[发明专利]利用光纤对电网高压局部放电进行探测及定位的方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种利用光纤探测电网中高压局部放电，确定放电位置的监测方法。

背景技术

当今电力与社会经济已不可分割，智能电网已成为世界电力发展的新趋势。实现电网智能化，需对设备、发电厂和线路运行状态实时分析评估，对电网故障发展做到早期预警，这些必须依赖于实时测量在线监测技术，利用在电网设备中的先进传感器，通过对运行设备、线路的在线状态检测，实时获取电网运行状态数据，当电网中出现故障或发生其他问题时，发现故障，确定其发生位置。使用在线监测技术不但可以避免停电检修但来的诸多不变，而且更能真实地反应设施的实际运行情况。现代化先进的实时在线传感测量技术是及时进行设备维修，使设备运行在最佳状态，实现电网稳健工作的基本保障。

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，通常社会影响面广，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。目前，国内电气设施的高压局部放电检测设施仍处起步阶段，有效手段缺乏。同时，由于电网的分布广，尤其是对密如蛛网的电缆长距离局部放电离检测，更是缺乏有效的实时监测技术。

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，大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(3MHz～30MHz)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70kHz～150kHz的超声频率成分，但由于这部分超声能量衰减较快，同是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。

发明内容

本发明的目的在于提出一种探测效率高，并可实现分布式实时监测的对电网高压局部放电进行探测和定位的方法。

本发明提供的探测和定位方法，是采用光纤作为感应元，对电网高压局部放电产生的频率较高的声波、超声波成分进行感应。通过一定的光路结构，将光纤感应的信息提取出来，获得高压放电的信息，同时，利用局部高压放电产生的(超)声波频率成分丰富这一特性，结合光路的特点，来确定高压放电的位置。

在电网局部高压放电中，会产生频率较高的声波和超声波，频率分布从十千赫左右到几十千赫，这种波通过介质，如空气，传输到光纤处，在声压的作用下，由于光弹效应，光纤的长度和折射率等物理参数发生变化，使得在光纤内传输的光的相位发生变化。因此，本发明使用光纤来探测电网高压局部放电并确定放电的位置。

由于光相位的变化无法用光电器件直接获得，必须经过干涉的方法将这种变化转换为光强变化。考虑到电网高压放电产生的(超)声波信号中含有丰富的频率成分，本发明中采用单芯反馈式白光干涉结构，利用信号中的干涉光路所获得的信号频率成分特性来确定高压放电的位置，具体如图1所示，其中：