一種基于光纖傳輸的激光觸發系統技術方案

本發明專利技術提供一種基于光纖傳輸的激光觸發系統，包括激光器、耦合器、光纖和放電間隙；所述激光器發出的激光進入耦合器，經過耦合器耦合的激光通過光纖傳輸到放電間隙。本發明專利技術提供一種基于光纖傳輸的激光觸發系統，采用光纖傳輸納秒級激光后，可以實現激光脈沖的長距離任意路徑傳輸，并提高了放電間隙觸發的可靠性；本發明專利技術提供的激光觸發系統應用廣泛，應用該激光觸發系統開展了大量的觸發放電實驗研究，取得了豐富的試驗數據，為激光觸發間隙的研究以及工程應用奠定了基礎。

A laser trigger system based on optical fiber transmission

The invention provides a laser trigger system based on optical fiber transmission, including lasers, optical fiber coupler, and the discharge gap; the laser emitted by the laser into the coupler, after laser coupler coupling through optical fiber transmission to the discharge gap. The invention provides a laser trigger system based on optical fiber transmission, optical fiber transmission using nanosecond laser pulse laser, can realize the long distance transmission of arbitrary path, and improves the reliability of the laser triggered spark gap; the invention provides the trigger system is widely used, the application of the system to carry out the experimental study on laser triggered discharge triggered massive that has made a wealth of experimental data, which laid the foundation for the laser triggered gap research and engineering application.

