用于变压器局部放电在线监测的光纤F-P传感器的研究

摘要

变压器是电力系统中非常重要的运行设备，而现有的几种变压器局部放电在线监测方法都有其局限性。基于光纤传感技术的许多优点，本文针对适用于变压器局部放电在线监测的光纤F-P传感器的研究，对提高电力系统运行状况可靠性检测具有积极意义，本文主要工作内容如下。
　　1.简要分析了光纤F-P传感器膜片形变原理，传感原理以及解调方案。
　　2.根据光纤F-P传感器的工作原理以及光纤中的光束传播特性，系统分析了传感器腔长、石英膜片反射率、有效半径与膜片厚度参数的选择方法，并分析了干涉条纹自由光谱区、光源波长、石英膜片有效反射率、干涉条纹对比度、灵敏度与响应频率的选择可能对传感器性能造成的影响，同时初步分析了密闭式腔体结构对光纤F-P传感器性能的干扰。综合考虑实际应用的需要，确定了传感器腔长、石英膜片反射率、膜片有效半径及厚度的尺寸，并为后续的实验提供了充分的理论指导，也为进一步改进传感器指明了方向。
　　3.设计出了一套光纤F-P传感器的制备方案，并严格按照制备流程制备出了所需的传感器，通过对传感器干涉光谱特性的分析，修正了干涉光谱波谷波峰所对应的波长值，较为准确地计算出了传感器的实际腔长及条纹对比度，得到了条纹对比度与腔长的变化关系，初步保证了传感器的一致性。
　　4.正确搭建了光纤F-P传感信号解调系统，对局部放电信号在线监测进行了初步的研究，包括三种放电方案的局部放电实验、同一放电信号不同传感距离的局部放电实验，并对实验结果进行了分析。通过实验证明，采用光纤F-P传感器用于变压器局部放电在线监测方案是可行的，然而传感器灵敏度仍需改进，以进一步提高传感距离。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 本文研究的背景及意义

1．2 变压器局部放电在线监测的国内外研究现状及方法

1．3 光纤传感技术在变压器局部放电在线监测的研究

1．4 本文的主要工作内容

第2章 光纤F-P传感器的基本原理

2．1 传感器的基本结构

2．2 膜片的形变原理

2．2．1 膜片的挠度及灵敏度

2．2．2 膜片的频率响应

2．3 传感原理

2．3．1 多光束干涉原理

2．3．2 解调原理

2．4 本章小结

第3章 传感器的参数设计

3．1 传感器腔长与石英膜片反射率的选择

3．1．1 自由光谱区与腔长的关系

3．1．2 光源波长与腔长的关系

3．1．3 膜片有效反射率与腔长的关系

3．1．4 条纹对比度与膜片反射率的关系

3．1．5 传感器腔长与膜片反射率的确定

3．2 传感器的有效半径及膜片厚度的选择

3．2．1 灵敏度与有效半径及膜片厚度的关系

3．2．2 响应频率与有效半径及膜片厚度的关系

3．2．3 传感器有效半径与石英膜片厚度的确定

3．3 密闭式腔体结构参数的设计

3．4 本章小结

第4章 传感器的制备及光谱特性

4．1 传感器的制备工艺

4．2 传感器的光谱特性

4．2．1 传感器的实际腔长与干涉光谱

4．2．2 传感器的实际条纹对比度与干涉光谱

4．2．3 传感器的实际腔长与对比度的变化关系

4．2．4 传感器的一致性

4．3 本章小结

第5章 局部放电信号检测的实验研究及分析

5．1 局部放电信号检测的传感系统

5．2 三种放电方案的局部放电实验及数据分析

5．3 同一放电信号不同传感距离的实验及数据分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文