一种超特高压线路绝缘子电场分布监测装置的制作方法

本发明是一种超特高压线路绝缘子电场分布监测装置，属于电场强度监测设备技术领域。

背景技术

绝缘子是架空输电线路的重要部件之一，其性能优劣将直接影响到整条线路的运行安全，随着输电线路电压等级的提高，绝缘子所承受的机械和电气负荷日渐加重，这使得电网正常运行对绝缘子的优劣性要求越来越高，绝缘子在整个输配电系统中应用广泛，尤其是在近年大力发展的超高压、特高压交、直流输电系统中，绝缘子的安全运行问题更是直接决定了整个系统的投资以及安全水平。当前输电设备事故中，其中一个重要的问题是绝缘子劣化问题，绝缘子的绝缘下降可能引发闪络、断裂、掉串、导线落地等事故，危及电网安全，因此检测劣化绝缘子对电网的运行安全具有十分重要的意义。

目前通过测量绝缘子串电位分布来判断劣化绝缘子的判据已非常成熟，但测量装置本身并不完善，目前的操作方法也比较繁琐，都是电位分布测量仪配合绝缘杆等操作人员手动操作，特别是在绝缘子串增长以后，极大的增加了这种方法的现场操作难度，限制了该方法在现场检测中的使用，为此，本发明提供一种超特高压线路绝缘子电场分布监测装置。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种超特高压线路绝缘子电场分布监测装置，以解决上述背景技术中提出的问题，该超特高压线路绝缘子电场分布监测装置设计合理，光学电场传感器全部需采用无源器件，改变以往人工操作的不确定性、重复性差等问题，能大幅降低现场工作强度，提高测量精度，并保障现场作业的安全性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种超特高压线路绝缘子电场分布监测装置，包括设备端、绝缘杆和光学电场传感器，所述设备端内从右至左依次安装有计算机、模拟除法器、滤波器、光电转换器、发光二极管和蓄电池，所述设备端上设置有收纳室，所述光学电场传感器内设置有底板，所述底板的顶部安装有pokeles元件，所述pokeles元件的两端分别安装有四分之一波片和检偏器，所述发光二极管通过光纤一与四分之一波片连接，所述检偏器通过光纤二与光电转换器连接，所述设备端的前侧安装有数字显示器和操作按键，所述计算机内设置有数据库。

实现步骤如下：

步骤一：偏振光产生；来自发光二极管(λ＝0.86)的光通过光纤一和四分之一波片进pokeles元件(bi4ge3o2晶体简称bgo)，在四分之一波片的作用下，发光二极管的光变为圆偏振光；

步骤二：偏振光分解；入射的偏振光进入bgo晶体中，由于bgo晶体中pockels效应的作用，偏振光沿x3轴射入bgo晶体后，分解为两束线偏振光，(pockels效应为线性效应，只存在于某些不具有对称中心的晶体，当入射光沿bgo晶体光轴入射，不加电场时，入射光在bgo晶体内不发生双折射，加电场后，bgo晶体感生双折射，光的相位发生变化，通过检测相位差可以反映电场强度)；

步骤三：方向改变；步骤二中的两束线偏振光的传播方向一致，其偏振方向分别平行于bgo晶体的x轴和y轴，由于两束线偏振光在bgo晶体中的传播速度不同，随着光束在bgo晶体中的传播，两束线偏振光的相位差逐渐增大，由bgo晶体出射后其相位差达最大，因两双折射光束的偏振方向不一致，它们不能直接产生干涉，为了检测这个相位差，利用检偏器将这两双折射光束的偏振方向变为一致，使其成为同频率、同方向的相干光束，产生干涉，这样，就把相位调制光变成了振幅调制光，将相位的检测变成了光强的检测；

步骤四：光电转换；同频率、同方向的两双折射光束通过光纤二进入光电转换器，光电转换器把干涉光强变成电信号，滤波器对电信号中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电信号并传递给模拟除法器；

步骤五：数字处理；模拟除法器通过数学模型的构建，将检测到的光强转化成电场强度的实际值并以数字信号传递给计算机；

步骤六：电场强度显示；计算机对数字信号进行处理，并通过数字显示器将电场强度实际值显示出来，并存入数据库。

作为本发明的一种优选实施方式，所述收纳室上安装有收纳室门。

作为本发明的一种优选实施方式，所述设备端的顶部安装有把手。

作为本发明的一种优选实施方式，所述光学电场传感器安装在绝缘杆的一端。

作为本发明的一种优选实施方式，所述计算机通过监测电路分别与操作按键和模拟除法器电性连接。

作为本发明的一种优选实施方式，所述计算机通过指令电路分别与数字显示器和发光二极管电性连接。

作为本发明的一种优选实施方式，所述蓄电池通过供电电路分别与计算机、模拟除法器、滤波器、光电转换器、发光二极管和数字显示器电性连接。

本发明的有益效果：本发明的一种超特高压线路绝缘子电场分布监测装置，包括设备端、绝缘杆、光学电场传感器、计算机、模拟除法器、滤波器、光电转换器、发光二极管、蓄电池、收纳室、光纤一、光纤二、底板、四分之一波片、pokeles元件、检偏器、数字显示器、操作按键、数据库、收纳室门和把手；

