基于光学电场传感器的超低频电缆局部放电测试设备

摘要

本发明公开了基于光学电场传感器的超低频电缆局部放电测试设备，由光学电场传感器、高压导线、超低频电源、高压光纤、光电转化及输出器、同步信号传输线、局放信号传输线、局部放电测试仪器、高压测量信号传输线、调压控制装置、调压信号传输线、试品构成。本发明优点：1.本发明着重解决了户外电缆设备离线测试工作中高压测量装置笨重及获取主网电压同步信号的难题，填补获取真实同步电压信号的空白。2.本发明在满足功能需求的基础上，具有结构简单坚固，重量轻、体积小、操作方便。

说明书

技术领域

本发明涉及电力设备电气性能测试的工作领域。具体是基于光学电场传感 器的超低频电缆局部放电测试设备。

背景技术

目前市场上，用于电缆局放的检测方法主要有声发射法和电磁耦合法。声 发射法使用的传感器为超声传感器，但其频率范围较低，无法满足高频局放信 号的测量的需求。电磁耦合法使用的传感器可以分成电容型、电感型、高频型 等传感器。电容型带状传感器的检测灵敏度受到安装环境的制约，同时还需要 和外屏蔽层保持足够距离以保证能够检测到信号；高频电流传感器仅适用于电 缆外屏蔽层有接地线的情况；电感型带状传感器灵敏度较低。电缆局放测试施 加的试验电压主要通过电阻型、电容型、阻容型等分压器测量。这类分压器体 积大，笨重、不易携带，给现场试验带来诸多不便。目前在电缆局放测试中几 乎无法获取到真实的电压同步信号，往往采用通过电流互感器取的电流信号 后，再根据一定的经验进行相位换算法而得。由于在现场测试中，线路的参数 随电压等级、电缆长度、架空线长度、线路空间位置、线路负荷等的影响，会 出现较大不同，因此，电压与电流的相位差也会出现变化，如果仅仅通过一定 的经验进行相位换算，那么不但不能得到准确的电压同步信号，还可能因为局 放信号与同步信号之间的图谱相位关系错误而造成误判断。

本产品的出现，则弥补了以上不足。光学电场传感器与带电体之间采用非 接触式测量的方式，不受安装环境的影响，安全简单，频率范围广，响应频率 快，灵敏度高；通过光学电场传感器可准确测量出试验电压的大小并及时反馈 给调压控制系统，进而控制产品输出试验所需的电压，取代了通过笨重的分压 器进行直接测量的方式，提高了现场工作效率；通过光学电场传感器同时获得 电缆局部放电信号与实时电压同步信号，不会出现相位偏差，从而形成正确的 关系图谱，有助于准确判断出电缆内部是否存在局部放电信号及成因，避免了 因相位关系而导致的误诊或漏诊，提高了现场测试效率和准确度，提高了电缆 设备的供电可靠性。

目前本行业暂无同类装置。

发明内容

本发明为弥补现有技术的不足提供一种基于光学电场传感器的超低频电 缆局部放电测试设备。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

基于光学电场传感器的超低频电缆局部放电测试设备由光学电场传感器、 高压导线、超低频电源、高压光纤、光电转化及输出器、同步信号传输线、局 放信号传输线、局部放电测试仪器、高压测量信号传输线、调压控制装置、调 压信号传输线、试品构成。

所述光学电场传感器能满足在高电压环境下的光学检测工作性能要求，以 光偏转的情况反映高压电场的变化，是电场信号转化为光信号的传感器，其固 定在高压导线的周围，通过高压光纤与光电转化及输出器连接，形成检测的光 回路。

所述高压光纤，内含光输入和光输出的光信号通道，仅作为光路传输通 道用，其一端连接到光电转化及输出器，另一端连接到光学电场传感器，联通 两者间的光路。

所述光电转化及输出器，内含有电源、光源、起偏器、检偏器、光电转 换器、电信号输出接口部件，其与高压光纤连接，形成光源-起偏器-高压光纤 输入通道-光学电场传感器-高压光纤输出通道-检偏器的光学回路。它的作用 是产生原始的光信号，通过分析原始光信号经过光学电场传感器后的光变化情 况，提取其中的光信息，并形成系列相应的电压波形信号。光电转化及输出器 最后将电压波形信号通过同步信号传输线和局放电压信号传输线同时输出，供 局部放电测试仪器测量使用。光电转化及输出器根据接收到的光电传感器信 号，通过计算得出试验电源电压的实际大小，并产生一个电源电压的反馈信号。 该信号通过高压测量信号传输线输出到调压控制装置，进而通过调压信号传输 线调节超低频电源的输出电压，使输出电压达到试验要求。

