[发明专利]一种电力系统全光学过电压监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统全光学过电压监测装置，属于电压测量技术领域。

背景技术

过电压是造成电网事故的主要原因之一，也是选择电气设备绝缘强度的决定性因素。过电压的持续时间虽然短暂，但是由于其峰值高、波形陡、能量大的特点，会对电气绝缘造成严重威胁。在电力系统中，对过电压的测量和分析有着极其重要的意义。通过分析过电压的发生发展过程，可以为处理事故提供可靠的数据，为提出改进措施提供重要的参考依据。同时也可以为电气制造提供实际有效的资料。

例如对于变电站而言，对220kV及以下系统，电气设备的绝缘水平主要由雷电过电压决定；对330kV及以上电压等级的超高压系统，操作过电压成为主要矛盾，绝缘配合需要将操作过电压控制在一定范围，再用避雷器作为后备保护。研究及工程人员采用标准雷电波、标准操作波代替设备实际承受的冲击电压波形，作为试验波形，进行试验。用250s/2500s的标准操作冲击电压的试验结果做绝缘配合可能带来两个后果：若250s确实是间隙的临界波前时间，而实际过电压波头远长于250s，采用标准操作波的试验结果可能导致绝缘配合的裕度过大，经济性差；若250s不是间隙的临界波前时间，则在某种波头的操作波作用下，间隙的击穿电压更低，导致绝缘配合的安全性降低。所以，获取正确的过电压波形，对绝缘配合的经济性与安全性都有根本性意义。

目前较为成熟的过电压测量方法主要利用的是电容分压器的原理。采用高压分压器或电容式套管末屏连接低压臂分压器的方式，将高压侧电压转化为可采集的低电压信号。但该方案受到杂散电容、电感等因素的影响，导致测量精度不够高。同时其上限截止频率往往仅有几MHz，难以准确测量频率较高的过电压信号。

所以如何获得大量实测数据，得到实测过电压波形特征，对于指导电力设备的试验规程与绝缘配合导则的修订，和提升绝缘配合的经济性与系统运行的安全性有着十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种电力系统全光学过电压监测装置，采用光学电场传感器，通过测量准静态电场来反推电压变化情况，实现过电压的监测。本发明具有频带宽、采样率高、可靠性强的特点，满足过电压监测的要求。

本发明提出的电力系统全光学过电压监测装置，包括：

激光源，用于发出激光信号；

起偏器，用于通过光纤接收光源输出的激光信号，并将激光信号转化为线偏振光；

光学电场传感器，用于通过光纤接收线偏振光，将线偏振光分解为在传感器晶体的快轴和慢轴上传播的两路偏振光信号，并用于感应输电线路中的电压产生的电场，基于泡克耳斯效应，传感器感应的电场改变晶体快轴和慢轴中传播光的折射率，对两路光进行调制，使两路光产生与电场大小相对应的相位差，两路光在传感器晶体的输出端发生干涉，得到包含有输电线路中电压变化信息的椭圆偏振态激光；

偏振分束器，用于通过光纤接收光学电场传感器输出的椭圆偏振态激光，并使偏振态信号转化为两路光强度信号；

光接收机，用于通过光纤接收偏振分束器输出的任意一路光强度信号，并将该光强信号转化为电压信号；

模数转换器，用于通过射频电缆接收光接收机的电压信号，并将电压信号的模拟量转换为数字信号；

缓存器，用于存储模数转换器的数字电压信号；

处理器，用于根据设定的电力系统的过电压阈值，对上述缓存器中的数字电压信号进行判断，若数字电压信号小于或等于过电压阈值，则清空缓存，继续检测过程，若数字电压信号大于过电压阈值，则判定电力系统中产生了过电压，并将缓存器中的相应数据发送到工控机中；

工控机，用于存储采集到的过电压信号并显示。

本发明提出的电力系统全光学过电压监测装置，其优点是：

1、本发明的电力系统全光学过电压监测装置中，采用了集成光学电场传感器，由于光学电场传感器中不含有金属，对原电场影响较小，因此具有较高的测量可靠性。

2、本发明检测装置中采用的光学电场传感器，具有很大的频率范围，在工频和过电压频率下频响一致，因此能兼顾工频电压以及内过电压和外过电压的测量。

3、本发明的测量装置，与电网一次设备无直接的电气连接，绝缘问题小，安装维护较为方便。

4、本发明除用于电力系统中的过电压在线监测以外，还能用于试验、调试过程中的过电压测量。在现场耐压试验或新设备投运时，通过本发明对过电压进行测量，能够为可能出现的设备故障提供分析数据。

附图说明