一种基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法及系统技术方案

技术编号：43139224 阅读：4 留言：0更新日期：2024-10-29 17:43

本发明专利技术公开了一种基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法及系统，涉及高压电力设备状态监测领域。包括将铈铽共掺荧光光纤安装在需要进行检测的设备内部；设备局部放电产生的紫外辐射激发荧光光纤中掺杂的铈、铽离子发射荧光；将局部放电转换得到的荧光进行分路，分别传送入局部放电检测设备和温度检测设备；采集局部放电检测设备和温度检测设备检测到的电压和光谱数据，并进行数据解调；同步比较数据解调后得到的局部放电信息和温度信息，计算最终局部放电检测的结果。本发明专利技术能够实现局部放电和温度的同步检测，且系统结构简单，且使用本发明专利技术方法制作的铈铽共掺荧光光纤传感器具有灵敏度高，抗干扰能力强，安全可靠等优点。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高压电力设备状态监测领域，特别是一种基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法及系统。

技术介绍

1、电力系统的可靠运行一直是电力行业的重点关注问题。在高压电力设备运行过程中，局部放电是最为普遍和重要的一个监测指标。局部放电是指电力设备绝缘体内部或者表面发生的局部性放电，它往往是绝缘体老化、损坏的前兆，如果不能及时发现并采取措施，可能会导致设备绝缘故障，引发严重的安全事故。因此，如何通过有效的局部放电检测手段，实现对电力设备绝缘状态的在线监测和故障诊断，成为电力行业亟待解决的关键技术问题。

2、目前，常用的局部放电检测技术有脉冲电流法、特高频检测法、超声波检测法以及光测法等。其中，基于荧光光纤传感器的局部放电检测方法因其抗电磁干扰、本质绝缘、灵敏度高等优点，得到了广泛的研究与应用。这种方法利用光纤材料，当电力设备局部放电产生的紫外辐射激发光纤材料中的稀土离子时，会发射出荧光，通过对荧光信号的检测和分析，可以间接获取局部放电的相关信息。

3、尽管荧光光纤本身具有抗干扰能力，但是在将光信号转换为电信号进行后续处理时，仍然会受到一定程度的噪声干扰，从而影响局部放电检测的准确性，导致出现误报和漏报现象。此外，单一依靠局部放电检测手段，无法全面反映电力设备的绝缘状态。

技术实现思路

1、鉴于现有的基于荧光光纤的局部放电检测方法具有抗电磁干扰的优势，但是在将光信号转换为电信号进行后续处理时，仍然会受到噪声干扰，导致出现误报和漏报现象，提出了本专利技术。</p>

2、因此，本专利技术所要解决的问题在于采用铈铽共掺荧光光纤吸收局部放电产生的紫外辐射，将其转换为荧光，再通过光电倍增管进行光电转换，从而得到局部放电信息，利用铈铽共掺荧光光纤的双发射中心对温度敏感性的差异，实现对温度信息的获取，通过同步比较局部放电数据和温度数据，结合两者的关联性，提高了诊断的准确性。

3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：

4、第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法，其包括，将铈铽共掺荧光光纤安装在需要进行检测的设备内部；设备局部放电产生的紫外辐射激发荧光光纤中掺杂的铈、铽离子发射荧光；将局部放电转换得到的荧光进行分路，分路后的荧光分别传送入局部放电检测设备和温度检测设备；采集局部放电检测设备和温度检测设备检测到的电压和光谱数据，并进行数据解调；同步比较数据解调后得到的局部放电信息和温度信息，判定最终局部放电检测结果。

5、作为本专利技术基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法的一种优选方案，其中：同步比较数据解调后得到的局部放电信息和温度信息包括对数据解调后的局部放电数据和温度数据分别进行定量分析，并分别计算出局部放电强度和温升幅度，将局部放电强度和温升幅度结果进行逻辑判断和模糊处理，确定最终的放电检测结果。

6、作为本专利技术基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法的一种优选方案，其中：数据解调包括对采集的光电倍增管输出电压信号进行去噪和放电强度计算，去噪和放电强度计算包括以下步骤：电压信号去噪，对原始电压信号进行经验小波变换，得到各模态分量，计算公式如下：

7、

8、其中，和分别表示近似系数与小波系数，φ1(t)和ψn(t)分别表示经验尺度函数与经验小波函数，u0(t)和un(t)分别表示各个模态分量，频率由低到高；计算各模态分量的峭度的公式如下：

9、

10、其中，k表示峭度，n表示信号长度，xi表示信号x的第ith值，表示信号x的平均值；放电强度计算，利用去噪后的电压信号计算放电强度公式如下：

11、

12、其中，q表示放电强度，u(t)表示光电倍增管输出电压，c表示常数，τ表示时间常数，g表示光电倍增管增益，sd表示光电倍增管阴极灵敏度，kξ表示气体吸收系数，ρ表示气体密度，l表示荧光光纤与放电源的距离，η表示放电源的发光效率，ui表示初始放电电压。

