TCES-局部放电光纤传感检测技术-第1部分：总规范

T/CESXXX—XXXXPAGEIT/CESXXX—XXXXPAGEIIXXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施局部放电光纤传感检测技术第1部分：总规范Opticalfibersensingtechnologyforpartialdischargesdetection——Part1：Generalspecification（征求意见稿）团体标准T/CESXXX—XXXXICS29.040.30F21 中国中国电工技术学会发布PAGEI目次15355前言 III313131范围 1148332规范性引用文件 189223术语和定义 1278484局部放电光纤传感检测技术 2278485局部放电的检测对象 5202556在分规范和详细规范中的图 6264807安全状况 6264808其它要求 611329附 录A22253(资料性附录)17471局部放电光纤传感检测技术应用示例 73525附录B8434(资料性附录)29870超声波测量的局部放电用光纤传感器示例 9

前言为规范基于法拉第原理的全光纤电流互感器的运行环境、技术性能、试验项目等，确保全光纤电流互感器满足系统运行要求，制定本标准。本标准按照GB/T1.1—2009《标准化工作导则第1部分标准的结构与编写》给出的规则起草。本标准由中国电工技术学会提出。本标准起草单位：国网上海市电力公司、西北工业大学、国网宁夏电力有限公司电力科学研究院、西安茂荣电力设备有限公司、国网山西省电力公司、全球能源互联网研究院有限公司、西安交通大学、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、中国电力科学研究院有限公司、国网江西省电力有限公司电力科学研究院、南方电网科学研究院有限责任公司、广西电网有限责任公司电力科学研究院、国网福建省电力有限公司电力科学研究院、国网江苏省电力有限公司电力科学研究院、华东电力试验研究院有限公司。本标准主要起草人：。本标准为首次发布。PAGE15T/CESXXX—XXXX局部放电光纤传感检测技术第1部分：总规范1范围T/CESXXX的本部分是涉及局部放电光纤传感检测技术的光纤引线、光电转换装置、传感元件和光源的总规范，并确定了局部放电光纤传感检测技术的体系结构。本文件适用于采用光纤传感检测技术的局部放电测试仪、检（监）测装置或系统的设计和制造。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T7354-2018高电压试验技术局部放电测量GB/T17623绝缘油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法GB/T18901.1-2002光纤传感器第1部分：总规范GB/T33905.1-2017智能传感器第1部分：总则DL/T846.4-2016高电压测试设备通用技术条件第4部分：脉冲电流法局部放电测量仪DL/T846.10高电压测试设备通用技术条件第10部分：暂态地电压局部放电检测DL/T1416超声波法局部放电测试仪通用技术条件DL/T1534油浸式电力变压器局部放电特高频检测方法DL/T1607六氟化硫分解产物的测定红外光谱法DL/T1630气体绝缘金属封闭开关设备局部放电特高频检测技术规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1局部放电Partialdischarge；PD导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电。这种放电可以在导体附近发生也可以不在导体附件发生。[GB/T7354-2018，定义3.1]3.2局部放电脉冲Partialdischargepulse；PDpulse当电工设备中发生局部放电时，用接在试验回路中适当的检测回路测得的电压或电流脉冲。“电流”或“电压”术语中可以和“局部放电”放在一起用，表示检测量的类型。