一种带通道自检功能的全光纤型电弧光探测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种带通道自检功能的全光纤型电弧光探测系统，提供一种应用于电力行业的能够快速探测弧光产生的系统，它由光纤光源、环形器、光纤连接器、弧光探头、光纤滤波器、光纤探测器和硬件电路组成。其中，所述弧光探头中有荧光材料，可以将外界的电弧光转变为荧光，也可以将所述光纤光源发射的光转变为荧光。系统对外界电弧光的探测实现保护功能，系统对所述光纤光源发射光的探测实现通道自检功能。所述探测系统中的光学器件全部由光纤器件组成，无空间光学器件，抗震动效果较好。所述探测系统选用环形器，隔离杂散光干扰的能力较好。所述探测系统有较强的抗杂散光干扰和抗震动能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统继电保护领域，涉及一种新型的弧光探测系统，特别是一种既带通道自检功能，又高度隔离杂散光干扰的全光纤弧光探测系统。
技术介绍
随着电力行业的快速发展，中低压厂用配电开关柜成为电力系统的供电枢纽，开光柜内的母线因其出线多，开关操作频繁，且运行条件恶劣等因素造成其故障几率较高。开光柜发生内部故障时是否能迅速切除故障，对配电系统的安全运行至关重要。当发生故障时，导体会产生强度较大的弧光。采用弧光保护系统，从弧光故障到跳闸时间可以做到小于4ms，有助于快速切除故障区域，使故障对人员和设备的伤害降到最低。上世纪90年代ABB公司开始研发用于开关柜的弧光保护产品。除了ABB，同期国外开始研发弧光保护产品的开关柜生产厂家还有Siemens、Reyrolle、Schneider、Moeller等，其低压开关柜中均配套使用了电弧光保护系统。2008年，国内自主研发的第一套紫外光电弧光传感系统投入使用。近几年，随着使用的推广，弧光探测由单纯探测弧光的系统到带通道自检功能的弧光探测系统产生，电弧光系统的结构也越来越完善。带通道自检功能的弧光探测系统可以实现对自身工作状态的判断，避免因为通道断裂而造成探测失效。但是现有带通道自检功能的弧光探测系统都是空间光学结构，空间光学结构中的分束器件会产生严重的散射光。较严重的散射光可能会造成系统误判。另外，空间结构抗震性能较差。产生弧光的时候往往伴随强烈震动，空间光学结构在长期运行后，如果粘胶老化，器件脱离，则会导致保护失效。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出一种新型带通道自检功能的全光纤型电弧光探测系统，既解决光源到探测器的杂散光影响，又提高系统的抗震性能。为了实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种带通道自检功能的全光纤型电弧光探测系统。由光纤光源、环形器、光纤连接器、弧光探头、光纤滤波器、光纤探测器和硬件电路组成。光纤光源负责产生系统的激励光；弧光探头内部的光学窗口有一层荧光物质，负责将外界的电弧光转变为荧光，或者将系统的激励光转变为荧光；环形器可以完成正反向传输光的分离任务，负责将激励光传输给弧光探头，并负责将弧光探头返回的荧光传递给光纤滤波器；光纤连接器负责环形器到弧光探头之间的光路接续；光纤滤波器负责虑除激励光；光纤探测器负责把光强信号转为电信号。所述带通道自检功能的全光纤型电弧光探测系统的通道自检实现方式为：光纤光源为光纤型出射的光源，光纤光源在硬件电路的驱动下发出激励光。光纤光源连接环形器的输入端，弧光探头连接环形器的中间端口，光纤滤波器连接环形器的输出端。由于环形器的光隔离作用，从输入端进入的激励光只能从环形器的中间端口出射，而无法从环形器的输出端出射。这就将激励光对光纤探测器的影响降到最低。从环形器出射的激励光过光纤连接器后经传输光纤到弧光探头。弧光探头在激励光的激发下会产生荧光，所产生荧光的强度与激励光成正比。由激励光激发产生的荧光沿传输光纤后向传输，经光纤连接器后到达环形器的中间端口。从环形器中间端口进入的荧光只能从环形器的输出端出射。出射的荧光经光纤滤波器虑除激励残余的光成分后到达光纤探测器。光纤探测器将荧光信号转变为电信号，交给硬件电路判断自检通路是否完整。所述带通道自检功能的全光纤型电弧光探测系统的弧光探测实现方式为：导体故障引发电弧光的产生。弧光照射到弧光探头上，经弧光探头的光学窗口到荧光物质上。弧光作为激励光，在荧光物质上激发出荧光，荧光沿传输光纤到光纤连接器，经环形器中间端口到光纤滤波器，再到光纤探测器转变为电信号，电信号经硬件电路判断是否有弧光产生。由于荧光物质产生的荧光强度与激励光强度成正比。弧光强度远大于光纤光源产生的激励光。所以可以通过所探测到的荧光强度对弧光和光纤光源的光做区分。所述带通道自检功能的全光纤型电弧光探测系统中所有光纤器件均为光纤型光学器件，无空间型光学器件，仅需完成光纤熔接即可实现整系统的组装。整系统结构紧凑、光耦合效率高，抗震动和抗干扰能力强。所述带通道自检功能的全光纤型电弧光探测系统中的环形器可以实现正反向光的分离，又很好的隔离了光学噪声。系统中的环形器也可以用耦合器替代。替代后的结构是，光源和探测器位于耦合器的同一侧，弧光探头位于耦合器的另一侧。