本发明的优点：

1.本发明光学电场传感器与带电体之间采用非接触式测量的方式，不受安 装环境的影响、安全简单、频率范围广、灵敏度高、波形响应频率快、由于超 低频试验电源的频率为0.01～1Hz，而本发明设备的光学理论采样率为3GHz， 因此完全能满足测试频率要求。

2.本发明通过光学电场传感器可准确测量出试验电压的大小并及时反馈 给调压控制系统，进而控制产品输出试验所需的电压，取代了通过笨重的分压 器进行直接测量的方式，提高了现场工作效率。

3.本发明通过光学电场传感器同时获得电缆局部放电信号与实时电压同 步信号，不会出现相位偏差，从而形成正确的关系图谱，有助于准确判断出电 缆内部是否存在局部放电信号及成因，避免了因相位关系而导致的误诊或漏 诊，提高了现场测试效率和准确度，提高了电缆设备的供电可靠性。

附图说明

图1是本发明基于光学电场传感器的超低频电缆局部放电测试设备结构示 意图。

图中，光学电场传感器1、高压导线2、超低频电源3、高压光纤4、光电 转化及输出器5、同步信号传输线6、局放信号传输线7、局部放电测试仪器8、 高压测量信号传输线9、调压控制装置10、调压信号传输线11、试品12。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本发明作进一步说明。

本发明基于光学电场传感器的超低频电缆局部放电测试设备的结构如图1 所示，装置由光学电场传感器1、高压导线2、超低频电源3、高压光纤4、光 电转化及输出器5、同步信号传输线6、局放信号传输线7、局部放电测试仪 器8、高压测量信号传输线9、调压控制装置10、调压信号传输线11、试品 12构成。

所述光学电场传感器1可以满足在高电压环境下的光学检测工作性能要 求，以光偏转的情况反映高压电场的变化，是电场信号转化为光信号的传感器， 其固定在高压导线2的周围，通过高压光纤4与光电转化及输出器5连接，形 成检测的光回路。

所述高压光纤4，内含光输入和光输出的光信号通道，仅作为光路传输 通道用，其一端连接到光电转化及输出器5，另一端连接到光学电场传感器1， 联通两者间的光路。

所述光电转化及输出器5，内含有电源、光源、起偏器、检偏器、光电 转换器、电信号输出接口部件，其与高压光纤4连接，形成光源-起偏器-高压 光纤4输入通道-光学电场传感器1-高压光纤4输出通道-检偏器的光学回路。 它的作用是产生原始的光信号，通过分析原始光信号经过光学电场传感器1 后的光变化情况，提取其中的光信息，并形成系列相应的电压波形信号。光电 转化及输出器5最后将电压波形信号通过同步信号传输线6和局放电压信号传 输线7同时输出，供局部放电测试仪器8测量使用。光电转化及输出器5根据 接收到的光电传感器信号，通过计算得出试验电源电压的实际大小，并产生一 个电源电压的反馈信号。该信号通过高压测量信号传输线9输出到调压控制装 置10，进而通过调压信号传输线11调节超低频电源3的输出电压，使输出电 压达到试验要求。

本发明实施时：

1.在进行电力电缆等电力设备的局部放电离线测试时，使用本发明设备进 行分析，能直观的通过测试电缆局放信号和同步信号获得准确的关系谱图，定 位局部放电事件与电压相位关系，确定局部放电谱图的放电性质，增加判断的 准确性和提高现场工作效率。

2.在进行各种电力设备局部放电离线高电压测试时，使用本发明设备，将 光学电场传感器放置到高压设备附近，能第一时间采集设备的电压波形信息， 且不会造成局部放电和空间电场畸变等干扰，确保了电气测试的准确性和可信 度。

本发明具体实施如下：

在进行电力电缆等电力设备的局部放电测试工作时，需要提取电缆等设备 高压端电压波形信号时，只需要将光学电场传感器1固定高压导线2周围，并 使用高压光纤4将光学电场传感器1、光电转化及输出器5连接起来，使用同 步信号传输线6和局放信号传输线7将光电转化及输出器5、局部放电测试仪 器8连接起来。光学电场传感器1非接触式的固定在高压导线2周围，光电转 化及输出器5则即能通过光电转换，感应到由电压变化引起的空间电场幅值的 变化，进而将电压波形进行还原，通过同步信号传输线6和局放信号传输线7 输出到的局部放电测试仪器5的，即能完成局放测试工作。光电转化及输出器 5根据接收到的光电传感器信号，通过计算得出试验电源电压的实际大小，并 产生一个电源电压的反馈信号。该信号通过高压测量信号传输线9输出到调压 控制装置10，进而通过调压信号传输线11调节超低频电源3的输出电压，使 电源输出电压达到试验要求。