[GB/T7354-2018，定义3.2]3.3背景噪声水平Backgroundnoise在局部放电试验中检测到的不是由试品产生的信号。[GB/T7354-2018，定义3.6]3.4光电转换装置Photoelectricconversiondevice接收到反映被测对象状态信息的光学参量，并将光学参量转化为电参量的元器件或装置。它可以包含一个或多个光电探测器、信号调节器和通信接口。3.5光传感元件或光供能传感元件opticaloropticallypoweredseningelement按照某一定律将接收到的一种物理量形式的信息，转换为光学参量形式信息的器件。[GB/T18901.1-2002，定义3.4]注：本文件中光传感元件或光供能传感元件以及敏感光纤等统称为传感元件。3.6光源Opticalsource提供传感元件和被测对象之间相互作用所需光能的器件。它至少包含一个发光源，并且可以包含信号调节。当光能由所传感的现象产生时，不需要光源。[GB/T18901.1-2002，定义3.9]3.7光纤引线Opticalfibrelead(s)将传感元件与光源和光电转换装置相连的光纤线路。如含有光纤引线，这些引线必须保持不受被测对象的影响。[GB/T18901.1-2002，定义3.11]3.8光接口Opticalinterface在光学上定义的被测对象传感元件产生影响的任意点。[GB/T18901.1-2002，定义3.12]3.9信号接口Signalinterface以直接用于控制或测量目的的形式而存在被测对象影响的任意点。在某些情况下，信号接口可以是光接口。[GB/T18901.1-2002，定义3.13]3.10光纤传感检测技术Opticalfibersensingtechnologyfordetection利用光纤的光学特性（或）和光学传感元件来获取或转换被测对象所表征的物理量等信息的传感检测技术。3.11局部放电用光纤传感器光纤传感检测技术用于电工设备局部放电的检（监）测，与设备接触、非接触、侵入（内置）等方式的前端装置，包括传感元件和光纤引线。4局部放电光纤传感检测技术4.1概述如图1所示，局部放电光纤传感检测技术一般包括光源、光电转换装置、光纤引线和传感元件，利用光纤的光学特性和传感元件来获取或转换被测对象，即在一定的背景噪声水平下实现传感检测电工设备中绝缘缺陷引发局部放电伴随的声、光、电磁等物理量或化学量信息。光纤引线的作用分为功能型、非功能型和拾光型：——功能型光纤引线不仅起光信号传导作用，也是传感元件，即光纤引线本身同时具有通信、传感两种功能，光纤传感是利用光纤引线本身的传输特性受被测量物理量的作用而发生变化，使光纤引线中波导光信号的信息被调制，而具有传感检测功能（图1(a)）；——非功能光纤引线是指在光纤引线的端面（图1(b)）或在两根光纤引线中间（图1(c)）放置光学材料、机械式或光学式的传感元件来感受被测物理量的变化，从而使入射光或反射光的信息随之发生变化；——拾光型光纤引线把测量对象所辐射、反射的光脉冲信号直接传播至光电转换装置（图1(d)）。(a)(b)(c)(d)A:光源;B:光电转换装置;C:光纤引线;D:被测对象;E:传感元件图1局部放电光纤传感检测技术4.2局部放电用光纤传感器4.2.1一般要求局部放电光纤传感检测技术对应的局部放电用光纤传感器模型见图2（应用示例见附录A），其质量保证程序、试验和测量程序、输出信号接口和安全状况参照GB/T18901.1-2002执行。图2局部放电用光纤传感器模型4.2.2空间分布空间分布描述了局部放电用光纤传感器按照扩展和分辨能力进行分类：——单点型，通过一个分立的传感元件测量一个被测对象的光纤传感器（图3(a)）；——多点型，包含许多多路复用的单点型的光纤传感器（图3(b)）；——扩展型，通过连续的传感元件测量一个被测对象的光纤传感器（图3(c)）；——分布式，在扩展范围内，通过连续的传感元件对一个被测对象的空间分辨测量的光纤传感器（图3(d)）。