一種基于Pockels效應的光學VFTO測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種基于Pockels效應的光學VFTO測量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括設置在圓柱體形GIS罐體(1)上的VFTO光學傳感器(4)、所述GIS罐體(1)內(nèi)同軸心的母線導桿(3)和同中心的盆式絕緣子(2)。本測試系統(tǒng)具有測量頻帶寬，抗干擾能力強、絕緣水平高等特點，能應用于GIS中隔離開關(guān)動作產(chǎn)生VFTO的測量。
【專利說明】—種基于Pockels效應的光學VFTO測量系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實用新型涉及一種VFTO測量系統(tǒng)，具體講涉及一種基于Pockels效應的高靈敏度光學VFTO測量系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
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[0002]高壓輸電領(lǐng)域廣泛應用的氣體絕緣組合電器(gas insulated switchgear, GIS)具有占地面積小、維護工作量少、絕緣性能優(yōu)良、可靠性高等優(yōu)點。而操作時，GIS中的隔離開關(guān)、接地開關(guān)和斷路器的動作速度較低，會發(fā)生觸頭間隙重復擊穿，產(chǎn)生幅值較高，陡度很大，頻率最高可達GHz的特快速暫態(tài)過電壓(very fast transient overvoltage, VFTO),嚴重時可導致GIS和變壓器設備的損壞。同時VFTO引起的地電位抬升，會導致變電站二次設備的損壞。
[0003]VFTO現(xiàn)象復雜，隨機性強，主要應通過試驗獲取其特性。目前，測量VFTO的方法主要有電容傳感器、電場探頭和套管末屏法；但是電容傳感器法的測量帶寬低；電場探頭法的測量點標定容易受現(xiàn)場環(huán)境影響；套管末屏法的測量精度較低且測點受限。
實用新型內(nèi)容:
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，本實用新型提出了一種基于Pockels效應的光學VFTO測量系統(tǒng)，利用偏振光在外電場的作用下經(jīng)過Pockels晶體時，其偏振角度將發(fā)生變化的原理，通過光學元件，將角度變化轉(zhuǎn)化為光強的變化，從而實現(xiàn)待測場強值與光強值的對應，用于測量GIS中隔離開關(guān)動作產(chǎn)生的VFTO信號。
[0005]本實用新型提供的技術(shù)方案是:一種基于Pockels效應的光學VFTO測量系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)在于:所述系統(tǒng)包括設置在圓柱體形GIS罐體(I)上的VFTO光學傳感器(4)、所述GIS罐體⑴內(nèi)同軸心的母線導桿⑶和同中心的盆式絕緣子(2)。
[0006]優(yōu)選的，所述GIS罐體(I)壁上開有一組位于所述GIS罐體(I)同一母線上且距離相等的其中心與所述軸心垂直的安裝WTO光學傳感器的手孔拔口 ；所述VFTO光學傳感器包括光學傳感頭(11)、探頭(5)、探頭支撐￠)、光纖引出法蘭(7)和光纖保護盒(9)；
[0007]所述手孔拔口將所述光纖引出法蘭(7)固定在所述GIS罐體(I)上，所述光纖引出法蘭(7)內(nèi)外兩側(cè)分別安裝高度可調(diào)的探頭支撐￠)、所述探頭支撐￠)固定的探頭
(5)、和粘接在所述探頭(5)端面中心的光學傳感頭(11)以及所述光纖保護盒(10)。
[0008]進一步，一端連接所述光學傳感頭(11)的光纖(10)穿過探頭(5)和探頭支撐(6)經(jīng)光纖引出法蘭(7)引出至光纖保護盒(9)內(nèi)，再經(jīng)光纖保護盒(9)端部的法蘭盤引出后另一端與信號采集處理器(8)連接。
[0009]進一步，所述GIS罐體(I)的手孔拔口端部外沿安裝有端法蘭(12)，所述光纖引出法蘭(7)與所述端法蘭(12)固定，所述光纖引出法蘭(7)四周與所述端法蘭(12)之間通過密封圈(14)進行氣密；所述光纖引出法蘭(7)的中心設有通孔(16)。
[0010]進一步，光纖(10)穿過所述光纖引出法蘭(7)中心的通孔(16)，再穿過端法蘭(12)與GIS罐體⑴內(nèi)部連通；所述光纖(10)外部套有金屬管(13)，所述光纖(10)與金屬管(13)之間通過金屬焊料焊接在一起，所述金屬管(13)穿過光纖引出法蘭(7)中心的通孔(16)將所述光纖(10)引入GIS罐體(I)內(nèi)腔；所述通孔(16)與所述金屬管(13)之間的空隙采用353ND雙組份環(huán)氧樹脂膠灌封固化。
[0011]優(yōu)選的，所述GIS罐體(I)的內(nèi)腔填充有SF6氣體。
