专利名称：基于发光二极管的绝缘子泄漏电流光纤传感器系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电气设备污闪在线监测技术领域，具体涉及变电站和架空输电线路 中绝缘子串的泄漏电流和污闪在线监测的光纤泄漏电流传感器装置。
背景技术：
长期以来，绝缘子串的污闪事故都是�：Φ缌ο低呈涞缦呗钒踩脑帜阎�。 防治绝缘子串污闪的主要措施就是监测输电线路绝缘子串上的泄漏电流，根据绝缘子串 的泄漏电流和污闪过程之间的紧密联系，进一步掌握污闪的机理，这对污闪的预警有着 极其重要的现实意义。在线监测技术的广泛应用对电力系统的绝缘子串防治污闪起着至 关重要的作用，而泄漏电流测量装置是在线监测技术中研究泄漏电流的主要手段。由于 传感器是泄漏电流监测系统的先锋兵，传感系统的精确度、及时性、稳定性和实时性都 是影响测量系统准确度的关键因素，因而，越来越多的先进技术被运用到传感系统中， 用以进一步提高传感系统的性能，从而更好地为电力系统的安全运行提供保证。光通信是21世纪科学技术领域取得的最伟大的成就之一，光通信的广泛应用， 促进了光传感器的兴起与发展。随着激光技术的逐渐成熟，光监测技术作为非接触、 高速度、高精度的监测手段获得了飞速的发展，利用光的各种属性如干涉、衍射、偏 振、反射、吸收和发光等，光纤传感技术不仅在城市建设、土木工程、环境监测、生物 医学和航天航空领域得到广泛的应用，而且也为电力系统安全运行提供了一种新的监测 手段。光纤传感器技术以其独特的优点在各个领域发挥着巨大的作用。尤其是它可以在 强电磁干扰、高温高压、原子辐射、易爆、化学腐蚀等恶劣条件下使用，所以光纤传感 技术也开始在电力系统中崭露头角。现有的光纤电流传感器系统，如2009年1月21日公开的公开号为CN 101351714A的“光纤电流传感器”专利，包括光源、消偏振器、偏振光分束器、双折 射调制器、法拉第旋转器、保偏光纤、两个四分之一波片，传感光纤和探测器等，其传 感器光纤围绕在被监测的载流导线上，是基于法拉第磁光效应而研制成的电流传感器系 统。该电流传感器系统的主要缺点是频率响应差，电磁抗干扰能力极差，极易受到周 围的磁场影响，相位变化也比较细微不好分辨，对监测仪器的精密度要求非常高，这些 都导致了其监测精度不高。
发明内容
本发明的目的是针对现有的光纤电流传感器系统的不足，提供一种基于发光二 极管的绝缘子泄漏电流光纤传感器系统，用于测量交流高压架空输电线路污秽绝缘子串 上的泄漏电流，该系统具有安装方便，传感灵敏度高，线性度好，尤其是抗电磁干扰能 力强，可以选择性的测量泄漏电流的正波或是半波，监测泄漏电流的精度高，实时运行 可靠性高，实用性强等特点。实现本发明目的的技术方案是一种基于发光二极管的绝缘子泄漏电流光纤传感器系统，主要包括固定支架、传感器探头、光纤、光电转换器、信号调制器、数据采 集卡和计算机等。所述的固定支架为由两个开口圆环和一个探头支架构成的开口钳形支架。所述 的两个开口圆环的材质为黄铜，每个开口圆环由两个半圆环咬合而成。所述的每个开口 圆环的内径为75mm 82mm、外径为85mm 92mm、厚度为IOmm 15mm，两个开 口圆环分别夹持在架空线路杆塔上被测绝缘子串的相邻绝缘子的钢帽上，用以监测流过 绝缘子串的泄漏电流。在所述的每个开口圆环的半圆环开口处和中间分别设置螺孔，分 别通过螺栓和螺钉将开口圆环固定连接在被监测绝缘串的相邻绝缘子的钢帽上。在每个 半圆环开口处用第一螺栓和螺孔将两个半圆环咬合套圈在钢帽上，在两个半圆环的中间 分别通过螺钉和螺孔将两个半圆环与被夹持绝缘子钢帽的接触，并使开口圆环的安装和 拆卸非常方便。在每个开口圆环的闭口端上分别设置螺孔，用第二螺栓将两个半圆环连 接成闭口状，并调节开口圆环的开度。