王玲
【摘 要】电力设备绝缘老化的问题可以通过局部放电在线检测的方法监测出来,以提高故障诊断的针对性.不过传感器的灵敏度及可靠性会受到现场电磁干扰的影响,因此传感器的性能就是影响检测效果的重要因素之一.本文就局部放电检测技术中光纤传感器的应用展开讨论,提出光纤传感器用于局部放电检测中的试验及验证结果.%The electric power equipment insulation aging problem through partial discharge on-line detection method of monitoring and fault diagnosis has improved the pertinence. However, the sensitivity of the sensor and the reliability can be affected by the electromagnetic interference effects, thus the performance of the sensor is one of the important factors that influence the detection effect. Based on the partial discharge detection technology in the application of the optical fiber sensor is discussed and proposed fiber sensor for partial discharge detection in test and verify the results.
【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2011(000)012
【总页数】3页(P55-57)
【关键词】光纤传感器;局部放电检测;应用
【作 者】王玲
平板电容【作者单位】西安铁路职业技术学院电气工程系,陕西西安710014
【正文语种】中 文
【中图分类】TP212.1
1 光纤传感器的结构
光纤传感器的结构相对比较简单，在制作及安装方面十分容易实现，而且直接光测法所存在的缺陷，光纤传感器均能加以克服，因此在局部放电检测中比较适用。
1.1 波长的选择
光源发出基本光强，起偏器将光束转换为线偏振光，受到磁场的作用后进行方位角旋转，再通过检偏器入射至光探测器中，这个过程中起偏器和检偏器间的夹角成45°，从而光探测器就会接收到光强。
光纤传感器传感头的材料为逆磁性介质，其Verdet常数与波长的关系成反比关系，即波长越大其值越小，因此在选择波长时最好不要太长。如果波长不超过500nm，逆磁性介质的吸光性比较强，光缆的光散射损耗就会越来越大，由于单模光纤中心的玻璃芯比较细，通常只有10μm左右，只能传送1种模式的光，所以模间散比较小。当波长处于1.31μm时，单模光纤的波导散及材料散分别为一负、一正，大小也一样，其单模光纤的总散为零。从光纤的损耗特性来看，通常波长与光纤损耗成反比关系，而1.31μm的波长恰好适合光纤的低损耗窗口，因此该区就是一个比较理想的工作窗口。
1.2 光路的连接
由于光路中每个部分需要进行紧密的连接，在系统全封闭的状态下，将光路损耗降至最低，并且不容易受到外部光的干扰。光纤连接方式有2种：永久性融焊连接和活动连接。
光纤活动连接器是一种无源光器件，利用它可以实现光纤之间的活动连接，此外它还可以把光纤和有源器件以及其他的无源器件、系统、相关的仪表等连接起来。从某种角度而言，活动连接器是光纤领域应用最广泛的、不可或缺的基础元件。活动连接器由1个中心对准部件及2个带根尾纤的插入件组成。当高精度衬套的外径中心以及光纤芯子中心一致时，光纤套筒的内表面精度相对较高，从其两端插入，从而使得两端和光纤对接。这种结构便于2根光纤端面的清洁。
光纤转换器是通过插头来实现插拔的，连接器的插头由插针体以及其他的外部机械零件组成。在转换器插入2个插头后即可实现光纤的对接，并且插头的机械结构还可以保护光纤。将光纤接头连接在一起并使光纤接通的器件即为转换器，俗称法兰盘。活动连接器的插体端面呈弧形，反射比较小，由2个插针体以及1个法兰盘组成，其中插针体带有尾纤单心光缆，螺纹固定。法兰盘具有相应弹性的C型插孔，可以提高2个光纤连接的精度及准直度，适用于单模光纤连接器。