[0012]進一步，所述信號采集處理器(8)與示波器連接。
[0013]本實用新型具有如下有益效果:
[0014](I)本實用新型中光學VFTO傳感頭通過探頭、探頭支撐、光纖氣密引出法蘭直接放置于GIS腔體內(nèi)，應用方式靈活、體積小、重量輕、成本低、電氣性能優(yōu)越；
[0015](2)本實用新型中光學VFTO傳感頭直接放置于GIS腔體內(nèi)，屏蔽效果好；
[0016](3)本實用新型中高壓母線與光學VFTO傳感頭之間無需任何骨架支撐，設計結(jié)構(gòu)簡單，消除了附屬支撐物弓I起的局放現(xiàn)象及耐電壓問題；
[0017](4)本實用新型中高壓母線與光學VFTO傳感頭之間直接采用GIS腔體中的SF6氣體絕緣，無需進行額外的絕緣設計，降低了因壓力、濕度等因素帶來的安全隱患，簡化了系統(tǒng)的復雜度；
[0018](5)本實用新型中高壓母線與光學VFTO傳感頭之間的高度可以根據(jù)估算的VFTO強度進行調(diào)整，設計靈活、簡單，容易安裝維護；
[0019](6)本實用新型中光纖氣密引出法蘭的光纖引出方法采用光纖金屬化封裝技術(shù)，該技術(shù)避免了因GIS腔體與外界環(huán)境存在的氣壓差所造成的光纖引出端氣體泄漏，確保了GIS系統(tǒng)的抗壓強度和絕緣性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0020]圖1為本實用新型所采用的測試系統(tǒng)的整體框圖；
[0021]圖2為VFTO光學傳感器與GIS罐體的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為VFTO光學傳感器與GIS罐體安裝結(jié)構(gòu)的局部放大圖；
[0023]圖4為光纖氣密引出法蘭的豎直縱剖面安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]其中:1-GIS罐體；2_盆式絕緣子；3_母線導桿；4_VFT0光學傳感器；5-探頭；6-探頭支撐；7_光纖氣密引出法蘭；8_信號采集處理器、9-光纖保護盒；10_光纖；11_光學傳感頭；12_端法蘭；13_金屬管；14_密封圈；15_光纖引出法蘭；16_通孔；01_模擬輸出接口 ；02_數(shù)字輸出接口 ；03_電源輸入接口 ；04-VFT0光信號輸入接口 ；05_同步觸發(fā)輸入接口。

【具體實施方式】
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[0025]為了更好地理解本實用新型，下面結(jié)合說明書附圖對本實用新型的內(nèi)容做進一步的描述。
[0026]本實用新型所采用的測試系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示:測試系統(tǒng)主要包括Pockles效應光學傳感器、信號米集處理器、不波器。Pockles效應光學傳感器利用其內(nèi)部的光源和光學元件將GIS罐體內(nèi)的電場信號轉(zhuǎn)化為VFTO光信號；并通過光纖傳遞給信號采集處理器，信號采集處理器將接收到的光信號轉(zhuǎn)化為電信號后傳輸給示波器進行顯示。
[0027]傳感器⑷和GIS罐體⑴的安裝結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示:包括1-GIS罐體、2-盆式絕緣子、3-母線導桿、4-VFT0光學傳感器。
[0028]將基于Pockels效應的高靈敏度光學VFTO測量傳感頭，通過GIS外部手孔拔口置于GIS腔體內(nèi)部，多個傳感器安裝于GIS罐體的不同位置，通過同步采集信號控制各傳感器在同一時間采集VFTO信號，可研究VFTO在GIS罐體內(nèi)部的傳播特性，可進一步提出VFTO信號抑制方法。
[0029]傳感器與GIS罐體不存在電氣連接，不改變GIS罐體的電磁場分布。傳感器通過GIS罐體手孔進行安裝，不改變GIS整體的氣密性。
[0030]VFTO光學傳感器的詳細安裝結(jié)構(gòu)如圖3所示:高壓母線(2)置于填充有SF6氣體的GIS腔體(I)內(nèi)，在GIS腔體(I)表面開一手孔拔口，依次安裝光纖引出法蘭(7)、探頭支撐(6)、探頭(5)和光學傳感頭(11)，光學傳感頭(11)粘接在探頭(5)表面的中心位置，與光學傳感頭(11)粘接的光纖(10)通過探頭支撐(6)和下端的光纖引出法蘭(7)引出到光纖保護盒(9)，再經(jīng)光纖保護盒頂端的法蘭盤引至信號采集處理器(8)內(nèi)。
[0031]為了減少局放、電壓擊穿等隱患，可以根據(jù)仿真計算的VFTO信號強度，初步確定VFTO光學傳感器與母線導桿之間的距離；試驗過程中，根據(jù)實際測量結(jié)果調(diào)整二者之間的距離，從而提高測量靈敏度。