所述的探头支架由两根长度为280mm 290mm 的横臂和一根长度为147mm 152mm的纵臂构成，其材质为有机玻璃，两根横臂和一根 纵臂均为空心臂，每根空心臂的横截面为长24mm 26mm、宽20mm 22mm的矩形， 空心臂的内空心的截面为直径5.5mm 6.5mm的圆形。在每根空心臂的两端均设置有螺 孔，两根空心横臂的一端通过第二螺栓，分别与所述的两个开孔圆环的闭口端固接，两 根空心横臂的另一端分别通过螺孔和第三螺栓与纵臂的两端固接，并保证所述的横臂和 纵臂的空心能够形成贯通的空心通道，用以放置引导泄漏电流的电缆。在所述的纵臂的 外侧中部，通过螺钉固接有传感器探头。所述的两根电缆的一端分别与前述的铜质开口 圆环的闭口端连接，每根电缆的另一端分别穿过空心纵臂中部的外侧壁，分别与传感器 探头的发光二极管LED (LED = Light Emitting Diode)两端相连，用以监测被测绝缘子串 中的泄漏电流。所述的传感器探头由外壳、发光二极管LED和保护二极管D(D = Diode)构 成。所述的外壳的材质为不锈钢金属，外形为一长方体，长度为30mm 34mm、宽度 为24mm 26mm、高度为22mm 24mm、壁厚为1.5mm 2.5mm。在所述的外壳的 底面上下边侧分别固接有带螺孔的连接耳，分别通过螺钉和连接耳将所述的传感器探头 固接在所述的探头支架的纵臂的中部外侧面上。在所述的外壳的外表面均勻的装设一层 厚度为0.1mm Imm的环氧树脂，用以起绝缘和防水作用，确保传感器探头的安全。所 述的外壳内部装设有反向并联的发光二极管LED和保护二极管D，两个并联点经用绝缘 导线引出壳体并分别与所述的空心通道中的两根电缆的一端连接，发光二极管LED将被 测绝缘子串的泄漏电流信号转化为光信号，保护二极管D用以限制流过LED发光二极管 的电流幅值，对发光二极管LED起保护作用。在所述外壳的顶面外侧，装设有穿过外壳 安与光纤相连的光纤耦合器，光纤耦合器将传感器探头中的发光二极管LED发出的光信 号耦合进入光纤。光纤的另一端通过光纤耦合器与光电转换器的输入端连接，用以将发 光二极管LED发出的光信号传输到光电转换器中。所述的光电装转换器，主要由壳体、光电探测器和电源组成。所述的壳体为一 不锈钢长方形壳体，其长度为39mm 40mm、宽度为24mm 26mm、高度为20mm 22mm、壁厚为1.5mm 2.5mm。所述的光电探测器为市购高性能光电探测器，其总响 应度为200kV/W，输出选用1ΜΩ负载(AC或DC)，最大输出为8V。所述的光电探测器装设在所述的壳体内，光电探测器的电源端通过设置在所述壳体上壁的电缆接头与直 流12V电源相连接，光电探测器的输入端通过固定在所述壳体左壁的光纤耦合器与光纤 连接，用于接收从光纤传输来的由传感器探头发出的光信号，所述的光电探测器将由光 纤传输而来的光信号转换为电信号后，通过固接于所述壳体右壁的信号电缆接口将信号 传送进信号电缆，进而通过信号电缆连接信号调制器的输入端，从而将电信号传输至信 号调制器进行处理。所述的信号调制器由常规信号放大电路和滤波电路组成。其输入端通过信号电 缆与所述的光电转换器连接，其输出端通过电缆与数据采集卡连接。信号调制器将经过 光电转换器转化而来的电信号进行放大和滤波，继而传输给数据采集卡。所述的数据采集卡为市购元件。采集卡为美国国家仪器(Ni)有限公司X系列数 据采集设备，其单通道采样率为1.25MS/S，多通道工作时采样率为lMS/s，16路模拟输 入，16位分辨率，模拟输出为2路，24条数字I/O线(其中8条为IOMHz硬件定时线)， D/0最大时钟频率达到10MHz，采用USB串行接口，支持Windows 7/Vista/XP/2000操 作系统。所述的数据采集卡将从信号调制器传输来的电信号进行D/A转换，并经过USB 端口输送至计算机进行处理。