引用本文:
肖春,张海燕,张建民,等. 局部放电光纤检测的梁支撑膜结构光纤F-P传感器设计与仿真[J]. 光通信技术,2021,45(7):28-32
肖 春1,张海燕2,张建民1,卢建生1,杨艳芳1
(1.国网山西省电力公司 营销服务中心,太原 030032;2.中北大学 电气与控制工程学院,太原 030051)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为了提高局部放电光纤检测的灵敏性,提出了一种用于局部放电检测的梁支撑膜结构光纤法布里-珀罗(F-P)传感器的设计方案,在不同的几何参数下对传感器的响应频率、灵敏度、线性范围及平坦度进行了仿真分析。仿真结果表明:与圆膜结构的光纤F-P传感器相比,梁支撑膜结构光纤F-P传感器不仅显示出较高的灵敏度(在某些情况下灵敏度提高了将近3倍)和更宽的频率工作范围,而且改善了传感器的线性范围和平坦度。
关键词:光纤传感;法布里-珀罗干涉仪;梁支撑膜;局部放电;仿真分析
中图分类号:TN256 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2021)07-0028-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.07.007
0 引言
电力变压器内部局部放电容易导致绝缘击穿,造成人员伤亡和巨大经济损失[1]。局部放电检测为监测变压器的工作状态和防止潜在的绝缘击穿提供了重要的途径[2]。
局部放电检测主要包括脉冲电流法、光学检测法等方法[3]。其中,脉冲电流法是一种检测放电电流强度和确定局部放电具体类型的简单方法。然而,这种方法很难确定局部放电的位置,不适合用于运行中的变压器[4],存在灵敏度低和响应速度慢等缺点。光学检测方法难以检测到非常微弱的光信号,因此不经常使用[5]。光纤法布里-珀罗(F-P)传感器具有体积小、重量轻、高频响应、电绝缘和抗电磁干扰噪声等优点,这些优点使光纤F-P传感器满足局部放电检测所需的大多数条件。与此同时,光纤F-P传感器在变压器内部运行可靠,甚至在变压器内部深处也能够检测到局部放电产生的声信号,同时安全且易于安装[6]。然而,与其它检测方法相比,该传感器的灵敏度相对较低,导致微弱局部放电信号不易被检测到[7]。
本文基于理论分析和有限元数值模拟,提出并分析一种新型梁支撑膜结构的光纤F-P传感器。
3 结束语
本文提出了一种性能更好、抗温度变化能力更强的新型光纤F-P传感器梁支撑膜结构的设计方案,对其固有频率、传感器的灵敏度和线性范围等性能进行了详细仿真研究,并与圆膜结构进行了比较。结果表明:梁支撑膜结构提供了额外的几何参数,当整个结构尺寸和膜厚度保持不变时,覆盖了可能用于实际应用的更宽的频率范围,这表明设计灵活性显著增强。此外,在一定的局部放电声压下,梁支撑膜结构不仅将响应灵敏度提高到圆膜结构的4倍,而且还提高了膜形变量的线性范围及膜平坦度。本文的研究工作对光纤F-P传感器的设计有着极大的参考作用,该系统能够监测电力变压器局部放电活动的微弱信号和其它声学信号。