局部放电检测中光纤电流传感器的应用研究

局部放电检测中光纤电流传感器的应用研究

郭伟郑岳城

（广东电网责任有限公司汕头供电局广东汕头市515800）

摘要：在针对电气设备、线路等进行检测时，采用局部放电检测方式能够将电气设备的状态良好的呈现出来，检测人员也能够第一时间了解线路、设备等是否存在线路老化的现象，我国当前检验电力设备使用状态以及进行故障分析时，局部放电检测是比较常用的检测方法。电力设备周围存在一定的电磁场，电磁场对放电检测会产生一定的干扰，因此需要采取性能较高的传感器进行辅助工作，光纤电流传感器具有良好的绝缘性，能够符合局部放电检验的标准。本文针对光纤电流传感器进行分析，研究了局部放电检测的方法以及光纤电流传感器的特点，最后探究了光纤电流传感器数学模型以及光纤电流传感器在局部电流检测中的应用。

关键词：放电检测；光纤电流传感器；应用研究

光纤电流传感器是FARADAY根据磁光效应原理发明的一种传感器，由于这种传感器有较高的绝缘性等，能够适用于局部放电检测中。光纤电流传感器的内部结构属于全光纤的，具有比较高的灵敏性以及耐腐蚀性。随着社会经济的发展，科技也在不断的进步，我国电力系统的研究水平日益增高，将光纤电流传感器应用到局部放电检测中，有效的提高了局部放电检测的抗干扰性，使检测能够在易燃易爆等危险环境中进行，为我国电力系统的发展提供了更多的可能，下面我们就针对光纤电流传感器进行分析。

一、局部放电检测方法

局部放电测试方法根据局部放电产生的各种物理、化学现象，如电荷的交换，发射电磁波、声波、发热、光、产生分解物等，可以有很多测量局部放电的方法。总的来说可分为电测法和非电测法两大类，电测法包括脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法等，非电测法包括声测法、光测法、化学检测法和红外热测法等[2]。对于绝缘内部的局部放电，只有透明介质才宜用光检测法，例如聚乙烯绝缘电缆芯通过水介质扫描用光电倍增管观察。

局部放电检测法主要是通过局部放电，使电力设备或者电力线路中产生电流额定脉冲，根据脉冲的情况进行记录，这样我们就能够分析出用电设备或者线路的接地、连接、运行状态等具体详细情况，由于检测过程中需要放电，因此在电力系统检测中，这也是一种比较传统的检测方法。使用局部放电检测法需要与传感器、放大器等仪器同时使用，这对传感器、放大器的灵敏度、精准度等都有比较高的要求，并且容易受到检测现场的电磁场干扰。通过光纤电流传感器的检测方法就会有效的改善这种情况，使检测结果更加精准。

二、光纤电流传感器概述

（一）光纤电流传感器原理

光纤电流传感器是一种智能电网设备，其原理利用磁光晶体的法拉弟效应。随着电力行业的飞速发展，人们对电力运输以及电力检测等方面也不断提出更高的要求，传统的高压检测已经难以满足人们的需求，随着科技的进步，光纤材料的优越性逐渐显露出来，通过光纤电流传感器能够有效的将检测中的风险降到最低，将检测的精度调到最高，光纤电流传感器如下图1所示。

图1光纤电流传感器

当今社会已经发生了翻天覆地的变化，当今社会属于电子化社会、信息化社会，我国城市化的进程越来越快，社会中用电单位以及全国用电的覆盖范围也越来越广，在这样的社会背景下，供电企业也面临了较大的压力，电源设备的选择也比较重要，为了提高用户用电的质量以及用电安全性，我们需要采用具有传感技术，并且能够进行传感采样的设备进行操作，才能够使电源得到良好的保护，电流传感器是指能感受被测电流并转换成可用输出信号的传感器，在国内外的用途非常广泛。局部放电检测的目的是为了了解用电设备的使用状态以及损坏情况等，我们需要了解用电设备中最佳电流的流量，才能是用电设备的运行达到最佳状态，这些都需要由光纤电流传感器进行检测，因此光纤电流传感器在局部放电检测中十分重要[1]。

（二）光纤电流传感器特点

光纤电流传感器与传统的电磁式传感器相比较具有较大的优势，首先光纤电流传感器容易安装，不用断开导线，仅将细长、柔软的绝缘光纤卷绕在导体上就可检测电流，能实现整个传感装置的小利轻量化。其次无电磁信号的干扰，近几年，在电路检测中，由于受到电磁场的干扰，会影响检测结果的精度，因此在光纤电流传感器不受电磁干扰。第三是具有较高的绝缘性，使用成本比较低，光纤电流传感器的主要成分是二氧化硅，该资源在我国有丰富的储备量，因此使用的成本比较低，并且二氧化硅的特点就是具有较好的绝缘性。第四是质量比较轻，最早期的传感器是由美国发明的充油式电磁传感器，其总重量高达7000多千克，而当前光纤电流传感器的重量不足1千克，在使用、携带等方面都有一定的优势。第五是具有较高的安全性，光纤电流传感器的元件不存在漏电等现象，因此在局部放电测量的过程中，这种传感器具有较高的安全性，能够保障电力工作人员的人身安全。第六是具有较高的灵敏度，并且测量过程中响应的速度非常快[3]。

