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油纸绝缘系统局放光纤传感检测方法 　　摘要：为解决传统声测法所用压电陶瓷传感器的电磁干扰问题，设计一种光纤法一珀传感器检测局放超声波信号，并提出采用声波能量开方值表征局放量大小相关性的方法，根据弹性力学原理分析圆形膜片的振动特性后，研究并制备非本征光纤法一珀超声波传感器，利用板一板电极系统为局放源，组建光纤传感器、压电陶瓷传感器和脉冲电流法同时检测的局放实验系统，实验结果表明，所制备光纤传感器与压电陶瓷传感器具有相近灵敏度，声波传感器信号幅值、能量开方值分别与局放量大小进行相关性分析得出，光纤波传感器和压电陶瓷传感器检测信号的能量开方值与局放量大小的相关系数高于声波幅值与其相关系数0.1左右， 　　关键词：局部放电检测；声测法；光纤传感；超声波传感器 　　DOI：10.15938/j.jhust.2016，04.018 　　中图分类号：TM855 　　文献标志码：A 　　文章编号：1007―2683（2016）04-0096-05 　　0引言 　　局部放电是电力变压器绝缘老化破坏的重要原因之一，因此通过检测局部放电的剧烈程度是对电力设备绝缘状态判断的一种有效手段，由于局放过程伴随着电、光、声和热现象的发生，是一个复杂的物理化学过程，采用电学、化学和声学的检测方法被国内外学者广泛研究，最为传统和经典的脉冲电流检测法可对局放视在电荷量进行准确的定量测量，长期来一直应用在电力设备出厂检验等领方面，但其容易受到电磁干扰影响仅适用于离线检测，油相和气相色谱等化学检测方法也已在电力变压器的在线监测中实际应用的案例，但由于化学变化的发生往往需要较长时间，在局放发生一段时间后方能测得具有时间的滞后性，超声测量方法可避开电力设备运行现场的电磁干扰，成为油浸变压器局部放电在线监测的一种有效手段，上世纪50年代已有学者提出利用压电陶瓷传感器（PZT）检测局放声辐射信号的方法，近些年有众多学者相继开展相关研究，但PZT传感器是通过粘贴于设备外壁方式进行检测，器壁容易造成声波衰减，另外，PZT传感器的工作电路和信号传输线路难以避免高功率密度电磁环境的干扰， 　　光纤传感器具有灵敏度高、抗腐蚀、体积小巧、利于置入测试环境特点¨引，特别是针对液体绝缘介质中的局放检测应用中，光纤传感器具有电绝缘和抗电磁干扰的优点成为局放检测的理想选择，近些年有关利用光纤传感器进行局部放电检测研究成果被多次报道，但是主要集中在实验成果的发表，而对传感器设计过程论述较少，本文根据弹性力学基本原理，分析FP传感器膜片结构参数对其一阶固有频率和圆心位移灵敏度的影响，最终设计并试制可有效检测局放声发射信号的FP传感器，利用PZT、FP和脉冲电流法搭建联合检测平台，对比分析PZT传感器和FP传感器测得声信号幅值和声波能量开方值与脉冲电流法测得脉冲信号相关性关系， 　　1.传感器设计及制备 　　根据光纤多光束干涉原理，如图1所示为法珀传感器的基本基本结构，石英膜片内侧和光纤跳线端面镀以50%反射率的反射膜，在支撑结构下封装而成法一珀腔，人射激光经光纤传输至跳线端面处，50%功率被反射回光纤中，另50%透射光经折射率为1，O的空气后被镀有反射膜的石英膜反射，经两个膜片反射的反射光形成干涉，法一珀传感器反射光强可表示为。 　　利用Matlab软件根据式（1）仿真可得，FP传感器的光谱曲线呈类正弦规律分布，如图2所示， 　　所设计传感器中石英膜片是声光转换的核心部件，其振动特性决定传感器声波检测的效果，根据弹性力学原理，圆形薄片受迫振动时的一阶固有频率和膜片圆心位移可分别表示为。0.17；g为重力加速度， 　　根据式（2）和式（3），可得如图3（a）为膜厚100I，Lm时一阶固有频率和膜圆心处的位移灵敏度随半径的变化，图3（b）为膜片半径为1，25 mm时一阶固有频率和膜中心位移灵敏度随膜厚度的变化，可见，半径不变，膜片中心位移灵敏度随厚度增加而降低，一阶固有频率随厚度增加而变大；厚度不变，圆膜中心位移灵敏度随半径增加而提高，一阶固有频率随半径增加而变小，本文制备的石英玻璃膜片厚度100um，有效半径1，25 min，理论计算的中心的位移灵敏度为0，0061 nm/Pa，一阶固有频率175 kHz 　　2.局放检测实验及分析 　　利用直径为5cm两块圆形铜板制作板一板电极，在两板间放置厚度为1mm的纸板，电极结构如图4所示， 　　铁制油箱中充满变压器绝缘油，将板一板电极置于铁箱中，电极两个极板分别与可调高压电源的输出端和地相连，在油箱内距离板一板电极15 cm处的绝缘油中利用支撑结构架设FP超声波传感器，构建局放检测实验平台，为监测局放发生剧烈程度，将脉冲电流检测系统接人实验平台，同时将PZT传感器粘贴于铁箱外壁与FP传感器检测进行对比研究，所构建局放