所述的计算机为市购台式机，计算机的内存为4GBDDR3，处理器为英特尔酷 睿处理器i5-460M，采用Windows 7操作系统，硬盘为500GB，大容量的硬盘和高端的内 存，足以保证计算机胜任数据的存储和分析工作。所述的计算机通过USB接口与所述的 采集卡相连，将从数据采集卡输送而来的数据进行存储和分析及显示，以便工作人员亦 可以通过计算机的人机交互界面实时观察绝缘子串上的泄漏电流的变化情况。本发明的使用方法是安装时首先分别将固定支架的开口圆环的开口端的第一 螺栓取下，并退出两个开口圆环的半圆环中部的螺钉，调节开口圆环的开口大�。� 夹套在被测绝缘子串相邻的绝缘子的两个钢帽上后，将第一螺栓安装进开口前端的螺孔 并拧紧。其次分别将半圆环中部的螺钉拧进，保证螺钉的尖端与绝缘子的钢帽接触紧 密。然后将光纤两个端口分别与传感器探头输出端和光电转换器输入端的光电耦合器连 接，以完成光路的连接。合理分布光纤，尽量远离输电导线，并避免光纤剧烈弯折，使 其顺着架空线路杆塔连接至光电转换器。最后光信号经过光电转换器处理后，由信号电 缆将从光电转换器中传来的电信号依次送往信号调制器和采集卡，直至计算机。拆卸 时，只需从各个接口处拆除即可拆为散件，也方便更换其中的个别零部件。本发明基于发光二极管的绝缘子泄漏电流光纤传感器系统的检测泄漏电流的幅 值为 0.1mA 100mA、频率为 5Hz 10kHz、灵敏度为 39.8mV/mA 40.2mV/mA。本发明采用上述的技术方案后主要具有如下的效果1本发明的固定支架用于采集泄漏电流的钳形套圈为铜制的开口圆环，能够稳定 的抓取绝缘子的钢帽。在固定支架的两个开口圆环前端都设置有螺栓，方便在拆卸时将 每个开口圆环打开和闭合，每个圆环的两个半圆环后端嵌套在一个螺杆上，两开口圆环 可以围绕此螺杆转动，从而改变开口大小，方便安装在各种尺寸绝缘子的钢帽上。在每 个开口圆环的半圆环中部各有一个螺钉孔，安装螺钉后能紧压在钢结构体上，进一步保 证套圈与钢帽和钢脚良好的电接触。固定支架相对于绝缘子尺寸和其他连接处的尺寸都 比较�。衅魈酵返奶寤肯喽远急冉闲。子谙殖“沧昂筒鹦叮阌谕乒阌τ�。
2本发明的固定支架的横臂和纵臂部分由有机玻璃绝缘材料加工而成，内部中心 有一直径5.5mm 6.5mm的空心通道。空心通道用于放置电缆，此电缆作为泄漏电流的 引出导线，将从钳形套圈上采集的泄漏电流引到位于中部的传感器探头中。用电缆传输 电流能避免周围电磁场的侵入和干扰，大大加强了传感器的抗电磁干扰能力。3本发明对被测绝缘子串的泄漏电流信号进行光电转换，比传统的电磁转换有着 独特的光电隔离优势，发明中将发光二极管串联在泄漏电流的传导电路中，使得LED发 光，经光纤传输继而通过光电转换器将光纤中传来的光信号进行转换，从而实现光强与 电压的物理量转变，方便测量相应的电压值。这样大大避免了传统传感器中的电磁耦合 传感中电磁转化的过程，从而提高了监测的灵敏度和准确性。4本发明使用光纤作为传输信号的通道，发明中所述的多模光纤的最优传输光波 与所述探头中LED发光二极管的发光波长相对应，以此达到在光纤中输送信号衰减最小 的目的。与传统的电缆传输信号相比，光纤的高保真性能要更胜一筹。光纤的高抗干扰 性能大大避免了光信号在传输过程受周围环境的电磁干扰，而且采用光电耦合的方式进 行隔离使得线路运行高压端和监测控制低压端长距离分隔，极大地提高了运行管理人员 工作的安全性。5本发明的光电转换器是特别研制的光电转换装置，对光强的敏感性极好，总响 应度达到200kV/W，可以测到微安级的微小泄漏电流，保证对线路绝缘子串上的泄漏电 流有高速的响应，从而进一步提高了监测的准确性和灵敏度。6在本发明的传感器探头中，用于测量泄漏电流的发光二极管LED工作灵敏度 高，寿命长，带有法兰盘，安装更换方便，并且发光二极管LED两端并联有保护二极管 D,其导通方向与LED相反，保护二极管D不仅用于导通与LED导通方向相反的电流， 而且能够限制LED导通方向上有过大的电流通过，因此本发明能选择性的对泄漏电流的 不同半波独立的进行监测。7本发明对泄漏电流的采集灵敏度高，可以准确测量到叠加有大幅值脉冲的泄漏 电流波形，传感器的检测范围为0.1mA 100mA，频率范围为5Hz 10kHz，灵敏度约 为 40mV/mA。本发明可广泛用于新建的和已经投入运行的变电站及架空输电线路的高压交流 输电线路中。