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：现有技术多采用空间型光学器件，而本探测系统全部采用光纤型器件，光纤型器件连接简单可靠、一致性好。光纤型器件不仅可以很好的避免空间光学器件产生的杂散光，还有很好的抗震动干扰能力。除此之外，环形器的采用更好的控制了光的传输方向问题，使光纤光源对光纤探测器的干扰降到最低。附图说明图1是系统结构示意图；图2是另一种实施例中，系统的结构示意图；其中：1、光纤光源，2、环形器或耦合器，3、光纤连接器，4、弧光探头，5、光纤滤波器，6、光纤探测器,7、硬件电路。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步说明：如图1所示，本专利技术设计了一种带通道自检功能的全光纤型电弧光探测系统。它由光纤光源1、环形器2、光纤连接器3、弧光探头4、光纤滤波器5、光纤探测器6和硬件电路7组成。光纤光源1的输出端与环形器2的输入端连接。环形器2的中间端口与光纤连接器3的一端连接。光纤连接器3的另一端连接弧光探头4。环形器2的输出端与光纤滤波器5的输入端连接。光纤滤波器5的输出端与光纤探测器6的输入端连接。光纤光源1、环形器2、光纤连接器3、弧光探头4、光纤滤波器5、光纤探测器6均为光纤型器件，它们之间的连接通过光纤熔接或者光纤插接的方式实现。光纤光源1和光纤探测器6与硬件电路7以电路方式连接。通道自检实现方式为：光纤光源1在硬件电路7的驱动下，发出特定波形且强度较弱的脉冲激励光。脉冲激励光经环形器2的输入端口到达中间端口，再经光纤连接器3到达弧光探头4，在弧光探头4处脉冲激励光变为荧光，经光纤连接器3返回，从环形器2的中间端口输入，然后从环形器2的输出端输出，经光纤滤波器5到光纤探测器6。光在自检通道内的传输时间是已知量，荧光材料的激发时间也是已知量。将光的传输时间和荧光激发时间之和记为时间t。光纤光源1发出一束脉冲光后，硬件电路7开始计时，如果2t时间内，光纤探测器6收到了信号，则通过接受光的波形和强度判断是光纤光源1发出的光还是弧光。如果光纤探测器6在2t时刻仍未光强信号则判断通道异常，同时向上位机发出告警信号。如果本次判别通道正常，则在间隔4t时间之后，光纤光源1再次发出一束自检光，继续判断自检通道是否正常。弧光探测实现方式为：外界产生的弧光照射到弧光探头4后，转变为荧光。经光纤连接器3返回，从环形器2的中间端口输入，然后从环形器2的输出端输出，经光纤滤波器5到光纤探测器6。由于外界产生的弧光强度远高于光纤光源1产生的脉冲激励光，且为连续光，所以可以通过分析光纤探测器6收到的信号波形和强度判断是否有弧光产生。本专利技术所述的一种带通道自检功能的全光纤型电弧光探测系统，系统中的环形器可以用耦合器代替，如图2所示。它由光纤光源1、耦合器2、光纤连接器3、弧光探头4、光纤滤波器5、光纤探测器6和硬件电路7组成。耦合器的a端口接光纤光源1的输出端，耦合器的c端口与与光纤连接器3的一端连接，耦合器的b端口与光纤滤波器5的输入端连接，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带通道自检功能的全光纤型电弧光探测系统，其特征在于，所述系统包括：光纤光源、环形器、光纤连接器、弧光探头、光纤滤波器、光纤探测器和硬件电路；所述光纤光源产生系统的激励光；所述弧光探头将外界的电弧光转变为荧光，或者将系统的激励光转变为荧光；所述环形器将激励光传输给弧光探头，并负责将弧光探头返回的荧光传递给光纤滤波器；所述光纤连接器作为环形器到弧光探头之间的光路接续；所述光纤滤波器虑除激励光后把光强信号转为电信号；通道自检的实现方式为：硬件电路驱动光纤光源发出激励光，激励光进入环形器的输入端口，激励光经环形器到弧光探头，在弧光探头部位，激励光激励荧光物质产生荧光，荧光沿光纤回到环形器后从输出端出射，出射后的荧光经滤波器后到达探测器，硬件电路通过光纤探测器探测到的光强判断通道是否出现异常；弧光探测的实现方式为：外界的电弧光在弧光探头部位产生荧光，荧光沿光纤回到环形器后从输出端出射，出射后的荧光经滤波器后到达探测器，硬件电路通过光纤探测器探测到的光强判断是否有电弧光产生。

【技术特征摘要】
1.一种带通道自检功能的全光纤型电弧光探测系统，其特征在于，所述系统包括：光纤光源、环形器、光纤连接器、弧光探头、光纤滤波器、光纤探测器和硬件电路；所述光纤光源产生系统的激励光；所述弧光探头将外界的电弧光转变为荧光，或者将系统的激励光转变为荧光；所述环形器将激励光传输给弧光探头，并负责将弧光探头返回的荧光传递给光纤滤波器；所述光纤连接器作为环形器到弧光探头之间的光路接续；所述光纤滤波器虑除激励光后把光强信号转为电信号；通道自检的实现方式为：硬件电路驱动光纤光源发出激励光，激励光进入环形器的输入端口，激励光经环形器到弧光探头，在弧光探头部位，激励光激励荧光物质产生荧光，荧光沿光纤回到环形器后从输出端出射，出射后的荧光经滤波器后到达探测器，硬件电路通过光纤探测器探测到的光强判断通道是否出...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁晔，侯炜，王杰，牛洪海，罗苏南，须雷，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32