[0032]光纖引出法蘭(7)的結(jié)構(gòu)如圖4所示，光纖引出法蘭(7)安裝固定在手孔拔口端部外沿的端法蘭(6)上，光纖引出法蘭(7)與端法蘭(6)之間通過密封圈(14)進行氣密，光纖穿通孔(16)位于光纖引出法蘭(7)的中心處，并穿過端法蘭(6)與GIS腔體內(nèi)部連通，對光纖(10)的尾纖進行金屬化封裝形成金屬化光纖，然后在金屬化光纖上套接金屬管
(13)，金屬化光纖與金屬管(13)之間通過金屬焊料焊接在一起，將金屬管(13)穿過光纖穿通孔(16)，并采用353ND雙組份環(huán)氧樹脂膠對光纖穿通孔(16)進行灌封固化，使得353ND雙組份環(huán)氧樹脂膠完全填充光纖穿通孔(16)的空隙。
[0033]光纖引出法蘭(7)可承受20個大氣壓，完全滿足GIS腔體內(nèi)SF6氣壓的要求。
[0034]信號采集處理器具有光纖通訊接口，光纖通訊具有抗干擾性能優(yōu)越，絕緣特性好的特點，適合試驗現(xiàn)場復雜電磁環(huán)境使用。
[0035]信號采集處理器與示波器連接，信號采集處理器采用現(xiàn)有的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)將接收到的光信號轉(zhuǎn)化為電壓信號傳輸給示波器，示波器顯示VFTO的波形和特性參數(shù)。
[0036]以上僅為本實用新型的實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在申請待批的本實用新型的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于Pockels效應的光學VFTO測量系統(tǒng)，其特征在于: 所述系統(tǒng)包括設置在圓柱體形GIS罐體(I)上的VFTO光學傳感器(4)、所述GIS罐體(I)內(nèi)同軸心的母線導桿(3)和同中心的盆式絕緣子(2)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于Pockels效應的光學VFTO測量系統(tǒng)，其特征在于: 所述GIS罐體(I)壁上開有一組位于所述GIS罐體(I)同一母線上且距離相等的其中心與所述軸心垂直的安裝VFTO光學傳感器的手孔拔口 ；所述VFTO光學傳感器包括光學傳感頭(11)、探頭(5)、探頭支撐￠)、光纖引出法蘭(7)和光纖保護盒(9)； 所述手孔拔口將所述光纖引出法蘭(7)固定在所述GIS罐體(I)上，所述光纖引出法蘭(7)內(nèi)外兩側(cè)分別安裝高度可調(diào)的探頭支撐￠)、所述探頭支撐￠)固定的探頭(5)、和粘接在所述探頭(5)端面中心的光學傳感頭(11)以及所述光纖保護盒(10)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于Pockels效應的光學VFTO測量系統(tǒng),其特征在于: 一端連接所述光學傳感頭(11)的光纖(10)穿過探頭(5)和探頭支撐(6)經(jīng)光纖引出法蘭(7)引出至光纖保護盒(9)內(nèi)，再經(jīng)光纖保護盒(9)端部的法蘭盤引出后另一端與信號采集處理器(8)連接。
4.如權(quán)利要求2所述的一種基于Pockels效應的光學VFTO測量系統(tǒng),其特征在于: 所述GIS罐體(I)的手孔拔口端部外沿安裝有端法蘭(12)，所述光纖引出法蘭(7)與所述端法蘭(12)固定，所述光纖引出法蘭(7)四周與所述端法蘭(12)之間通過密封圈(14)進行氣密；所述光纖引出法蘭(7)的中心設有通孔(16)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于Pockels效應的光學VFTO測量系統(tǒng),其特征在于: 光纖(10)穿過所述光纖引出法蘭(7)中心的通孔(16)，再穿過端法蘭(12)與GIS罐體(I)內(nèi)部連通；所述光纖(10)外部套有金屬管(13)，所述光纖(10)與金屬管(13)之間通過金屬焊料焊接在一起，所述金屬管(13)穿過光纖引出法蘭(7)中心的通孔(16)將所述光纖(10)引入GIS罐體⑴內(nèi)腔；所述通孔(16)與所述金屬管(13)之間的空隙采用353ND雙組份環(huán)氧樹脂膠灌封固化。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于Pockels效應的光學VFTO測量系統(tǒng)，其特征在于: 所述GIS罐體(I)的內(nèi)腔填充有SF6氣體。
7.如權(quán)利要求3所述的一種基于Pockels效應的光學VFTO測量系統(tǒng)，其特征在于: 所述信號采集處理器(8)與示波器連接。
【文檔編號】G01R19/25GK203929856SQ201420339782
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】邱進, 吳士普, 陳江波, 汪本進, 王玲, 毛安瀾, 徐思恩, 陳曉明, 馮宇, 費燁, 李璿, 周翠娟, 朱絲絲, 黃琴 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學研究院