1.此超特高压线路绝缘子电场分布监测装置采用先进的光学电场传感技术，能够在高压环境下不受电磁场干扰及环境气候的影响，并且能够在不停电的情况下，不用接触到绝缘子金具端的方式测量绝缘子串电场分布，进而分析绝缘子串的绝缘情况，找到零值绝缘子，能够为输电线路及变电站设备的安全运行提供保障，具有非常好的社会效益和经济效益。

2.此超特高压线路绝缘子电场分布监测装置能够提高超高压输电线路运维工作效率，降低工作成本，降低输电线路风险运行时间，从而保障输电线路的安全运行，利用光学电场传感器不仅克服了现有电子类电场检测设备会引起电场的严重畸变的弊端，更能够在不受环境温湿度影响的情况下准确检测出运行绝缘子串电场分布数据，为研究运行状态下各种绝缘子的劣化程度，提供一种全新的、有效的技术手段。

3.此超特高压线路绝缘子电场分布监测装置具有远离检测目标的光发射与接收装置，且灵敏度高，测量动态范围大，既不受电磁干扰影响，测量又安全可靠，具有广泛的应用前景，从安全性和对被测电场的影响来看，无源的光学电场传感器优于其他方法，具有耐高压高绝缘、高稳定、无感应、耐电磁干扰、耐恶劣环境安全防爆、小型轻量，便于微机控制和遥感等特点，是传统的检测手段无法比拟的，有效地克服了传统的检测手段存在的种种弊端，给绝缘子电场检测方法带来一场重大变革。

附图说明

图1为本发明一种超特高压线路绝缘子电场分布监测装置的结构示意图；

图2为本发明一种超特高压线路绝缘子电场分布监测装置的设备端剖面示意图；

图3为本发明一种超特高压线路绝缘子电场分布监测装置的光学电场传感器剖面示意图；

图4为本发明一种超特高压线路绝缘子电场分布监测装置的原理流程图；

图5为本发明一种超特高压线路绝缘子电场分布监测装置的步骤流程图；

图中：1-设备端、2-绝缘杆、3-光学电场传感器、4-计算机、5-模拟除法器、6-滤波器、7-光电转换器、8-发光二极管、9-蓄电池、10-收纳室、11-光纤一、12-光纤二、13-底板、14-四分之一波片、15-pokeles元件、16-检偏器、17-数字显示器、18-操作按键、19-数据库、20-收纳室门、21-把手。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

请参阅图1至图5，本发明提供一种技术方案：一种超特高压线路绝缘子电场分布监测装置，包括设备端1、绝缘杆2和光学电场传感器3，所述设备端1内从右至左依次安装有计算机4、模拟除法器5、滤波器6、光电转换器7、发光二极管8和蓄电池9，所述设备端1上设置有收纳室10，所述光学电场传感器3内设置有底板13，所述底板13的顶部安装有pokeles元件15，所述pokeles元件15的两端分别安装有四分之一波片14和检偏器16，所述发光二极管8通过光纤一11与四分之一波片14连接，所述检偏器16通过光纤二12与光电转换器7连接，所述设备端1的前侧安装有数字显示器17和操作按键18，所述计算机4内设置有数据库19。

实现步骤如下：

步骤一：偏振光产生；来自发光二极管8(λ＝0.86)的光通过光纤一11和四分之一波片14进pokeles元件15(bi4ge3o2晶体简称bgo)，在四分之一波片14的作用下，发光二极管8的光变为圆偏振光；

步骤二：偏振光分解；入射的偏振光进入bgo晶体中，由于bgo晶体中pockels效应的作用，偏振光沿x3轴射入bgo晶体后，分解为两束线偏振光，(pockels效应为线性效应，只存在于某些不具有对称中心的晶体，当入射光沿bgo晶体光轴入射，不加电场时，入射光在bgo晶体内不发生双折射，加电场后，bgo晶体感生双折射，光的相位发生变化，通过检测相位差可以反映电场强度)；