NSE高清实时转播系统2 光纤传感器的数学模型
一束线偏振光在诸如晶体或者光纤玻璃等介质中进行传播时，受到外磁场的作用，其偏振
面会出现旋转，且旋转的角度受到多种因素的影响，比如磁场的强度、磁光材料中光和磁场发生作用的长度、介质的特性、环境温度以及光源的波长等。这种现象所反映的是具有磁矩的物质和光波间的互相作用，称为Faraday磁光效应。磁光效应的经验公式表达如下：
φ＝VLHi
式中，Hi为i介质中磁场的作用强度；V为Verdet常数；L为光程，即线偏振光在光纤中通过的距离。
包袱抖不完
Verdet常数所表示的是介质磁旋光能力，一般需经过相关的试测量出来。偏振光会受到磁场的作用，其发生偏转角度的大小各不相同，光纤传感器正是利用偏振光的这一特性，通过其偏转角的检测，实现局部放电电流值的测量。不过这一偏振角无法直接测出，需要先对偏振光光强进行测量。琼斯矢量法提出，任意偏振光的琼斯矢量均可分解为特定的2个偏振光琼斯矢量叠加的形式，而且任意偏振态均能用2个特定的正交偏振琼斯矢量线性组合（A、B）表示，即二者为对应关系。所以对于任意偏振光而言，可以利用一对正交左旋圆偏振光及右旋圆偏振光，表达如下式。
在单偏振光经过偏振器后，状态会有所改变，此时如果输入及输出偏振光分别用E1及E2表示，可以通过下面变换矩阵表示线性光偏振器的作用。语言清晰度
毛纱
其中琼斯矩阵T为：
如果偏振光先后需要通过n个一系列的偏振器，该过程中的n个偏振器可以等效为同一个。光纤传感器的结构为偏振光依次通过旋光元件及检偏器，等效为偏振器的级联形式。设θ为输入光纤传感器线偏振光的方位角，建立起X，Y平面坐标系，此时入射光在其中的分量分别表示为X1及Y1，其在线偏振器透光轴方向投影后，入射光经过线偏振器，其所沿着透光轴方向的分量分别为X1cosθ和Y1sinθ，该2分量的组合在坐标中再次投影可得出射光的2个分量，即X2与Y2，分别采用下式进行表达：
由上述公式即可得出偏振器的琼斯矩阵如下式：
为了能够射出最大的偏振光光强，可以把起偏器以及检偏器的夹角设置为45°，数学上等效为琼斯矩阵的连乘，表达式如下：
输入线偏振光的光强为J1，琼斯矩阵表示为：
检偏器与入射光的偏振方向成±45°夹角，其琼斯矩阵则表达如下式：
当法拉第旋光元件只有旋光性没有线性双折射时，设旋光角φ，则它的琼斯矩阵可以表示如下：
最终，可以得出输出光强的表达式为：
通过上述计算分析可知，输出光强和Faraday的旋转角有着密切的关系：如果Faraday比较小，则输出光强中交变部分与其呈线性关系。尽管Faraday旋光元件中存在线性双折射，会对琼斯矩阵产生影响，但是由于Faraday旋转一般不会超过1°，因此可以认为：sin2φ≈2φ，即输出光强可表达为：
最终，可以获取介质上磁场强度作用的大小，并测出电流值。
3 传感器局部放电测量试验及结果分析
在实际运行过程中，电缆绝缘的缺陷是导致电缆局部放电的主要原因，其缺陷类型包括气隙、金属毛刺以及其他的杂质等。分别模拟电力电缆中气隙放电、沿面放电以及表面放电
等缺陷，实现光纤传感器对局部放电信号传感性能的检测。由试验结果可知，针对上述3种典型缺陷模型局部放电信号，利用光纤传感器进行采集及提取，其干扰幅值与局放信号幅值相比要小很多，而且测得的局放信号有很陡的上升沿及下降沿。由此可见，光纤传感器在测量局放小信号的过程中有较高的灵敏度。
参考文献
[1]王昌长，李福琪，高胜友.电力设备的在线监测与故障诊断[M].北京：清华大学出版社，2006.
[2]王国利，郑毅，郝艳捧，等.用于变压器局部放电检测的超高频传感器的初步研究[J].中国电机工程学报，2009（4）：36-37.
企业家天地[3]唐志国，李成榕，黄兴泉.基于辐射电磁波检测的电力变压器局部放电定位研究[J].中国电机工程学报，2005（3）：53-56.
[4]徐阳，喻明，曹晓珑，等.局部放电光脉冲测量法及与电测法的比较[J].高电压技术，2009（4）：29-30.
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