图1为本发明的结构原理图；图2为本发明的固定支架的正视结构图；图3为图2的俯视图；图4为本发明的传感器探头的内部电路原理图；图中L为绝缘子串上的泄漏电流，Ia为流过LED的电流，Ib为流过保护二极 管的电流。图5为本实施例1中传感器探头的实地安装图；图6为本实施例1正弦电流测试响应波形图；图中曲线a为函数发生器加在电阻上产生的正弦电流信号，作为对照，频率50HZ,曲线b为本发明测得的电压信号。图7为本实施例1方波脉冲电流测试响应波形图；图中曲线a为函数发生器加在电阻上产生的方波电流信号，作为对照，频率 50HZ,曲线b为本发明测得的电压信号。图8为本实施例1脉冲电流测试响应波形图；图中曲线a为函数发生器加在电阻上产生的脉冲电流信号，作为对照，频率 50HZ,曲线b为本发明测得的电压信号。图9为本实施例1实测的绝缘子串轻度污秽情况下泄漏电流波形图；图中曲线a为经过采样电阻的电流波形，曲线b为本发明测得的电压信号波 形，运行电压为10kV。图10为本实施例1实测的绝缘子串中度污秽情况下泄漏电流波形图；图中曲线a为经过采样电阻的电流波形，曲线b为本发明测得的电压信号波 形，运行电压为15kV。图11为本实施例1测量的全量程线性度曲线图。图12为本实施例1测量0.1mA 0.8mA微弱泄漏电流的线性度曲线图。图中1传感器探头，2光纤，3光电转换器电源，4光电转换器，5信号电缆，
6信号调制器，7数据采集卡，8计算机，9开口圆环，10横臂，11纵臂，12光纤耦合 器，13电缆接头，14信号电缆接口，15光电探测器，16第一螺栓，17螺钉，18第二螺 栓，19空心通道，20第三螺栓，21连接耳，22架空线路杆塔，23绝缘子串，24输电导 线。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
进一步说明本发明。实施例1如图1 4所示，一种基于发光二极管的绝缘子泄漏电流光纤传感器系统，主要 包括固定支架、传感器探头1、光纤2、光电转换器4、信号调制器6、数据采集卡7和计 算机8等。所述的固定支架为由两个开口圆环9和一个探头支架构成的开口钳形支架。所 述的两个开口圆环9的材质为黄铜，每个开口圆环9由两个半圆环咬合而成。所述的每 个开口圆环9的内径为80mm、外径为90mm、厚度为10mm，两个开口圆环9分别夹持 在架空线路杆塔22上被测绝缘子串23的相邻绝缘子的钢帽上，用以监测流过绝缘子串23 的泄漏电流。在所述的每个开口圆环9的半圆环开口处和中间分别设置螺孔，分别通过 螺栓和螺钉将开口圆环9固定连接在被监测绝缘子串的相邻绝缘子的钢帽上。在每个半 圆环开口处用第一螺栓16和螺孔将两个半圆环咬合套圈在钢帽上，在两个半圆环的中间 分别通过螺钉17和螺孔将两个半圆环与被夹持绝缘子钢帽的接触，并使开口圆环9的安 装和拆卸非常方便。在每个开口圆环9的闭口端上分别设置螺孔，用第二螺栓将两个半 圆环连接成闭口状，并调节开口圆环9的开度。所述的探头支架由两根长度为285mm的 横臂10和一根长度为150mm的纵臂11构成，其材质为有机玻璃，两根横臂10和一根纵 臂11均为空心臂，每根空心臂的横截面为长25mm、宽21mm的矩形，空心臂的内空心的截面为直径6mm的圆形。在每根空心臂的两端均设置有螺孔，两根空心横臂的一端通过 第二螺栓18，分别与所述的两个开孔圆环9的闭口端固接，两根空心横臂10的另一端分 别通过螺孔和第三螺栓20与纵臂11的两端固接，并保证所述的横臂10和纵臂11的空心 能够形成贯通的空心通道19，用以放置引导泄漏电流的电缆。