步骤三：方向改变；步骤二中的两束线偏振光的传播方向一致，其偏振方向分别平行于bgo晶体的x轴和y轴，由于两束线偏振光在bgo晶体中的传播速度不同，随着光束在bgo晶体中的传播，两束线偏振光的相位差逐渐增大，由bgo晶体出射后其相位差达最大，因两双折射光束的偏振方向不一致，它们不能直接产生干涉，为了检测这个相位差，利用检偏器16将这两双折射光束的偏振方向变为一致，使其成为同频率、同方向的相干光束，产生干涉，这样，就把相位调制光变成了振幅调制光，将相位的检测变成了光强的检测；

步骤四：光电转换；同频率、同方向的两双折射光束通过光纤二12进入光电转换器7，光电转换器7把干涉光强变成电信号，滤波器6对电信号中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电信号并传递给模拟除法器5；

步骤五：数字处理；模拟除法器5通过数学模型的构建，将检测到的光强转化成电场强度的实际值并以数字信号传递给计算机4；

步骤六：电场强度显示；计算机4对数字信号进行处理，并通过数字显示器17将电场强度实际值显示出来，并存入数据库19。

作为本发明的一种优选实施方式，所述收纳室10上安装有收纳室门20。

作为本发明的一种优选实施方式，所述设备端1的顶部安装有把手21。

作为本发明的一种优选实施方式，所述光学电场传感器3安装在绝缘杆2的一端。

作为本发明的一种优选实施方式，所述计算机4通过监测电路分别与操作按键18和模拟除法器5电性连接。

作为本发明的一种优选实施方式，所述计算机4通过指令电路分别与数字显示器17和发光二极管8电性连接。

作为本发明的一种优选实施方式，所述蓄电池9通过供电电路分别与计算机4、模拟除法器5、滤波器6、光电转换器7、发光二极管8和数字显示器17电性连接。

工作原理：在使用此超特高压线路绝缘子电场分布监测装置时，将此超特高压线路绝缘子电场分布监测装置放置在合适的地方，通过操作按键18发出启动监测指令，计算机4控制发光二极管8工作，检测人员在杆塔上操纵绝缘杆2，使绝缘杆2端部固定的光学电场传感器3沿着绝缘子轴向扫描，来自发光二极管8(λ＝0.86)的光通过光纤一11和四分之一波片14进pokeles元件15(bi4ge3o2晶体简称bgo)，在四分之一波片14的作用下，发光二极管8的光变为圆偏振光，入射的偏振光进入bgo晶体中，由于bgo晶体中pockels效应的作用，偏振光沿x3轴射入bgo晶体后，分解为两束线偏振光，(pockels效应为线性效应，只存在于某些不具有对称中心的晶体，当入射光沿bgo晶体光轴入射，不加电场时，入射光在bgo晶体内不发生双折射，加电场后，bgo晶体感生双折射，光的相位发生变化，通过检测相位差可以反映电场强度)，两束线偏振光的传播方向一致，其偏振方向分别平行于bgo晶体的x轴和y轴，由于两束线偏振光在bgo晶体中的传播速度不同，随着光束在bgo晶体中的传播，两束线偏振光的相位差逐渐增大，由bgo晶体出射后其相位差达最大，因两双折射光束的偏振方向不一致，它们不能直接产生干涉，为了检测这个相位差，利用检偏器16将这两双折射光束的偏振方向变为一致，使其成为同频率、同方向的相干光束，产生干涉，这样，就把相位调制光变成了振幅调制光，将相位的检测变成了光强的检测，同频率、同方向的两双折射光束通过光纤二12进入光电转换器7，光电转换器7把干涉光强变成电信号，滤波器6对电信号中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电信号并传递给模拟除法器5，模拟除法器5通过数学模型的构建，将检测到的光强转化成电场强度的实际值并以数字信号传递给计算机4，计算机4对数字信号进行处理，并通过数字显示器17将电场强度实际值显示出来，并存入数据库19，光学电场传感器3全部需采用无源器件，改变以往人工操作的不确定性、重复性差等问题，能大幅降低现场工作强度，提高测量精度，并保障现场作业的安全性，具有远离检测目标的光发射与接收装置，且灵敏度高，测量动态范围大，既不受电磁干扰影响，测量又安全可靠，具有广泛的应用前景，从安全性和对被测电场的影响来看，无源的光学电场传感器3优于其他方法，具有耐高压高绝缘、高稳定、无感应、耐电磁干扰、耐恶劣环境安全防爆、小型轻量，便于微机控制和遥感等特点，是传统的检测手段无法比拟的，有效地克服了传统的检测手段存在的种种弊端，给绝缘子电场检测方法带来一场重大变革。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。