(a)(b)(c)(d)A:光源;B:光电转换装置;C:光纤引线;D:被测对象;E:传感元件图3局部放电用光纤传感器空间分布示例说明4.2.3换能原理换能原理描述光的光学特性受到被测对象局部放电脉冲影响的方式，可分为：——自身发光，局部放电脉冲直接产生光能，分析其特性可以获得被测对象的评定；——强度调制，采用强度调制的光纤传感器具有用强度表示其输出的转换功能，实例包括衰减、耦合效应、中断、微弯和反射率；——相干调制，光纤传感器可以采用相干调制和宽带光干涉技术来表征被测物理量，实例包括空间尺寸分辨、白光干涉仪等；——相位调制，光纤传感器可以采用相位调制和干涉测量技术一起来表征不同的被测量，实例包括电或磁致伸缩涂层、声能、法拉第（Faraday）效应和折射率等；——偏振调制，被测对象可以改变光能的偏振态，旋转和延迟是普遍现象，这些机理由光弹效应、旋光性或其他换能原理产生；——光谱调制，光纤传感器也可以采用光谱调制，实例包括布里渊（Brillouin）散射、荧光、宽带光干涉测量、多普勒（Doppler）效应。4.2.4智能型光纤传感器局部放电光纤传感检测技术对应的智能型光纤传感器，一般由电源单元、传感器子系统、数据处理子系统、人机接口、通信接口和电输出子系统构成，其模型见图4。各模块的主要功能如下：——数据处理子系统，智能型光纤传感器的核心，为人、通信接口和（或）电输出子系统的实时应用提供并处理被测量；——传感器子系统，包含局部放电用光纤传感器、将被测的物理量或化学量转变成电信号，经调理和数字化后供数据处理单元使用；——人机接口，智能型光纤传感器的可选单元，是用于直接与操作者交互和通信的重要工具，它由读出数据（本地显示）、输入数据和发出请求（本地按钮）的集成功能模块组成，智能型光纤传感器不配备人机接口时，可通过通信接口、外部系统或手持终端访问内部数据；——通信接口，连接智能型光纤传感器和外部系统的桥梁，通过接口传递测量和控制数据；——电输出子系统，智能型光纤传感器的可选单元，可以将数据处理子系统提供的数字信息转换成一个或多个模拟电信号；——电源单元，智能型光纤传感器需要一个分离的交流或直流主电源实现“回路供电”，即通过信号输出线或电信号输出线接收电力。图4局部放电用智能型光纤传感器模型各模块的其它要求见GB/T33905.1-2017。智能型光纤传感器主要适合用于电工设备外部布置方式的局部放电光纤传感检测技术，例如高压开关柜、电缆接头等。5局部放电的检测对象5.1概述局部放电的检测是以局部放电所产生的各种现象为依据，通过能表述该现象的物理量来表征局部放电的状态。局部放电的过程除了伴随着电荷的转移形成脉冲型电流外，还会发热、产生声波和电磁辐射以及出现新的衍生物等。注：对于新的衍生物，油纸绝缘分解油中的主要气体组分测定见GB/T17623，SF6气体及其与其它材料、杂质反应生成的主要气体组分测定见DL/T1607，本文件不予讨论。5.2暂态电流局部放电用光纤传感器检测流过接地引下线或其他地电位连接线上的暂态脉冲电流信号，实现对电工设备内部局部放电的检测。用于测量局部放电脉冲暂态电流的局部放电用光纤传感器，现有原理可分为法拉第（Faraday）效应、磁致伸缩效应和磁流体磁光特性等类型。测量局部放电脉冲暂态电流的光纤传感器性能应满足DL/T846.4-2016，测量频带划分如下：——常规脉冲电流法，宽带检测为30kHz≤f1≤100kHz、f2≤1MHz、100kHz≤Δf≤900kHz，窄带检测为9kHz≤Δf≤30kHz、50kHz≤fm≤1MHz（f1和f2为下限频率和上限频率，Δf和fm为带宽和中心频率）；——高频法，为3MHz-30MHz；——超宽频带法，考虑中，相关定义见GB/T7354-2018。5.3暂态电压电工设备内部局部放电产生的电磁波，在外壳金属表面进行传播同时产生暂态地电压即暂态电压信号。用于测量暂态电压信号的局部放电用光纤传感器，现有原理可分为电致伸缩效应（逆压电效应）、光学克尔（Kerr）效应和普克尔斯（Pockels）效应等类型。测量交流金属封闭开关设备即开关柜局部放电脉冲暂态电压信号的光纤传感器性能应满足DL/T846.10，测量频带范围为3MHz-100MHz。其它设备的检测应用在考虑中。