13、作为本专利技术基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法的一种优选方案，其中：数据解调处理还包括对采集的微型光谱仪的光谱进行去噪和温度信息计算，去噪包括：光谱去噪，对原始光谱做离散小波变换，得到小波系数如下：

14、

15、其中，ωj,k表示小波系数，f(n)表示原始光谱，ψ()表示小波函数，n表示信号长度，j表示缩放因子，k表示平移因子；利用阈值函数对小波系数进行阈值处理：

16、

17、其中，λ为阈值；ωj,k表示含噪信号对应的小波系数，表示经阈值处理后的小波系数，n表示阈值函数的调节参数；对经阈值函数处理后的小波系数进行离散小波逆变换，重构得到去噪后的光谱；温度信息计算包括：利用铈铽共掺荧光光纤的铈、铽离子发射的荧光强度比作为测温参数，温度信息的计算公式如下：

18、

19、其中，ice表示铈离子的荧光发射强度，itb表示铽离子的荧光发射强度，此处发射强度指铈、铽离子发光波段内的积分强度，t表示待测温度，a、b均表示曲线拟合参数。

20、作为本专利技术基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法的一种优选方案，其中：判定最终局部放电检测结果包括：当检测系统探测到局部放电脉冲，同时检测到温度上升值超过阈值时，判定设备内部存在局部放电；当检测系统探测到局部放电脉冲，但检测到温度变化较小时，判定存在局部放电误判现象；当检测系统没有探测到局部放电脉冲，但检测到温度上升值超过阈值时，判定存在局部放电漏判现象；当检测系统没有探测到局部放电脉冲，同时检测到温度变化较小时，判定设备内部无局部放电。

21、第二方面，本专利技术实施例提供了基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测装置，其包括光传感组件，光传感组件包括铈铽共掺荧光光纤和光纤耦合器；检测组件，检测组件包括光电倍增管和微型光谱仪，光电倍增管和微型光谱仪的输入端均连接光纤耦合器；数据处理显示组件，数据处理显示组件的输入端连接检测组件的输出端。

22、作为本专利技术基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测装置的一种优选方案，其中铈铽共掺荧光光纤通过光纤法兰连接传输光纤的一端，传输光纤的另一端与光纤耦合器的第一端口相连接，光纤耦合器的第二端口连接光电倍增管的输入端，光纤耦合器的第三端口连接微型光谱仪的输入端，光电倍增管的信号输出端与数据采集卡的信号输入端相连接，微型光谱仪的信号输出端连接计算机，数据采集卡的信号输出端连接计算机。

23、作为本专利技术基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测装置的一种优选方案，其中传输光纤封装采用无金属绝缘护套。

24、第三方面，本专利技术实施例提供了基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测系统，其包括数据采集模块，用于采集局部放电数据和温度数据；数据处理模块，用于处理采集到的电压和光谱数据；同步比较模块，用于同步比较处理后的局部放电和温度信息；计算汇总模块，用于将同步比较后的局部放电和温度信本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法，其特征在于：所述同步比较数据解调后得到的局部放电信息和温度信息包括对数据解调后的局部放电数据和温度数据分别进行定量分析，并分别计算出局部放电强度和温升幅度，将局部放电强度和温升幅度结果进行逻辑判断和模糊处理，确定最终的放电检测结果。

3.如权利要求1所述的基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法，其特征在于：所述数据解调包括对采集的光电倍增管输出电压信号进行去噪和放电强度计算，所述去噪和放电强度计算包括以下步骤：

4.如权利要求1所述的基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法，其特征在于：所述数据解调处理还包括对采集的微型光谱仪的光谱进行去噪和温度信息计算，所述去噪包括：光谱去噪，对原始光谱做离散小波变换，得到小波系数如下：

5.如权利要求1所述的基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法，其特征在于：所述判定最终局部放电检测结果包括：

6.一种基于铈铽共掺荧光光

7.如权利要求4所述的基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测装置，其特征在于：所述铈铽共掺荧光光纤(101)通过光纤法兰连接传输光纤(103)的一端，所述传输光纤(103)的另一端与光纤耦合器(102)的第一端口(102a)相连接，所述光纤耦合器(102)的第二端口(102b)连接光电倍增管(201)的输入端，所述光纤耦合器(102)的第三端口(102c)连接微型光谱仪(202)的输入端，所述光电倍增管(201)的信号输出端与数据采集卡(301)的信号输入端相连接，所述微型光谱仪(202)的信号输出端连接计算机(302)，所述数据采集卡(301)的信号输出端连接计算机(302)。

8.如权利要求7所述的基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测装置，其特征在于：所述传输光纤(103)封装采用无金属绝缘护套。

9.一种基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测系统，基于权利要求1～5任一所述的基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法，其特征在于：还包括，

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～5任一所述的基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法的步骤。

...

【技术特征摘要】

1.一种基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法，其特征在于：包括以下步骤：

5.如权利要求1所述的基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法，其特征在于：所述判定最终局部放电检测结果包括：

6.一种基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测装置，基于权利要求1～5任一所述的基于铈铽共掺荧光光纤的局部放电和温度同测方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王廷云，胡程勇，黄怿，邓传鲁，张小贝，张琦，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：

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