【技術實現步驟摘要】
一種基于光纖傳輸的激光觸發系統
本專利技術屬于電力設備
，具體涉及一種基于光纖傳輸的激光觸發系統。
技術介紹
自2001年開始，中國電力科學研究院開始自主研發交流輸電線路串聯補償成套設備，目前所有設備均實現國產化，并具有完全自主知識產權?；鸹ㄩg隙作為串補電容器組和金屬氧化物限壓器的主保護設備，在串補成套設備中占據重要地位，是串聯補償裝置安全可靠的關鍵設備。激光觸發間隙放電一般多應用于脈沖功率領域的開關技術中，用于降低開關抖動、減小觸發時延等。在電力系統中，放電間隙應用也較為廣泛，其中一個重要的應用即交流輸電線路串聯補償裝置中的火花間隙?；鸹ㄩg隙是串補裝置中的主要保護設備，為串補電容器組和限壓器提供主保護，雖然不同公司提供的火花間隙工作原理有所不同，但是基本上都屬于控制觸發型(或稱為強制觸發型)火花間隙。把激光觸發氣體間隙放電應用到串補火花間隙中，可以更好地控制間隙放電，并大幅提高串補間隙的工作可靠性。
技術實現思路
為了克服上述現有技術的不足，本專利技術提供一種基于光纖傳輸的激光觸發系統，采用光纖傳輸納秒級激光后，可以實現激光脈沖的長距離任意路徑傳輸，并提高了放電間隙觸發的可靠性。為了實現上述專利技術目的，本專利技術采取如下技術方案：本專利技術提供一種基于光纖傳輸的激光觸發系統，所述激光觸發系統包括激光器、耦合器、光纖和放電間隙；所述激光器發出的激光進入耦合器，經過耦合器耦合的激光通過光纖傳輸到放電間隙。所述激光器發出的激光和經過耦合器耦合的激光均為納秒級激光。所述放電間隙包括高壓電極和低壓電極，所述高壓電極和低壓電極采用的材料均為銅。所述低壓電極上設有通孔，所述通孔為圓孔，所述圓孔的直徑為3～10mm。所述激光器發出的納秒級激光進入耦合器進行耦合，經過耦合的納秒級激光通過光纖傳輸到放電間隙，所述光纖和低壓電極之間設有透鏡，經過透鏡的納秒級激光通過圓孔，實現納秒級激光直接觸發放電間隙放電或納秒級激光聚焦到高壓電極表面觸發放電間隙放電。所述高壓電極和低壓電極之間的距離為10～30mm。所述所述高壓電極和低壓電極之間的距離為15～25mm。所述激光器為氣體激光器，所述氣體激光器為燈泵脈沖激光器。所述耦合器為定向耦合器。所述光纖為毫米級石英光纖。所述放電間隙為空氣間隙。與最接近的現有技術相比，本專利技術提供的技術方案具有以下有益效果：1)光纖傳輸納秒級激光，進而由激光觸發的放電間隙具有不受大氣環境影響的優點；2)采用光纖傳輸納秒級激光后，可以實現納秒級激光的長距離任意路徑傳輸；3)采用光纖傳輸納秒級激光后，提高了空氣間隙觸發的可靠性；4)本專利技術提供的激光觸發系統應用廣泛，應用該激光觸發系統開展了大量的觸發放電實驗研究，取得了豐富的試驗數據，為激光觸發間隙的研究以及工程應用奠定了基礎。附圖說明圖1是基于光纖傳輸的激光觸發系統結構圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作進一步詳細說明。本專利技術提供一種基于光纖傳輸的激光觸發系統，如圖1，所述激光觸發系統包括激光器、耦合器、光纖和放電間隙；所述激光器發出的激光進入耦合器，經過耦合器耦合的激光通過光纖傳輸到放電間隙。所述激光器發出的激光和經過耦合器耦合的激光均為納秒級激光。所述放電間隙包括高壓電極和低壓電極，所述高壓電極和低壓電極采用的材料均為銅。所述低壓電極上設有通孔，所述通孔為圓孔，所述圓孔的直徑為3～10mm。所述激光器發出的納秒級激光進入耦合器進行耦合，經過耦合的納秒級激光通過光纖傳輸到放電間隙，所述光纖和低壓電極之間設有透鏡，經過透鏡的納秒級激光通過圓孔，實現納秒級激光直接觸發放電間隙放電或納秒級激光聚焦到高壓電極表面觸發放電間隙放電。所述高壓電極和低壓電極之間的距離為10～30mm。所述所述高壓電極和低壓電極之間的距離為15～25mm。所述激光器為氣體激光器，所述氣體激光器為燈泵脈沖激光器。所述耦合器為定向耦合器。所述光纖為毫米級石英光纖。所述放電間隙為空氣間隙。激光器產生的納秒級激光脈沖聚焦于放電間隙內時，如果納秒級激光能量足夠大，焦點及其附近的空氣就會放電，在電場作用下迅速發展成為火花放電通道，使放電間隙導通。由于納秒級激光在空氣中傳輸受大氣環境的影響較大，很難保證進行幾十米甚至數百米以上的長距離傳輸后，納秒級激光再直接聚焦于所要求的位置使空氣電離。同時，串補裝置用火花間隙安裝在與線路相同電位的串補平臺上，距離地面一般為5m以上，且能保證激光器穩定運行的串補控制保護小室一般距離串補平臺數百米以上，激光很難通過空氣直接傳輸到火花間隙中以實現可靠間隙的觸發。激光器產生的納秒級激光進入耦合器，在耦合器中輸出到光纖中，納秒級激光通過光纖傳輸到施加一定電壓的空氣間隙，通過透鏡后沿低壓電極軸向預留的通孔，聚焦于電極間軸向某一位置處致使空氣電離形成等離子體，畸變電極間電場從而導致間隙觸發導通。這樣激光器發出的納秒級激光直接通過光纖傳輸到空氣間隙，避免了直接在空氣中傳輸受到的大氣環境以及光路上可能存在的障礙物的影響，從而提高了間隙觸發放電的可靠性。這樣納秒級激光可以沿隨意彎曲的光纖傳輸，避免了納秒級激光直接在空氣中傳輸距離較長且激光器的激光輸出口與所需激光聚焦點不在同一平面時需要多次通過透鏡折、反射的問題，提升了激光觸發間隙的應用范圍。本專利技術提供的基于光纖傳輸的激光觸發系統可以應用于以下激光很難或者無法在空氣中直接傳輸但需要觸發的放電間隙中，激光器工作在可以確保其安全可靠運行的環境中，通過光纖傳輸后：1)激光觸發空氣間隙放電如前面所述，足夠能量的激光脈沖通過光纖傳輸到空氣間隙中，通過透鏡聚焦于電極間某一點致使氣體電離形成等離子體，畸變電極間電場從而導致間隙觸發導通。除敞開的空氣間隙外，還可應用于充不同氣體的空氣間隙中，如SF6等氣體或者壓縮空氣等。2)激光聚焦到電極表面觸發間隙放電通過光纖傳輸的激光聚焦于金屬電極表面，其聚焦點處的金屬產生等離子體，該等離子體畸化兩電極之間的電場，從而導致間隙放電。最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本專利技術的技術方案而非對其限制，所屬領域的普通技術人員參照上述實施例依然可以對本專利技術的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本專利技術精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本專利技術的權利要求保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于光纖傳輸的激光觸發系統，其特征在于：所述激光觸發系統包括激光器、耦合器、光纖和放電間隙；所述激光器發出的激光進入耦合器，經過耦合器耦合的激光通過光纖傳輸到放電間隙。

【技術特征摘要】
1.一種基于光纖傳輸的激光觸發系統，其特征在于：所述激光觸發系統包括激光器、耦合器、光纖和放電間隙；所述激光器發出的激光進入耦合器，經過耦合器耦合的激光通過光纖傳輸到放電間隙。2.根據權利要求1所述的基于光纖傳輸的激光觸發系統，其特征在于：所述激光器發出的激光和經過耦合器耦合的激光均為納秒級激光。3.根據權利要求2所述的基于光纖傳輸的激光觸發系統，其特征在于：所述放電間隙包括高壓電極和低壓電極，所述高壓電極和低壓電極采用的材料均為銅。4.根據權利要求3所述的基于光纖傳輸的激光觸發系統，其特征在于：所述低壓電極上設有通孔，所述通孔為圓孔，所述圓孔的直徑為3～10mm。5.根據權利要求4所述的基于光纖傳輸的激光觸發系統，其特征在于：所述激光器發出的納秒級激光進入耦合器進行耦合，經過耦合的納秒級激光通過光纖傳輸到放電間隙，所述光纖和低壓電極之...

【專利技術屬性】
技術研發人員：董勤曉，劉之方，周瑋，黨冬，閆曄，李志遠，陳沒，李永亮，李會兵，余輝，
申請(專利權)人：中國電力科學研究院，國家電網公司，國網浙江省電力公司，
類型：發明
國別省市：北京,11