[发明专利]基于发射光谱法的电力设备局部放电多点在线监测系统

说明书

一种基于发射光谱法的电力设备局部放电多点在线监测系统，其N个光纤探头(1)对应采集多气室或多台设备局部放电产生的光信号，每根光纤(2)将光信号经由光纤连接器(3)传递至光纤耦合器(4)，光纤耦合器(4)将光信号分束给M个检测通道，每个检测通道的光信号经过窄带滤光片(5)进行特征谱段信号提取以及干扰谱段信号滤除并传递至光纤集束器(6)对应编号的输入端口，光纤集束器(6)对光信号集束处理并传递至高精度光谱分析仪(7)，高精度光谱分析仪(7)将采集到光谱信息分析处理并传输给计算机(8)，计算机(8)根据监测到的光谱信息控制光纤集束器(6)每个输入端口的连通或关断，实现局部放电多点在线监测及故障定位。

技术领域

本发明涉及一种局部放电多点在线监测系统。

背景技术

随着工业发展和社会进步，电力系统正在向着大容量、特高压方向发展，国民对系统运行可靠性也提出了越来越高的要求。以气体绝缘变压器、管道母线、高压开关为代表的各类气体绝缘电力设备是电力系统中重要的组成部分，经过长期的绝缘老化，电力设备发生击穿、闪络等绝缘故障的概率显著增大，严重威胁到电力系统的安全稳定运行。局部放电是各类绝缘故障的先兆和表现形式，也是电力设备绝缘缺陷的最主要判据和诊断对象。

电力设备在发生局部放电时，通常会产生电流脉冲、电磁辐射、超声波，以及化学分解产生新物质。根据局部放电产生的不同物理化学过程，其检测方法主要包括脉冲电流法、射频法、超高频法、超声波检测法，以及化学检测法。其中，脉冲电流法是国家标准GB/T7354-2003《局部放电测量》中推荐的局部放电检测方法；射频法是利用射频传感器检测局部放电，并激发出高频电磁信号，经过后续电路处理得到局部放电量。脉冲电流法和射频法均是直接通过检测电气参量来判断放电情况，由于抗电磁干扰能力差，不适用于电力设备的现场带电检测。此外，超高频法和超声波检测法凭借抗电磁干扰能力强、可对局部放电源进行定位等优势，也逐渐被用于电力设备局部放电检测当中，如专利CN201610844556.8通过对超高频放电信号时域分布特征参数的分析处理，提出了一种变压器局部放电故障类型的识别方法。然而，超高频法和超声波检测法无法对局部放电量进行标定，而且测量结果极易受到电力设备机械振动的干扰，因此在实际工程应用中也受到限制。此外，化学检测法具有灵敏度高、不受电磁干扰等优点，也被提出用于局部放电诊断当中，如专利CN201710715991.5通过检测和分析局部放电所致SF6分解产物，提出了干式套管绝缘缺陷诊断方法。然而，由于气体分解产物组分及含量会随着绝缘介质种类、绝缘缺陷类型、环境温湿度的改变而呈现出显著差异性，因此化学检测判据对于不同运行环境、不同类型的电力设备不具备通用性。

随着光学传感技术的发展，光学检测法凭借抗电磁干扰能力强、检测精度高、在线带电检测等显著优势而被逐渐应用于气体绝缘电力设备的局部放电检测当中。如专利CN201910760124.2设计的一种电-热-力多场耦合下的局部放电声光电联合测量平台，利用超声波传感器、光电倍增管和特高频传感器同时实现了对沿面放电的声、光、电信号的有效测量及对比分析，在一定程度上验证了光学检测法的可行性。目前气体绝缘电力设备主要以空气或SF6绝缘为主，由于空气中局部放电致发射光谱强度处于可测范围，对于空气绝缘的高压电力设备，可以采用现有技术完成光学在线监测。然而，SF6气体的电负性较强，尤其是在气压较高的SF6气体绝缘设备内部发生的局部放电时，产生的微弱光信号难以采用现有的光学检测技术进行采集或分析。因此，无论是为了实现光学检测法在SF6气体绝缘电力设备当中的应用，还是为了更早期监测到空气绝缘电力设备内部的局部放电故障，都需要进一步提高光学检测系统的检测灵敏度，一个有效的方案就是采用窄带滤光片完成干扰光信号的滤除和特征光谱信号的提取，并最终采用高精度光谱分析仪进一步提高光谱检测精度及分析结果的准确性。然而，由于高精度光谱分析仪的造价较高，其单台研制成本在30万以上，若对每台气体绝缘电力设备单独配备一个高精度光学检测系统，则检测方案不符合经济性原则，因此目前采用高精度光谱分析仪进行光谱信息分析仅限于实验室研究，未在电力领域内大范围推广使用。

发明内容