專利名稱：具有自檢驗功能的光纖電弧光檢測裝置及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電カ系統(tǒng)中設(shè)備發(fā)生故障時所產(chǎn)生的電弧光的檢測裝置及其探測技術(shù)，特別是ー種具有自我診斷能力的電弧光檢測裝置及其檢測技木。
背景技術(shù)：
電カ系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，往往會伴隨巨大的電弧光。電弧光發(fā)生時產(chǎn)生的巨大光能量輻射和溫度能量輻射不僅對電力系統(tǒng)的設(shè)備有著很大的破壞作用，而且還會造成操作人員的傷亡事故，因而極具危害性。電弧光的危害程度取決于電弧光持續(xù)的時間，因而快速、及時地限制或切斷系統(tǒng)電流，是降低電弧光所造成損失的關(guān)鍵之舉。為此，業(yè)內(nèi)人員采用了多種方法及相應(yīng)裝置以減小電弧光的危害。例如通過限流反應(yīng)器來限制系統(tǒng)最大電流或通過熔斷器切斷弧光產(chǎn)生時所形成的巨大峰值電流，但是限流器和熔斷器均不能認(rèn)定巨大峰值電流就是電弧光所產(chǎn)生，容易造成故障處理的判斷誤差，而且限流反應(yīng)器在電路中本身就是ー個阻抗，足以使電路產(chǎn)生電壓降；另外，熔斷器還存在著響應(yīng)時間的快慢問題。又例如在電カ的中、低壓母線系統(tǒng)中有采用電流互感器的后備過流保護(hù)等方法，又均因動作時間過長，不能起到有效的保護(hù)作用，而且高阻抗母線差動保護(hù)范圍還受電流互感器安裝位置的限制，其接線復(fù)雜，電流互感器要求高，總體造價又較昂貴。近些年來，歐美的ABB公司、VAMP公司和澳大利亞瑞勝公司推出的光纖弧光傳感器倍受關(guān)注。其中VAMP公司和澳大利亞瑞勝公司都使用點式光纖探頭，只有ABB公司使用點式光纖探頭和光帶探頭。光帶式弧光傳感器探頭比點式光纖傳感器探頭具有更大的弧光接收范圍面積，并可組成回路完成整個探測系統(tǒng)狀態(tài)的自我檢測。清華大學(xué)魏念榮等人曾提出使用熒光光纖檢測局部放電信號的方法，該方法是利用熒光光纖的頻移特征，使進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器的光譜范圍更好地與光電轉(zhuǎn)換器的波長響應(yīng)匹配，可以提高探測器的光電效率。作為ー個電カ系統(tǒng)非常重要的保護(hù)系統(tǒng)，弧光探測器不僅要在弧光出現(xiàn)時具有快速探測功能，也要具有自身工作狀態(tài)的診斷功能，這樣才能保證弧光探測的可靠性。到目前為止，除了 ABB的光帶探頭外，現(xiàn)行的點式電弧光探測系統(tǒng)都不具備探測系統(tǒng)自我診斷能力， 當(dāng)弧光探頭或光纖傳導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)生故障時不僅不能迅速有效提供報警，還有可能出現(xiàn)由自身光路系統(tǒng)故障產(chǎn)生的錯誤判斷信號，使系統(tǒng)保護(hù)出現(xiàn)誤操作。對于大型電カ系統(tǒng)設(shè)備中保護(hù)裝置的誤操作所造成的損失也是不可估量的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供ー種具有自檢驗功能的光纖電弧光檢測裝置及其檢測方法，能夠克服傳統(tǒng)的點式光纖弧光傳感器在傳感器自身故障的情況下可能產(chǎn)生的信號丟失和誤操作。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案本發(fā)明設(shè)計了ー種具有自檢驗功能的光纖電弧光檢測裝置，包括弧光探頭、光纖和光電轉(zhuǎn)換単元，所述弧光探頭通過光纖和光電轉(zhuǎn)換器連接，其中所述弧光探頭的光學(xué)窗ロ端與光纖之間設(shè)置有熒光材料。作為本發(fā)明的ー種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述光電轉(zhuǎn)換單元包括光學(xué)分束器、光學(xué)耦合系統(tǒng)、 自檢觸發(fā)光源驅(qū)動電路、光電轉(zhuǎn)換電路、同步電路與信號處理和輸出電路，所述光學(xué)分束器上設(shè)置有自檢觸發(fā)光源和光探測器，所述自檢觸發(fā)光源通過自檢觸發(fā)光源驅(qū)動電路與同步電路連接，所述光探測器與光電轉(zhuǎn)換電路連接，所述光電轉(zhuǎn)換電路分別于同步電路和信號處理和輸出電路連接，所述光電轉(zhuǎn)換単元通過光學(xué)分束器與光纖連接。作為本發(fā)明的ー種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述光纖的材質(zhì)為塑料、石英或玻璃。本發(fā)明還設(shè)計了ー種具有自檢驗功能的光纖電弧光檢測裝置的檢測方法，其中 該方法是基于所述具有自檢驗功能的光纖電弧光檢測裝置而實現(xiàn)的，包括如下具體步
