英特尔|科研进展：应用于变压器油箱壁外侧的EFPI光纤声波传感器

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局部放电（简称局放）是危害高压电力设备安全运行的重要因素，其发生时伴随有电信号、光信号、超声信号及化学反应产生。在这些现象中超声信号具有高时效性、易于检测及抗电磁干扰等特点，成为近年来的研究热点。对局放超声信号的检测方法逐步由传统的外置压电陶瓷检测法转变为内置的光纤声波传感器检测法。在众多的光纤声波传感器中，非本征光纤法布里-珀罗（Extrinsic Fiber Fabry-Perot Interferometer EFPI）传感器由于具有结构简单、体积小及灵敏度高等优点而获得国内外研究学者的高度关注。
采用EFPI传感器检测变压器局放超声信号时，通常将传感器安装在变压器内部进行检测，此方法虽然检测精度可以得到保证，但在实际使用时会遇到诸多问题，而且对于已经投产运营的变压器更是无法进行内部安装。
针对于上述实际问题，目前有外置固体介质耦合EFPI传感器和外置油腔耦合EFPI传感器两种检测方法，实现在变压器油箱壁外侧安装EFPI传感器检测局放超声信号。
1 外置固体介质耦合EFPI传感器外置固体介质耦合EFPI传感器如图1所示。局放超声信号传播到油箱壁，经油箱壁后传播到与之紧密耦合的钢片上，钢片受迫振动并同时带动贴附在其上的石英膜片振动，此时石英膜片在复频域局放超声信号的作用下以谐振的工作方式获得较大振幅。该传感器前段钢片采用与变压器油箱壁同种材料加工而成，以减少声波信号在不同阻抗边界的传播衰减，套管与石英膜片及固定结构之间采用胶水粘接的方式来固定[73
。

图1 外置固体介质耦合EFPI传感器
2 外置油腔耦合EFPI传感器外置油腔耦合EFPI传感器的结构如图2所示，该传感器利用局放超声信号在液-固-液复合界面的传播特点设计并制备而成，并结合实验获得EFPI传感器输出信号强度和传感器膜片与油箱壁距离L的关系，确定传感器的最佳安装距离。

图2 外置油腔耦合EFPI传感器结构
该外置油腔耦合EFPI传感器与传统PZT传感器联合检测局放超声信号的安装示意图如图3所示。通过多次实验结果对比发现，其检测灵敏度要优于传统的PZT传感器。

图3 EFPI传感器与PZT传感器安装示意
上述两种检测方法都实现了EFPI传感器在变压器油箱壁外侧的安装使用，解决了EFPI传感器在电力变压器内部复杂工况下难以保障稳定运行的问题，同时为已投产的变压器利用EFPI传感器进行局放超声信号检测提供了新的思路和方法，具有一定的研究意义。
【英特尔|科研进展：应用于变压器油箱壁外侧的EFPI光纤声波传感器】本文编自2022年第5期《电工技术学报》，论文标题为“非本征光纤法-珀传感器局部放电检测研究进展” 。本文第一作者为陈起超， 1988年生博士研究生研究方向为高压电力设备绝缘检测。通讯作者为张伟超， 1984年生博士副教授研究方向为光纤传感及高压绝缘检测。本课题得到了国家自然科学基金青年基金、黑龙江省普通高校基本科研业务费专项资金和国网浙江省电力有限公司科技项目的资助。