基于LED光纤电流传感器的污秽泄漏电流在线监测的研究

摘要

变电站及输电线路中电气设备的防止污闪工作一直都是电力运行工作中的关键部分，为了防止污闪发生，需要对电气设备的污秽情况进行检测，检测污秽的方法中最为准确的测量方法是检测绝缘子表面的泄漏电流，通过对泄漏电流的实时检测，以此可以动态的反映绝缘子表面的污秽情况。目前，随着智能电网的大力普及，光纤电流传感器(OFS)凭借优越的电气特性逐渐替代传统的的电磁传感器而被应用到电力系统中，光纤电流传感器已成为电力系统中检测电流中最具前景和最活跃的发展方向。
　　 泄漏电流的测量是进行电气设备预防污闪工作的重要基础，将光纤电流传感器应用于电力系统的在线监测系统，具有重量轻、结构紧凑、易多路复用；抗恶劣环境、抗电磁干扰、抗化学腐蚀；在传感点无需用电、可以长距离分布式传感；可低成本大规模生产等诸多优点，使用光纤电流传感器可以克服测量时强电磁环境的干扰，从而为线路的污闪防治绝缘配合提供精确的原始数据。因而本文首先设计了一种基于发光二极管(LED)的单向半波LED光纤电流传感器，用于选择性的测量泄漏电流的正、负半周波，然后在此基础上对其进行改进和完善，分析了LED光纤电流传感器的工作原理，优化设计处理电路，研制了双向全波LED光线电流传感器，为使用光纤电流传感器进行泄漏电流在线监测奠定了基础。
　　 由于LED具有发光特性和单向导通特性，经过合理设计电路，使用LED对电流进行电光转换，使传感器能够选择性的测量泄漏电流的正、负半周波，后续采用硅探测器与放大器的组合电路完成光电转换，得到便于测量的电压信号。测试表明，单向半波LED光纤电流传感器的响应度可以达到40mV/mA，检测频带在1～10kHz左右；改进设计的双向全波LED光纤电流传感器，使用两个LED分别测量电流的正半周波和负半周波，然后通过使用差分电路将正、负两个半周波合成为全波波形。经过对双向全波LED光纤电流传感器的特性进行测试分析，验证了该传感器可以准确实现泄漏电流的前期分路检测，中期光电传输，后期信号整合为完整的电信号。通过最后的泄漏电流测试，证实基于LED的光纤电流传感器可实现选择性测量电流的某个半波或是全波信号，传感器可以收集污秽状况的第一手真实资料，为后期的污秽评估和污闪预测奠定基础。