驟
步驟(I):在工作過程中，所述光電轉(zhuǎn)換單元發(fā)出自檢觸發(fā)光信號，并通過光纖將所述自檢觸發(fā)光信號傳輸?shù)焦饫w弧光探頭，所述熒光材料在自檢觸發(fā)光信號的激勵下產(chǎn)生熒光自檢反饋信號；
步驟(2):當(dāng)出現(xiàn)弧光時，所述弧光通過弧光探頭的光學(xué)窗ロ照射到熒光材料上，弧光中與熒光材料激發(fā)波長相吻合的光能量被熒光材料轉(zhuǎn)換為弧光信號導(dǎo)入光纖中；弧光中與熒光材料激發(fā)波長不相吻合的光能量被熒光材料散射，部分散射光能量也進(jìn)入光纖中作為弧光信號，然后通過光纖傳輸給光電轉(zhuǎn)換電路；
步驟(3 ):所述光電轉(zhuǎn)換単元通過步驟(I)中的熒光自檢反饋信號判讀檢測裝置的狀態(tài)信息，并通過步驟(2)中的弧光信號判讀弧光的信息。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果
1.本發(fā)明所設(shè)計的具有自檢驗功能的光纖電弧光檢測裝置在光學(xué)窗ロ設(shè)置有半透明的熒光材料，在光電轉(zhuǎn)換単元有熒光激發(fā)光源，在不影響弧光探測的基礎(chǔ)上，本發(fā)明可以實現(xiàn)弧光傳感系統(tǒng)的實時自我監(jiān)測；
2.本發(fā)明所設(shè)計的具有自檢驗功能的光纖電弧光檢測裝置當(dāng)弧光探頭或光纖傳導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)生故障時能迅速有效提供報警，克服由自身光路系統(tǒng)故障產(chǎn)生的保護(hù)系統(tǒng)誤操作；
3.本發(fā)明所設(shè)計的具有自檢驗功能的光纖電弧光檢測裝置及其檢測方法能夠避免弧光漏測現(xiàn)象的發(fā)生，大大降低系統(tǒng)維護(hù)的難度，提高系統(tǒng)的工作可靠性。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換単元的結(jié)構(gòu)示意圖。I-弧光探頭,2-光學(xué)窗ロ端,3-光纖,4-突光材料,5-光電轉(zhuǎn)換單兀,6-光學(xué)分束器、7-自檢觸發(fā)光源，8-光探測器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)ー步的詳細(xì)說明
如圖I所示，本發(fā)明設(shè)計了ー種具有自檢驗功能的光纖電弧光檢測裝置，包括弧光探頭、光纖和光電轉(zhuǎn)換単元，其中所述弧光探頭的光學(xué)窗ロ端與光纖之間設(shè)置有熒光材料， 熒光材料不僅提供光纖傳感系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息，同時也參與弧光的探測。
如圖2所示，本發(fā)明中的光電轉(zhuǎn)換単元包括自檢觸發(fā)光源驅(qū)動電路，目的是為了檢測弧光探頭的完好狀態(tài)。在實施例中，所述自檢觸發(fā)光源驅(qū)動電路由發(fā)光二極管和恒流源電路組成，那么在具體的操作中，在沒有弧光的時間，發(fā)光二極管由恒流源電路控制其發(fā)光的強度，從而得到一個適當(dāng)?shù)淖詸z測信號；
安裝在光纖弧光探頭窗ロ端的熒光材料在通過光纖傳過來的自檢觸發(fā)光信號的激勵下產(chǎn)生熒光自檢反饋信號，自檢反饋信號再由光纖傳回給光電轉(zhuǎn)換單元，這樣，就通過自檢觸發(fā)信號和自檢反饋信號形成自檢回路；
光電轉(zhuǎn)換単元內(nèi)的光學(xué)分束器將自檢反饋信號耦合到光探測器上，光探測器對自檢反饋信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，在具體的實施例中，所述的光探測器由光電管和電導(dǎo)放大器組成。電導(dǎo)放大器將光電管的電流信號放大成電壓信號，它具有兩個功能一個是在有弧光時放大檢測到的弧光信號，另ー個是在沒有弧光的時間放大自檢測信號；