在所述的纵臂11的外侧中 部，通过螺钉固接有传感器探头1。所述的两根电缆的一端分别与前述的铜质开口圆环9 的闭口端连接，每根电缆的另一端分别穿过空心纵臂11中部的外侧壁，分别与传感器探 头1的发光二极管LEDCLED = Light Emitting Diode)两端相连，用以监测被测绝缘子串 23中的泄漏电流。所述的传感器探头1由外壳、发光二极管LED和保护二极管D (D = Diode)构 成。所述的外壳的材质为不锈钢金属，外形为一长方体，长度为30mm、宽度为25mm、 高度为23mm、壁厚为2mm。在所述的外壳的底面上下边侧分别固接有带螺孔的连接耳 21，分别通过螺钉和连接耳21将所述的传感器探头1固接在所述的探头支架的纵臂11的 中部外侧面上。在所述的外壳的外表面均勻的装设一层厚度为0.5mm的环氧树脂，用以 起绝缘和防水作用，确保传感器探头1的安全。所述的外壳内部装设有反向并联的发光 二极管LED和保护二极管D，两个并联点经用绝缘导线引出壳体并分别与所述的空心通 道19中的两根电缆的一端连接，发光二极管LED将被测绝缘子串的泄漏电流信号转化为 光信号，保护二极管D用以限制流过LED发光二极管的电流幅值，对发光二极管LED起 保护作用。在所述外壳的顶面外侧，装设有穿过外壳安与光纤相连的光纤耦合器12，光 纤耦合器12将传感器探头1中的发光二极管LED发出的光信号耦合进入光纤2。光纤2 的另一端通过光纤耦合器与光电转换器4的输入端连接，用以将发光二极管LED发出的 光信号传输到光电转换器4中。所述的光电装转换器4，主要由壳体、光电探测器15和电源3组成。所述的 壳体为一不锈钢长方形壳体，其长度为39.5mm、宽度为26mm、高度为22mm、壁厚为 2mm。所述的光电探测器15为市购高性能光电探测器，其总响应度为200kV/W，输出 选用IM Ω负载(AC或DC)，最大输出为8V。所述的光电探测器15装设在所述的壳 体内，光电探测器的电源端通过设置在所述壳体上壁的电缆接头13与直流12V电源相连 接，光电探测器15的输入端通过固定在所述壳体左壁的光纤耦合器与光纤2连接，用于 接收从光纤2传输来的由传感器探头1发出的光信号，所述的光电探测器15将由光纤2 传输而来的光信号转换为电信号后，通过固接于所述壳体右壁的信号电缆接口 14将信号 传送进信号电缆5，进而通过信号电缆5连接信号调制器6的输入端，从而将电信号传输 至信号调制器6进行处理。所述的信号调制器6由常规信号放大电路和滤波电路组成。其输入端通过信号 电缆5与所述的光电转换器4连接，其输出端通过电缆与数据采集卡7连接。信号调制 器6将经过光电转换器4转化而来的电信号进行放大和滤波，继而传输给数据采集卡7。所述的数据采集卡7为市购元件。采集卡为美国国家仪器(Ni)有限公司X系 列数据采集设备，型号为NIUSB-6351，其单通道采样率为1.25MS/s，多通道工作时采 样率为lMS/s，16路模拟输入，16位分辨率，模拟输出为2路，24条数字I/O线(其中 8条为IOMHz硬件定时线)，D/0最大时钟频率达到10MHz，采用USB串行接口，支持 Windows 7/Vista/XP/2000操作系统。所述的数据采集卡7将从信号调制器6传输来的电信号进行D/A转换，并经过USB端口输送至计算机8进行处理。所述的计算机8为市购台式机，计算机8的内存为4GBDDR3，处理器为英特尔 酷睿处理器i5-460M，采用Windows 7操作系统，硬盘为500GB，大容量的硬盘和高端的 内存，足以保证计算机8胜任数据的存储和分析工作。所述的计算机通过USB接口与所 述的采集卡相连，将从数据采集卡7输送而来的数据进行存储和分析及显示，以便工作 人员亦可以通过计算机8的人机交互界面实时观察被测绝缘子串23上的泄漏电流的变化 情况。