一种用于GIS故障检测的复合传感器及控制方法与流程

本发明涉及gis故障检测领域，尤其涉及一种用于gis故障检测的复合传感器及控制方法。

背景技术：

1、气体绝缘全封闭组合电器是一种将断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线等全部封闭在一个接地的金属壳内，内部充有0.4-0.6mpa的sf6气体来进行绝缘和灭弧的集约化电气设备。由于气体绝缘全封闭组合电器具有运行可靠性高、检修周期长、占地面积小等显著特点，近年来的到大量应用。

2、气体绝缘全封闭组合电器虽然可靠性高，但并非不会故障，气体绝缘全封闭组合电器缺陷会导致发生漏气故障，气隙、尖端、自由颗粒放电故障。由于设备制造和安装工艺原因，在绝缘子内侧存在一定的空隙和裂缝，导电体连接处也存在一定的缝隙，里面都会有sf6气体的存在。气体绝缘全封闭组合电器运行时有在电场作用下，缝隙两侧的电极积累到一定的电压，缝隙间的电场强度增大到超过sf6气体的绝缘强度时会发生气体击穿绝缘子间隙放电。此外放电过程中产生的自由电子，会沿绝缘子变电在电场作用下发生位移、导电体与绝缘盆间的缝隙间发生位移，改变绝缘子的绝缘性能。气体绝缘全封闭组合电器制造过程中工艺方面的问题、安装运行过程中发生磕碰，在气体绝缘全封闭组合电器内部的电极上就可能产生不规则的突起，即表面产生尖端。根据电场原理，毛刺周围的电场将会发生畸变，周围的场强变得特别大，当超过sf6气体的绝缘强度时，将会产生尖端放电，电晕放电虽然不会直接引起gis设备的击穿，但若持续运行，尖端放电过程会与sf6气体发生化学反应，使气室内气体的绝缘强度逐步降低，最终导致气体击穿。自由颗粒放电因为气体绝缘全封闭组合电器在制造、运输、安装或者使用过程中由于各种原因导致在气体绝缘全封闭组合电器罐体内产生部分自由金属颗粒并附着在导体的表上。当设备通电运行时，气体绝缘全封闭组合电器内部将产生一个交流电场，自由金属颗粒在会受到一个电场力的作用，由于交流电场场强大小和方向会发生变化，自由金属颗粒将随着电压大小和方向的变化在气体绝缘全封闭组合电器罐体内往复性运行。金属颗粒在电场中运动的过程即表现为局部放电现象，放电持续发展将会导致设备击穿。如果运营维护人员不能及时发现故障隐患，极有可能造成电网事故，对人民生命和财产安全造成威胁。

3、在实际工程应用中，通过在气体绝缘全封闭组合电器安装传感器实现在线监测，通过传感器在气体绝缘全封闭组合电器正常运行过程中对设备运行状态及参数进行测量，所测数据能够正确反映设备实际运行状态，可以及时发现存在的隐患。目前，在气体绝缘全封闭组合电器中应用较为广泛的传感器有温度传感器、超声波局放传感器、特高频局放传感器、sf6气体湿度及组分传感器。各个传感器具有各自的功能，无法测量复合参数。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供一种用于gis故障检测的复合传感器及控制方法。

2、第一方面，本发明提供一种用于gis故障检测的复合传感器，包括：覆盖gis因故障产生超声波信号频段的声压放大谐振腔，所述声压放大谐振腔包含用于输出谐振的振动膜片，所述振动膜片中部设置传动机构；

3、所述传动机构抵触光纤光栅拉伸机构，所述光纤光栅拉伸机构连接第一光纤光栅，所述传动机构控制光纤光栅拉伸机构拉伸第一光纤光栅；

4、与所述第一光纤光栅并行设置的自由的第二光纤光栅，所述第一光纤光栅经单模光纤连接第一环形器，所述第一环形器经单模光纤连接第一合束器的输入和第二合束器的输出，所述第二合束器的输入连接第一激光光源，所述第二光纤光栅经单模光纤连接第二环形器，所述第二环形器连接第三合束器的输出和所述第一合束器的输入，所述第三合束器的输入连接第二激光光源和第三激光光源，所述第一合束器的输出连接光谱仪，其中，第二光纤光栅与所述第一光纤光栅，第一环形器与所述第二环形器，第二合束器与第三合束器的规格一致。

5、更进一步地，所述声压放大谐振腔包括：主腔壳体，所述主腔壳体的一端连通副腔壳体，所述主腔壳体的另一端通过振动膜片圈密封的连接设置振动膜片。

6、更进一步地，所述传动机构包括：传动针盘，所述传动针盘连接于所述振动膜片，所述传动针盘外侧固定传动针，所述传动针沿振动膜片中心的法向设置，所述传动针滑动设置于针鞘管中，所述针鞘管固定设置。

7、更进一步地，所述光纤光栅拉伸机构包括：第一桥形弹片，所述第一桥形弹片的两端分别对接第二桥形弹片的两端，第二桥形弹片和第一桥形弹片对称设置，所述第二桥形弹片固定设置于弹片固定座，所述第一桥形弹片和所述第二桥形弹片的两端分别设置光纤光栅固定座，所述光纤光栅固定座之间连接紧绷的所述第一光纤光栅。

