基于光纖電流傳感器的局部放電檢測方法研究

本文提出將根據(jù)Faraday磁光效應原理研制的光纖電流傳感器應用于局放檢
測，以光信號為檢測量，為局部放電光學檢測方法奠定了基礎。分析了不同類型
光纖電流傳感器的特點，利用瓊斯矩陣法對光纖電流傳感器的偏振光系統(tǒng)進行研
究，給出了不同狀態(tài)偏振光的歸一化瓊斯矢量，對本文涉及的光學器件推導了相
應的Jones矩陣，最終建立了光纖電流傳感器的數(shù)學模型。

研制出有效帶寬為300 MHz的全光纖結構光纖電流傳感器，設計了相關的
信號處理電路；采用雙螺線管結構提高傳感器靈敏度，螺線管形狀的通電導體和
光路之間的相對位置關系發(fā)生變化不會影響檢測結果；分析了它的頻率響應特
性、抗干擾特性和光路損耗特性，與傳統(tǒng)光纖電流傳感器相比，該檢測系統(tǒng)頻率
響應范圍寬，靈敏度高。當傳感器采用全光纖閉合結構光路設計并滿足安培環(huán)路
定律時，其抗電磁干擾性能最優(yōu)。

介紹了線性雙折射特性和產(chǎn)生的各種原因；分析了線性雙折射對于系統(tǒng)的影
響，認為線性雙折射是光纖電流傳感器檢測中影響系統(tǒng)測量誤差的主要因素，隨
著線性雙折射的增加，系統(tǒng)靈敏度下降，如果系統(tǒng)沒有線性雙折射，則其它誤差
源的影響將容易預測和處理，并探討了消除線性雙折射的可行措施。
建立了局部放電實驗系統(tǒng)及尖板放電、板板放電、內部放電、沿面放電和懸
浮放電五種典型局放模型，通過本文研制的光纖電流傳感器采集了各種局部放電
信號，實驗結果說明在強干擾環(huán)境下與其他方法相比較，基于光纖電流傳感器的
局部放電檢測具有抗干擾能力強、絕緣特性好和響應速度快等特點。
恰當?shù)靥崛√卣?a target='_blank' class='arckwlink_none'>參數(shù)是進行局部放電進行模式識別的關鍵環(huán)節(jié)，將光纖電流
傳感器采集到的局部放電時域信號轉換為三維時頻譜圖，全面表征了局放信號的
時間分量、頻率分量和放電能量的分布，提取的特征參數(shù)同時反映了原始信號的
時頻特征，各分量之間互不干擾，所以更加準確。

本文采用基于非線性理論的分形盒子維數(shù)和空缺率描述復雜的時頻表面，提
取出局部放電三維時頻譜圖的時頻特征參數(shù)，以描述時頻譜圖峰值處的陡度和下
降沿的變化趨勢，簡化了特征向量的維數(shù)?；跁r頻分析方法的分形理論和BP
神經(jīng)網(wǎng)絡可有效識別不同類型的局部放電，證明光纖電流傳感器可用于局部放電
檢測和故障診斷。