PDF《用于电网监控的全光纤干涉局部放电定位系统》

7 !系统原理 图&

中,&

),$为均分的光纤耦合器! K 13# K A J A F A M J

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6 J $ 为法拉第旋转镜% 由光源发出的光# 相干长度远小于延时线圈的长度$ 通 过耦合器&

# , &

$ 进入干涉仪%因为光源的相干长度较短! 系 统中只有通过相同长度光程的光之间才能发生有效干涉! 因为耦合器和光纤本身的损耗! 多次经过系统 的光强度可以忽略%因此系统中只有以下光路的光可以发生有效干涉! 分别是顺时针线路# 光源%, &

% 延迟线圈%, $ %K 13%, $ %, &

$ 和逆时针线路# 光源%, &

%, $%K 13%, $%延迟线圈%, &

$ 之间%最 终干涉发生在, &

中%耦合器$ # , $ $ 和K

13 之间的光纤作为系统的传感单元铺设在电网上% 如果局部放电发生在传感光纤上的某点# 如图&

所示$ ! 该点与K

13 之间的光纤长度为* ! 产生的声 波振动所导致的光纤长度和折射率的变化# 光弹效应$ '

# ( 将会在顺时针和逆时针两路光之间产生一定的 相位差% 两路沿相反方向传播的光之间的相位差可以表示为 &

% @% %S O% % % S # &

$ 式中! % %S 和%% % S 分别为由扰动引起的顺时针和逆时针两路光的相位变化% 光波在穿过耦合器&

时产生的附加相位变化为$ + ! # % 两路沿相反方向传播的光在耦合器&

中发生干涉! 探测器探测到的干涉光强为 D &

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0 # # $ $ D $ @ - % # &

HC

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0 # # ! $ 式中! D &

和D $ 分别为探测器&

和探测器$探测到的光强! - % 为光源发出的光的强度% 因为本系统所探测的为局部放电产生的声音信号! 幅度较小! 所以 &

% 的值较小! 式# $ $ ) 式# ! $ 可简 化为 * &

% ! * !!! 光!学!仪!器第! 卷! D &

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和D $ 相减可得 '

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% # $ !!根据定位理论'

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X ( ! 相位差 '

的频谱上有若干频率缺失点# 陷波点$ ! 频率缺失点对应的频率值可以确 定振动发生的位置! 振动位置可以通过下式确定 *@ $ [O # $ &

9 # ( >

(# [$ !# [@&

! $ ! ! ! -$ # X $ 式中! (为光纤的有效折射率! 9为真空中的光速! >

( 为相位差'

频谱上的陷波点的频率大小! [为陷波点 的阶次! *为局部放电位置和末端法拉第旋转镜之间的传感光纤的长度# 定位距离$ % 令&

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# [k &

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为相邻两个陷波点之间的频率间隔! 则由式# X $ 可得 *@9 + # $ ( &

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!实验与分析 如图&

所示! 搭建分布式光纤传感器%实验中所用的光源为波长为&

! &

%D @ 的激光二极管! 探测器 为光电二极管! 实验中所使用的光纤均为单模光纤%干涉仪的最终输出信号经过探测器转换成电信号之 后! 经由采样率为= % %R

0 + ;

的采集卡采集! 输入计算机! 经过 . A O

5 + 4N 软件编写的程序计算! 得出定位 结果% 实验中用电火花发生器模拟电网的局部放电现象! 通过调节电火花发生器与传感光纤之间的距离来 改变局部放电对光纤的影响! 并用声压计测量局部放电在传感光纤处产生的声压%实验中用于定位的传 感光纤实际长度以及局部放电发生的位置由光时域反射仪 # ( * Y 1$ 标定! 型号为j(a(]-N- >