基于Pockels效应的特快速暂态过电压光纤测量系统：性能与可行性验证

本文主要探讨了一种基于Pockels效应的特快速暂态过电压(VFTO)光学测量系统的设计。VFTO是超/特高压气体绝缘开关设备(GIS)中重要的安全性考量因素，其特性包括幅值高、陡度大和频率高，可能导致设备故障和绝缘损害。由于VFTO的仿真模型不完善，实际测量显得尤为重要。 传统的GIS内部VFTO测量方法主要包括微积分法和电容分压法。例如，西安交通大学的研究采用盆式绝缘子表面测量电极配合微积分电路，虽然安装便捷但受绝缘子材质限制。电容分压窗口式传感器则在GIS手窗处安装感应电极，通过电容分压原理进行测量，然而这可能面临绝缘膜工艺敏感性和温度湿度影响的问题，且测量带宽有限。 针对这些问题，本文提出了一种创新的解决方案，即利用Pockels效应设计的光学传感器。Pockels效应是晶体材料在电场作用下折射率可变的现象，通过偏振光在晶体中的相位变化，将其转换为光强度的变化，从而实现对VFTO的光学测量。这种传感器采用光纤传感技术和光电子生产、控制技术，具有高可靠性、抗干扰性强、测量精度高和频带宽等优点。传感器设计的低频截止频率低于10 Hz，高频截止频率高于1 GHz，确保了宽广的测量范围。 实验部分通过同步触发装置对隔离开关操作产生的VFTO进行测量，对比了光学传感器与电容式传感器的结果。结果显示，两种方法都能反映刀闸的分合闸过程，但在振荡幅度和高频性能上，光学测量方式明显优于电容式测量。这表明，光学测量传感器对于VFTO的测量具有显著优势，可以作为GIS内部VFTO监测的有效工具。 本文的工作不仅填补了GIS内VFTO测量技术的一个空白，也为提高电力设备的安全性和运行效率提供了新的可能。光学测量技术的引入，为电力自动化设备的故障预防和维护提供了更为精确和可靠的手段，对于提升整个电力系统的稳定性和可靠性具有重要意义。