本实施例的基于发光二极管的绝缘子泄漏电流光纤传感器系统的检测泄漏电流 的幅值为0.1mA 100mA、频率为5Hz 10kHz、灵敏度为40.1mV/mA。实施例2一种基于发光二极管的绝缘子泄漏电流光纤传感器系统，同实施例1，其中 两个开口圆环9的内径为82mm、外径为92mm、环的厚度为13mm ；探头支架的横臂10 长为290mm，纵臂11长为147mm，空心横臂10和纵臂11的矩形截面长度为26mm、 宽度为20mm;空心横臂10和纵臂11内的空心通道19的直径为5.5mm;传感器探头 1的外壳长33mm、宽26mm、高22mm、壁厚为1.5mm，外壳外层的环氧树脂涂层厚度 为0.1mm;光电转换器4的壳体的长度为39mm、宽度为25mm、高度为21mm、壁厚为 1.5mm。检测泄漏电流的灵敏度为39.8mV/mA。实施例3一种基于发光二极管的绝缘子泄漏电流光纤传感器系统，同实施例1，其中 两个开口圆环9的内径为76mm，外径为86mm，环的厚度为15mm ；探头支架的横臂10 长为280mm，纵臂11长为152mm，空心横臂10和纵臂11的矩形截面长度为24mm， 宽度为22mm;空心横臂10和纵臂11内的空心通道19的直径为6.5mm ；传感器探头 1的外壳长32mm、宽24mm、高24mm、壁厚为2.5mm，外壳外层的环氧树脂涂层厚 度为Imm;光电转换器4的壳体长度为40mm、宽度为24mm、高度为20mm、壁厚为 2.5mm。检测泄漏电流的灵敏度为40.2mV/mA。试验结果对本发明实施例1的泄漏电流传感器进行以下测试1、响应度和线性度的测试。测试方法是用函数产生不同电压幅值的正弦、 方波和单脉冲电压信号，将已知阻值的采样电阻接在电压信号两端以产生一定幅值的电 流信号，作为电流传感器系统的测试信号。将传感器探头的进线端和引出端串联入电路 中，然后将从信号调制器中输出的信号输入示波器，通过示波器读取电压值，记录实验 数据并采用描点法绘制出本发明电流传感器的响应曲线和线性度曲线。如图6、图7、图 8、图11和图12所示。2、污秽绝缘子泄漏电流的测试实验。试验用雾室为有机玻璃罐，体积参数为 φ 1500X2000mm,试验变压器为YDW-50/50，额定容量为50kVA，额定输出电压为 50kV,额定输出电流为1A，满足IEC60507和GB/T4584-2004对交流污秽试验电源的要 求。试品为盘型悬式绝缘子，型号为XP-70。试验中分别用等值盐密度为0.05mg/mm2 和O.lmg/mm2的污秽度模拟轻度污秽和中度污秽的运行工况，绝缘子串的试验运行电压 为IOkV和15kV。测试结果分别如图9和图10所示。
从上述试验结果知本发明在实际试验测量时，如图6、图7和图7所示，传 感器系统对正弦、方波和脉冲电流的测量都比较准确的捕捉了原波形的特征，从图9和 图10可以看出，对工频电压作用下运行的绝缘子串的泄漏电流，本发明也能做出灵敏而 准确的反映，从其全量程和微小量程上的线性度看，本发明可以对0.1mA IOOmA范围 内的泄漏电流进行实时监测，而且传感器的灵敏度稳定的维持在40mV/mA，拟合度均达 到99.98%以上。综上所述本发明能满足工程实际对架空线路绝缘子串泄漏电流在线监测 的要求，并具有精度高，线性度好，灵敏度高，抗干扰能力强等特点，而且装卸非常方 便，可广泛用于新建的和已投入运行的变电站及架空输电线路的高压交流输电线路中。
权利要求