由于光纤电流传感器自身的特点因素，在局部放电测量的过程中，其可以适用与比较危险的测量环境中，比如易燃易爆、较强电磁场以及具有化学性腐蚀的设备中，并且二氧化硅材质的光纤传感器具有较大的储存量，所以在放电检测的过程中能够实现连续检测，有助于提高工作效率。

（三）光纤电流传感器数学模型

为了充分研究光纤电流传感器在局部电流检测中的应用，我们需要对光纤电流传感器的数学模型构成进行分析。其数学模型的工作原理是一束线偏振光在晶体或者光纤玻璃等物质中进行传播，传播的过程中受到了电力磁场的相互作用，这使得偏振光的表面发生偏移，偏移旋转的过程中会受到很多外界因素的影响，影响旋转角度的主要因素有磁场的强度、材质、外界的温度等，这种现象被科学家称之为磁光效应，其数学计算公式如下图2所示。公式中，Hi指的是磁场对物质的强度，V是磁光效应的常定系数，L为光的长度，也就是线偏振光在光纤中通过的距离。

在通过光纤电流传感器进行局部放电检验的过程中，我们不难发现，具有绝缘性质的电缆是局部放电的主要原因所在，比如用电器存在缝隙、表面有金属毛刺等都会出现局部放电的现象，光纤电流互感器敏感度比较高，因此细小的局部放电现象都能够被光纤电流传感器感应到，并且进行记录，使电力线路或者用电设备中的问题得到有效的改善。

三、光纤电流传感器在局部电流检测中的应用

局部放电检测中还存在很多干扰性因素，在检测过程中影响检测的准确性。其干扰项的来源主要分为测量系统本身的干扰以及非测量系统的干扰因素，测量系统本身的干扰性大多数属于误差范围之内，可以忽略不计，我们在测量的过程中需要进行抗干扰处理的部分，基本都是非测量系统的干扰因素，比如继电保护、开关闭合、调频广播、高压电磁场等等，我们常用的抗干扰方法有四中，分别是差动平衡法、相关分析法、数字滤波技术以及平均法。差动平衡法是通过不同的电流方向进行调节，以此达到抗干扰的效果，该方法需要两个频率相近的传感器，然后通过差动系统，使外部电流与内部干扰电流的流向相反，以此相互抵消。平衡法是指通过软件处理的方式，平衡干扰项，比如早检测的过程中存在白噪干扰，我们可以通过软件系统对噪声进行平衡，这种处理方式比较简单，但是抗干扰的效果比较低。相关分析法是指局部放电脉冲与干扰信号互不相干的方法，这需要根据数学函数进行计算来抗干扰，计算方式比较复杂，难以成功。最后是数字滤波技术，这也是一种通过软件的方式来对抗干扰项，属于模拟的方式，改变频带的相关参数这种方法的抗干扰效果比较好。

在上文中本文针对光纤电流传感器进行了详细的分析，光纤技术已经成为了当前传感器研究中的一种重要方法之一，属于新型的技术，能够适应当前社会发展的需求。为了提高电力系统发展的水平。国内外学者不断研究与分析，比如迈克尔逊将干涉仪应用到局部放电检测中，通过光纤传感进行测量数据，这种研究是基于声光法以及超声检测法，通过重重研究与启示，最终出现了光纤电流传感器与局部放电测量相结合的电力检测方式，根据泡科思效应，实验也能够证明光纤电流传感器能够满足局部放电检测的需求。

总结

总而言之，通过光纤电流传感器数学模型的研究，我们对该传感器的工作原理更加了解了，由于光纤电流传感器的独特优势，使我国电力系统得到了更好的发展，也为电力工作人员提供了更良好、安全的工作环境。我国电力水平发展越来越高，电力系统也越来越完善，局部放电检测工作也在社会背景与发展的驱使下，逐渐趋于精细化管理，基于光纤电流传感器的局部放电检测工作，能够有效的使电力设备以及线路保护工作更加完善、简单，使我国的电力水平不断提高。

参考文献：

[1]郭少朋，韩立，徐鲁宁，等.光纤传感器在局部放电检测中的研究进展综述[J].电工电能新技术，2016，35（3）：47-53.

[2]郑闻文，李功新，舒胜文.GIS局部放电UHF检测系统性能检验方法研究进展[J].电气技术，2016，17（10）：1-7.