8、更进一步地，所述第二激光光源和第三激光光源支持发射波长分别为和，强度一致的窄带宽激光，其中，波长和波长处于第二光纤光栅在设定gis温度、无外力条件下的中心波长两侧；

9、所述第二激光光源或所述第三激光光源支持发射复合光，所述复合光包含的光的波长范围覆盖第二光纤光栅波长偏移范围，各个波长光的强度一致，所述第一激光光源支持发射参数一致的复合光。

10、更进一步地，所述第二合束器的输入连接第四激光光源；

11、所述第二激光光源和第三激光光源支持发射为波长分别为和，强度一致的窄带宽激光，所述第一激光光源和第四激光光源支持发射为波长分别为和，强度一致的窄带宽激光，其中，波长和波长处于第二光纤光栅在设定gis温度、无外力条件下的中心波长两侧；

12、所述第二激光光源或所述第三激光光源支持发射复合光，所述复合光包含的光的波长范围覆盖第二光纤光栅波长偏移范围，各个波长光的强度一致，所述第一激光光源或第四激光光源支持发射参数一致的复合光；

13、根据温度情况判断是否发生温度异?；蚋莩ㄇ榭雠卸鲜欠穹⑸址乓斐?，在发生温度异?；虺ㄒ斐Ｊ?，进行相应的报警。

14、第二方面，本发明提供一种用于gis故障检测的复合传感器的控制方法，应用于所述的用于gis故障检测的复合传感器，包括：

15、选择检测参量为温度或超声波；

16、对于检测参量为温度的情况，控制第二激光光源和第三激光光源分别发射波长为和，强度一致的窄带宽激光，波长和波长处于第二光纤光栅在设定gis温度、无外力条件下的中心波长两侧，通过光谱仪检测第二光纤光栅的反射谱强度，获取两束窄带宽激光两个反射峰的强度值做差，根据强度差和温度的映射关系获得温度情况；

17、对于检测产量为超声波的情况，控制第三激光光源或第二激光光源中任一发射复合光，控制第一激光光源发射同样的复合光，通过光谱仪检测第一光纤光栅和第二光纤光栅的反射光的波长情况，以获得波长偏移，并对波长偏移求差，根据波长偏移差获得超声波情况。

18、更进一步地，在无振动环境中，控制第一激光光源和第四激光光源分别发射波长分别为和，强度一致的窄带宽激光，控制第二激光光源和第三激光光源分别发射波长分别为和，强度一致的窄带宽激光，波长和波长处于第一光纤光栅和第二光纤光栅在设定gis温度，无外力条件下的中心波长两侧；

19、通过光谱仪检测第一光纤光栅的反射谱强度，获取两束窄带宽激光两个反射峰的强度值做差；通过光谱仪检测第二光纤光栅的反射谱强度，获取两束窄带宽激光的两个反射峰的强度值做差，检测第一光纤光栅和第二光纤光栅的反射峰值强度差是否一致，或进一步地调整温度，检测第一光纤光栅温度调整前后强度差的差值与第二光纤光栅温度调整前后强度差的差值是否一致，一致则判断第一光栅光纤和第二光纤光栅在相同条件下中心波长和温度灵敏度一致。

20、更进一步地，预先创建波长偏移差时序特征与局放异常种类之间的对应关系，根据波长偏移差时序特征判断gis内局放异常类型。

21、更进一步地，检测gis故障时，持续、自动地交替选择测量参量为温度和超声波。

22、本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

23、本技术利用声压放大谐振腔放大超声波声压，通过传动机构和光纤光栅拉伸机构将放大的声压转化为作用于第一光纤光栅上应力，通过无应力的第二光纤光栅和有应力的第一光纤光栅的波长偏移差反应超声波情况，进而根据超声波情况确定局放故障类型；本技术采用机械结构声压放大谐振腔放大超声波特征，能提高灵敏度，且不受电磁干扰；用光信号进行温度超声波测量，不受电磁干扰，抗干扰能力强。本技术所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅所处的温度环境一致，即对于规格一致的第一光纤光栅和所述第二光纤光栅，因温度产生的波长偏移一致，将第一光纤光栅和第二光纤光栅的波长偏移量做差，则波长偏移差仅与第一光纤光栅所受的应力相关，第一光纤光栅的应力反应超声波情况，则波长偏移差能够反应出超声波情况。

24、本技术利用第二光纤光栅随温度的波长偏移，第二光纤光栅针对不同波长窄带宽激光的反射谱强度差异测量温度，实现gis故障的复合检测。温度变化时，光纤光栅的中心波长会偏移，对于位于初始中心波长两侧的窄带宽激光，限制中心波长偏移范围，使得一个窄带宽激光的反射光强度随着中心波长的偏移仅增强，另一个窄带宽激光的反射光强度随着中心波长的偏移降低，那么强度差和温度会形成一对一的映射关系，本技术用用反射光强度差进行温度测量还有一个优势在于，两个波长所经过光路条件一致，强度损耗也是一致的，可以有效的避免光路强度损耗对测量带来的影响，复合测量，通信统一，性价比高。