1. 一种基于发光二极管的绝缘子泄漏电流光纤传感器系统，主要包括固定支架、传感器探头(1)、光纤(2)、光电转换器(4)、信号调制器(6)、数据采集卡(7)和计算机 ⑶；所述的固定支架为由两个开口圆环(9)和一个探头支架构成的开口钳形支架，所述 的两个开口圆环(9)的材质为黄铜，每个开口圆环(9)由两个半圆环咬合而成，所述的 每个开口圆环(9)的内径为75mm 82mm、外径为85mm 92mm、厚度为IOmm 15mm,两个开口圆环(9)分别夹持在架空线路杆塔(22)上被测绝缘子串(23)的相邻 绝缘子的钢帽上，在所述的每个开口圆环(9)的半圆环开口处和中间分别设置螺孔，分 别通过螺栓和螺钉将开口圆环(9)固定连接在被监测绝缘子串(23)的相邻绝缘子的钢帽 上，在每个半圆环开口处用第一螺栓(16)和螺孔将两个半圆环咬合套圈在钢帽上，在两 个半圆环的中间分别通过螺钉(17)和螺孔将两个半圆环与被夹持绝缘子钢帽的接触，在 每个开口圆环(9)的闭口端上分别设置螺孔，用第二螺栓将两个半圆环连接成闭口状， 并调节开口圆环(9)的开度，所述的探头支架由两根长度为280mm 290mm的横臂(10) 和一根长度为147mm 152mm的纵臂(11)构成，其材质为有机玻璃，两根横臂(10)和 一根纵臂(11)均为空心臂，每根空心臂的横截面为长24mm 26mm、宽20mm 22mm 的矩形，空心臂的内空心的截面为直径5.5mm 6.5mm的圆形，在每根空心臂的两端均 设置有螺孔，两根空心横臂的一端通过第二螺栓(18)，分别与所述的两个开孔圆环9的 闭口端固接，两根空心横臂(10)的另一端分别通过螺孔和第三螺栓(20)与纵臂(11)的 两端固接，并保证所述的横臂(10)和纵臂(11)的空心能够形成贯通的空心通道(19)， 用以放置引导泄漏电流的电缆，在所述的纵臂(11)的外侧中部，通过螺钉固接有传感器 探头(1)，所述的两根电缆的一端分别与前述的铜质开口圆环(9)的闭口端连接，每根电 缆的另一端分别穿过空心纵臂(11)中部的外侧壁，分别与传感器探头(1)的发光二极管 LED两端相连；所述的传感器探头(1)由外壳、发光二极管LED和保护二极管D构成，所述的外壳 的材质为不锈钢金属，外形为长方体，长度为30mm 34mm、宽度为24mm 26mm、 高度为22mm 24mm、壁厚为1.5mm 2.5mm，在所述的外壳的底面上下边侧分别固接 有带螺孔的连接耳(21)，分别通过螺钉和连接耳(21)将所述的传感器探头(1)固接在所 述的探头支架的纵臂(11)的中部外侧面上，在所述的外壳的外表面均勻的装设一层厚度 为0.1mm Imm的环氧树脂，所述的外壳内部装设有反向并联的发光二极管LED和保 护二极管D，两个并联点经用绝缘导线引出壳体并分别与所述的空心通道(19)中的两根 电缆的一端连接，发光二极管LED将被测绝缘子串的泄漏电流信号转化为光信号，保护 二极管D用以限制流过LED发光二极管的电流幅值，在所述外壳的顶面外侧，装设有穿 过外壳安与光纤相连的光纤耦合器(12)，光纤耦合器(12)将传感器探头(1)中的发光二 极管LED发出的光信号耦合进入光纤(2)，光纤(2)的另一端通过光纤耦合器与光电转换 器(4)的输入端连接，用以将发光二极管LED发出的光信号传输到光电转换器(4)中；所述的光电装转换器(4)，主要由壳体、光电探测器(15)和电源(3)组成，所述的 壳体为一不锈钢长方形壳体，其长度为39mm 40mm、宽度为24mm 26mm、高度为 20mm 22mm、壁厚为1.5mm 2.5mm，所述的光电探测器(15)装设在所述的壳体内， 光电探测器的电源端通过设置在所述壳体上壁的电缆接头(13)与直流12V电源相连接，光电探测器(15)的输入端通过固定在所述壳体左壁的光纤耦合器与光纤(2)连接，用于 接收从光纤(2)传输来的由传感器探头(1)发出的光信号，所述的光电探测器(15)将由 光纤(2)传输而来的光信号转换为电信号后，通过固接于所述壳体右壁的信号电缆接口 (14)将信号传送进信号电缆(5)，进而通过信号电缆(5)连接信号调制器(6)的输入端， 从而将电信号传输至信号调制器(6)进行处理；所述的信号调制器(6)的输入端通过信号电缆(5)与所述的光电转换器(4)连接，其 输出端通过电缆与数据采集卡(7)连接，信号调制器(6)将经过光电转换器(4)转化而来 的电信号进行放大和滤波，继而传输给数据采集卡(7)；所述的数据采集卡(7)将从信号调制器(6)传来的电信号进行D/A转换，并经过 USB端口输送至计算机(8)进行处理；所述的计算机(8)通过USB接口与数据采集卡(7)相连，将从数据采集卡(7)输送 而来的数据进行存储和分析及显示。
