(hào)(112)；第二濾波器(52)，從所述第二光束中提取包括不具有所述第一預(yù)定波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)帶寬的第二濾波光束(114)；第二檢測(cè)器(54)，從所述第二濾波光束中產(chǎn)生第二檢測(cè)光電信號(hào)(116)；第三濾波器(56)，從所述第二檢測(cè)光電信號(hào)中提取代表所述一些來(lái)自另一光源的第二波長(zhǎng)的并且不包括所述調(diào)制光的光的第三電信號(hào)(118)；用于響應(yīng)所述第一檢測(cè)光電信號(hào)和所述第三電信號(hào)之間的預(yù)定關(guān)系，產(chǎn)生燃弧信號(hào)(122)的裝置(57)；以及用于響應(yīng)所述燃弧信號(hào)，對(duì)所述總線斷電的裝置(238)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置(220，238)，其中所述用于響應(yīng)所述燃弧信號(hào)對(duì)所述總線斷電的裝置(238)包括響應(yīng)所述燃弧信號(hào)使所述總線短路的短路開(kāi)關(guān)(222)，和響應(yīng)所述故障總線的過(guò)電流檢測(cè)對(duì)所述總線斷電的上游斷路器(240)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置(220，238)，其中所述用于產(chǎn)生燃弧信號(hào)的裝置(57)包括第四濾波器(60)和閾值檢測(cè)器(62)，所述第四濾波器從所述第二檢測(cè)光電信號(hào)中提取代表所述調(diào)制光的第四電信號(hào)(120)，所述閾值檢測(cè)器響應(yīng)所述第四電信號(hào)低于預(yù)定閾值，產(chǎn)生出錯(cuò)信號(hào)(124)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置(220，238)，其中所述短路開(kāi)關(guān)(222)包括短路元件(239)；其中所述用于斷電的裝置(238)包括控制電路(232)，其輸入所述燃弧信號(hào)(122)和所述出錯(cuò)信號(hào)(124)，當(dāng)所述燃弧信號(hào)為真且所述出錯(cuò)信號(hào)為假時(shí)，所述控制電路驅(qū)動(dòng)所述短路元件。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置(220，238)，其中所述光纖(70)包括外套(98)、內(nèi)光纖(100)、位于所述第一終端(72)的第一連接器(74)、在所述聚集部分(76)的外套上的開(kāi)口(96)以及位于所述第二終端(78)的第二連接器(80)，所述第一連接器銜接所述光源(44)，并且從中接收所述調(diào)制光(64)，所述在聚集部分的外套上的開(kāi)口最接近所述總線(223)，所述第二連接器(80)和所述分離器(46)銜接，并且向其發(fā)送所述調(diào)制光(92)和所述聚集光(94)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置(220，238)，其中所述總線(254)設(shè)置在外殼(252)內(nèi)，所述外殼(252)包括面向所述總線的表面(256)；其中所述光纖(258)包括外套(260)、內(nèi)光纖(262)以及在所述聚集部分(266)的外套上的開(kāi)口(264)；其中所述在聚集部分的光纖形成螺線(268)，并且固定在所述外殼(252)的表面(256)上；其中所述在聚集部分的外套上的開(kāi)口(264)和所述表面相對(duì)，并且最接近所述總線，以接收所述一些第一預(yù)定波長(zhǎng)的光(270)以及所述一些來(lái)自另一光源的光(272)。
全文摘要
一種裝置(30)檢測(cè)第一波長(zhǎng)的閃絡(luò)故障(32)。光源(44)提供第二不同波長(zhǎng)和第一頻率的調(diào)制光(64)。光纖(70)接收調(diào)制光，并且聚集兩種波長(zhǎng)的環(huán)境光(94)。分離器(146)接收光，并且將收到的光分離為第一和第二光束(102，104)。第一濾波器(48)從第一光束中提取包括第一波長(zhǎng)的第一濾波光束(110)。第一光電探測(cè)器(50)從第一濾波光束中產(chǎn)生第一電信號(hào)(112)。第二濾波器(52)從第二光束中提取不包括第一波長(zhǎng)的第二濾波光束(114)。第二光電探測(cè)器(54)從第二濾波光束中產(chǎn)生第二電信號(hào)(116)。低通濾波器(56)從第二電信號(hào)中提取代表不包括調(diào)制光的第二波長(zhǎng)的光的第三電信號(hào)(118)。當(dāng)?shù)谝浑娦盘?hào)超過(guò)第三電信號(hào)時(shí)，比較器(58)產(chǎn)生燃弧信號(hào)(122)。
文檔編號(hào)H02B13/065GK1637425SQ20041010477
公開(kāi)日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月5日
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