5.6电磁场光纤传感检测技术用于局部放电引发电工设备内外部的磁场、电场和光波等测定，均已有几种技术在使用：——磁场，可利用磁致伸缩型传感元件基于相位调制，或光学现象为法拉第效应的偏振调制等，来实现局部放电引发电工设备内外部的磁场变化量的检测；——电场，可利用电致伸缩型传感元件基于相位调制，或光学现象为普克尔斯效应的偏振调制等，来实现局部放电引发电工设备内外部的电场变化量的检测；——光波，利用拾光型光纤引线或特制的传感元件实现局部放电光脉冲的耦合，检测实现可参考附录A.1。5.5声波电工设备局部放电的声学效应，是指局部放电电流脉冲导致的过热气体通道（类似于雷电）所产生的瞬态声波：——根据声波的传播方式，超声波测量的局部放电用光纤传感器可以为外置式或内置式。——对于局部放电检测，通常采用超声波频率范围（大约20kHz至250kHz），以及可听声波范围（大约100Hz至20kHz）。根据被测绝缘系统的形态（固态、液态和气态）选择用于光纤传感检测瞬态声波的频率范围。——超声波测量的局部放电用光纤传感器，几种应用示例见附录B。5.4温度光纤传感检测技术用于局部放电引发电工设备局部温度变化，基于相位调制（例如干涉）、强度调制（例如半导体透射率变化、黑体辐射）、偏振调制（例如双折射效应）和频率调制（例如光致发光）已有几种技术在使用。目前，主要是单点型传感器，但同时也存在着在同一根光纤引线上测量多点的分布式传感器。6在分规范和详细规范中的图图的主要目的是确保机械互换性。这些图对那些不影响互换性的结构细节并不加以限制，也不作制造图纸使用。传感器或设备等的设计者应根据规定的范围界限，而不是个别试样的大小进行设计。7安全情况光学元件和系统会放射有害辐射。在下列情况下可能发生：——光源；——下列条件下的传输系统：——安装；——服务或故意中断；——故障或无意中断；——测量和试验。8其它要求本文件规定了适用于局部放电光纤传感检测技术的引用标准、定义、试验和测量程序以及分类标准。由于局部放电光纤传感检测技术种类繁多，顾分规范应规定适用于特殊检测技术的试验。相关分规范和/或详细规范还应规适用于组成局部放电光纤传感检测技术不同元件的试验和性能，如光源、光电转换装置、光纤引线和传感元件。

附 录 A(资料性附录)局部放电光纤传感检测技术应用示例A.1光脉冲检测基于GIS预埋式特高频传感器的局部放电光纤传感检测技术如图A.1和A.2所示。图A.1所示局部放电光纤传感检测技术包括荧光光纤（传感元件）、传输光纤（光纤引线）和光电倍增管（光电转换装置），利用荧光光纤的光学特性作为传感元件来获取被测对象，即GIS内部发生局部放电伴随的光脉冲（光能）信息。对应的局部放电用光纤传感器仅由特殊结构布置设计的荧光光纤段组成。本应用示例涉及的GIS局部放电检测特高频法参照DL/T1630。局部放电用光纤传感器实物与安装方式局部放电用光纤传感器模型实测信号图A.1基于GIS预埋式特高频传感器的局部放电光纤传感检测技术（荧光光纤）图A.2所示局部放电光纤传感检测技术包括多光谱传感器（传感元件）、传输光纤（光纤引线）和光电倍增管（光电转换装置），利用多光谱传感器的光学特性作为传感元件来获取被测对象，即GIS内部发生局部放电伴随的光脉冲（光能）信息。对应的局部放电用光纤传感器为特殊设计的多光谱传感器加光纤引线。本应用示例涉及的GIS局部放电检测特高频法参照DL/T1630。注：多光谱传感器（SiPM）为一种可以接收不同波长段光谱的微型传感器。局部放电用光纤传感器实物与安装方式局部放电用光纤传感器模型实测信号图A.2基于GIS预埋式特高频传感器的局部放电光纤传感检测技术（多光谱传感器）A.2超声波检测基于变压器油阀特高频传感器的局部放电光纤传感检测技术如图A.3所示。该局部放电光纤传感检测技术包括法珀腔（传感元件）、输出光纤（光纤引线）、光电探测器（光电转换装置）和光源，利用非本征法珀腔干涉仪（extrinsicFabry-Perotinterferometric,EFPI）的光学谐振腔特性作为传感元件来获取被测对象，即变压器内部发生局部放电伴随的声脉冲（超声波）信息。对应的局部放电用光纤传感器由法珀腔探头和光纤引线组成。本应用示例涉及的变压器局部放电检测特高频法和超声波法参照DL/T1534和DL/T1416。局部放电用光纤传感器实物与安装方式局部放电用光纤传感器模型实测信号图A.3基于变压器油阀特高频传感器的局部放电光纤传感检测