2.按照权利要求1所述的基于发光二极管的绝缘子泄漏电流光纤传感器系统，其特征 在于检测泄漏电流的幅值为0.1mA 100mA、频率为5Hz 10kHz、灵敏度为39.8mV/ mA 40.2mV/mA。
3.按照权利要求1所述的基于发光二极管的绝缘子泄漏电流光纤传感器系统，其特征 在于两个开口圆环(9)的内径为80mm，外径为90mm，环的厚度为IOmm ；探头支架的 横臂(10)长为285mm，纵臂(11)长为150mm，空心横臂(10)和纵臂(11)的矩形截面 长度为25mm、宽度为21mm ；空心横臂(10)和纵臂(11)内的空心通道(19)的直径为 6mm ；传感器探头(1)的外壳长30mm、宽25mm、高23mm、壁厚为2mm，外壳外层的 环氧树脂涂层厚度为0.5mm ；光电转换器⑷的壳体长度为39.5mm、宽度为26mm、高 度为22mm、壁厚为2mm。
4.按照权利要求1所述的基于发光二极管的绝缘子泄漏电流光纤传感器系统，其特征 在于两个开口圆环(9)的内径为82mm、外径为92mm、环的厚度为13mm;探头支架的 横臂(10)长为290mm、纵臂(11)长为147mm，空心横臂(10)和纵臂(11)的矩形截面 长度为26mm、宽度为20mm ；空心横臂(10)和纵臂(11)内的空心通道(19)的直径为 5.5mm ；传感器探头(1)的外壳长33mm、宽26mm、高22mm、壁厚为1.5mm，外壳外 层的环氧树脂涂层厚度为0.1mm;光电转换器⑷的壳体长度为39mm、宽度为25mm、 高度为21mm、壁厚为1.5mm。
5.按照权利要求1所述的基于发光二极管的绝缘子泄漏电流光纤传感器系统，其特征 在于两个开口圆环(9)的内径为76mm、外径为86mm、环的厚度为15mm;探头支架的 横臂(10)长为280mm、纵臂(11)长为152mm，空心横臂(10)和纵臂(11)的矩形截面 长度为24mm、宽度为22mm ；空心横臂(10)和纵臂(11)内的空心通道(19)的直径为 6.5mm ；传感器探头(1)的外壳长32mm、宽24mm、高24mm、壁厚为2.5mm，外壳外 层的环氧树脂涂层厚度为Imm;光电转换器(4)的壳体长度为40mm、宽度为24mm、高 度为20mm、壁厚为2.5mm。
全文摘要
一种基于发光二极管的绝缘子泄漏电流光纤传感器系统，属于电气设备污闪在线监测技术领域。本发明包括固定支架、传感器探头、光纤、光电转换器、信号调制器、数据采集卡和计算机等。其特征传感器探头以泄漏电流作为LED的发光驱动而发出光信号，继而通过光纤传输至光电转换器转化为电信号，再依次经过信号调制器和数据采集卡输送至计算机分析。本发明能选择性的对泄漏电流的不同半波独立的进行实时监测，具有抗干扰能力强，灵敏度高，测量泄漏电流的精度高，安全性好，安装和拆卸方便，便于推广应用的特点。本发明可广泛用于新建和已投入运行的变电站及架空输电线路的高压交流输电线路中。
文档编号G01R15/24GK102012451SQ201010538230
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者姚陈果, 孙才新, 李成祥, 杜林 , 王建, 米彦, 胡建林, 蒋兴良 申请人:重庆大学
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