由于自檢反饋信號攜帯著傳感系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息，所以在具體實施例中，所述的信號處理和輸出電路含有微處理器，反饋信號可以由信號處理和輸出電路進(jìn)行處理和判讀傳感系統(tǒng)的狀態(tài)信息，采用微處理器的主要優(yōu)點是便于更新和改進(jìn)信號處理算法，使得本發(fā)明的電子電路工作于最佳狀態(tài)。當(dāng)弧光出現(xiàn)的時候，所述弧光通過弧光探頭的光學(xué)窗ロ端照射到熒光材料上，弧光中與熒光激發(fā)波長相吻合的光能量被熒光材料轉(zhuǎn)換為弧光信號導(dǎo)入光纖中；弧光中與熒光激發(fā)波長不相吻合的光能量被熒光材料散射，部分散射光能量也進(jìn)入光纖中作為弧光信號，然后通過光纖傳輸給光電轉(zhuǎn)換電路；
當(dāng)弧光和自檢觸發(fā)光同時出現(xiàn)的時候，由于弧光中的紫外光成分和與自檢觸發(fā)光信號會同時激發(fā)熒光材料，使熒光材料發(fā)出更強的熒光信號，從而使光探測器得到的信號更強， 由于熒光自檢反饋信號是被調(diào)制的光信號，所以其特征有別于弧光信號的特征，而且熒光材料的熒光余輝時間有一定的長度，光電轉(zhuǎn)換単元可以在激發(fā)光源截止后接收熒光余輝信號，并采用微處理器來處理和判讀傳感系統(tǒng)的狀態(tài)信息。由于弧光信號在強度上和自檢觸發(fā)光信號相比要大的很多，即使在激發(fā)光源沒有截止，即自檢觸發(fā)信號存在的情況下光電轉(zhuǎn)換単元中也可以準(zhǔn)確地探測出弧光信號。為了達(dá)到更好的傳輸效果，所述光纖的材質(zhì)為塑料、石英或玻璃。
權(quán)利要求
1.一種具有自檢驗功能的光纖電弧光檢測裝置，包括弧光探頭、光纖和光電轉(zhuǎn)換單元， 所述弧光探頭通過光纖和光電轉(zhuǎn)換器連接，其特征在于所述弧光探頭的光學(xué)窗口端與光纖之間設(shè)置有熒光材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有自檢驗功能的光纖電弧光檢測裝置，其特征在于所述光電轉(zhuǎn)換單兀包括光學(xué)分束器、光學(xué)稱合系統(tǒng)、自檢觸發(fā)光源驅(qū)動電路、光電轉(zhuǎn)換電路、同步電路與信號處理和輸出電路，所述光學(xué)分束器上設(shè)置有自檢觸發(fā)光源和光探測器，所述自檢觸發(fā)光源通過自檢觸發(fā)光源驅(qū)動電路與同步電路連接，所述光探測器與光電轉(zhuǎn)換電路連接，所述光電轉(zhuǎn)換電路分別于同步電路和信號處理和輸出電路連接，所述光電轉(zhuǎn)換單元通過光學(xué)分束器與光纖連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有自檢驗功能的光纖電弧光檢測裝置，其特征在于所述光纖的材質(zhì)為塑料、石英或玻璃。
4.一種基于權(quán)利要求I中所述的具有自檢驗功能的光纖電弧光檢測裝置的檢測方法， 其特征在于，包括如下具體步驟步驟(I):在工作過程中，所述光電轉(zhuǎn)換單元發(fā)出自檢觸發(fā)光信號，并通過光纖將所述自檢觸發(fā)光信號傳輸?shù)焦饫w弧光探頭，所述熒光材料在自檢觸發(fā)光信號的激勵下產(chǎn)生熒光自檢反饋信號；步驟(2):當(dāng)出現(xiàn)弧光時，所述弧光通過弧光探頭的光學(xué)窗口端照射到熒光材料上，弧光中與熒光材料激發(fā)波長相吻合的光能量被熒光材料轉(zhuǎn)換為弧光信號導(dǎo)入光纖中；弧光中與熒光材料激發(fā)波長不相吻合的光能量被熒光材料散射，部分散射光能量也進(jìn)入光纖中作為弧光信號，然后通過光纖傳輸給光電轉(zhuǎn)換電路；步驟(3 ):所述光電轉(zhuǎn)換單元通過步驟(I)中的熒光自檢反饋信號判讀檢測裝置的狀態(tài)信息，并通過步驟(2)中的弧光信號判讀弧光的信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有自檢驗功能的光纖電弧光檢測裝置，包括弧光探頭、光纖和光電轉(zhuǎn)換單元，所述弧光探頭通過光纖和光電轉(zhuǎn)換器連接，其中，所述弧光探頭的光學(xué)窗口端與光纖之間設(shè)置有熒光材料；本發(fā)明還公開了一種基于所述具有自檢驗功能的光纖電弧光檢測裝置的光纖電弧光檢測方法。本發(fā)明所設(shè)計的具有自檢驗功能的光纖電弧光檢測裝置及其檢測方法能夠克服傳統(tǒng)的點式光纖弧光傳感器在傳感器自身故障的情況下可能產(chǎn)生的信號丟失和誤操作。
文檔編號G01J1/42GK102589689SQ20121006321
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者嚴(yán)躍, 王大明 申請人:南京五石金傳感技術(shù)有限公司