《局部放電超聲的光纖散斑感測技術研究》是依託西安交通大學，由徐陽擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：局部放電超聲的光纖散斑感測技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐陽
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
局部放電檢測是評價電力設備絕緣系統健康狀況的重要手段之一。光纖作為介電材料可置入電力設備內，不受電磁干擾，衰減小可完成遠距離測量，在一些傳統測試方法不再適用的場合，如長距離高壓電纜，光纖測量局部放電超聲具有良好的套用前景。本申請提出利用多模光纖散斑干涉法測量局部放電超聲，可避免傳統單模光纖感測相位、偏振不穩定等問題。項目研究中擬結合變壓器油紙絕緣與電纜接頭中典型缺陷的局部放電超聲頻譜特性、局部放電超聲傳播模型、及已有光纖散斑感測模型，建立完整的光纖散斑局部放電超聲感測理論模型。研究光纖散斑局部放電檢測系統中感測光纖的製作工藝及方法，光源、耦合單元、空間濾光器等各組件的參數要求，並設計與搭建相應的感測系統。利用標準超聲源和人工製作變壓器油紙絕緣系統和電纜接頭典型缺陷驗證該光纖感測系統的性能。
結題摘要
本項目提出利用多模光纖的散斑干涉技術檢測變壓器和電纜等電力設備中局部放電過程產生的超音波信號。光纖作為介電材料不受電磁干擾，衰減小，可內置入電力設備內以提高檢測靈敏度，可完成遠距離測量，在一些傳統測試方法不再適用的場合，如長距離高壓電纜，光纖測量局部放電超聲具有良好的套用前景。研究按照三種不同的光纖感測理論展開，即多模光纖中光場散斑 (Speckle)干涉圖譜的感測檢測理論，基於Sagnac效應的單模光纖環路干涉感測原理，以及單模光纖中瑞利散射光干涉效應的相位增強型光時域反射技術(Φ-OTDR)用作超聲感測，三者在感測理論上都有利用相位干涉的共通部分。通過研究光纖感測器在聲場作用下的機械壓力波-光波相位擾動計算模型對比分析了單模光纖和多模光纖在典型的局部放電超音波頻段中的靈敏度頻率回響特性，發現製作同一外形尺寸的光纖感測器，採用多模光纖的聲光轉換回響要低於採用單模光纖。通過構建光纖感測系統的超聲校驗平台以及利用典型的局部放電缺陷模型對Speckle多模光纖感測系統和Sagnac單模光纖環路感測系統的實驗驗證也證實了上述結論。作為實際套用，我們選擇了Sagnac光纖干涉感測系統對變壓器繞組油道內部缺陷引發的局部放電、採用內置於變壓器繞組的光纖感測器來檢測油中傳播的超音波信號，對電纜接頭中的應力錐錯位缺陷和接地懸浮缺陷採用外置在接頭禁止層的光纖感測器，進行固體絕緣中的局部放電超聲檢測的套用研究。另外，光纖感測的另一項突出優勢在於分散式測量，Φ-OTDR分散式感測技術利用了光纖中瑞利散射光的本徵干涉效應，對外界擾動的檢測靈敏度很高，尤其適用於振動、超音波這類產生動態形變的狀態檢測。我們研究了光纖中瑞利散射光的機率統計模型以及驗證了Φ-OTDR技術在實驗室模擬超聲源的長距離分散式定位檢測能力，並對應變和溫度變化做了實驗標定。
