專利名稱：絕緣子污穢放電超聲監(jiān)測方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電氣設(shè)備故障診斷領(lǐng)域，特別涉及一種絕緣子污穢放電超聲監(jiān)測方法及裝置。
背景技術(shù)：
絕緣子是電力系統(tǒng)中數(shù)量最多而且最為重要的元件之一，在電力系統(tǒng)中有著十分重要的地位?？諝庵写嬖诘墓腆w懸浮微粒會沉積在絕緣子的表面，日積月累形成污穢層，遇到毛毛雨、霧、露等氣候條件時(shí)，污穢受潮后形成薄薄的導(dǎo)電層，使絕緣子的絕緣水平下降，導(dǎo)致絕緣子放電，稱為污閃。污閃對電網(wǎng)運(yùn)行的危害極大，而且隨著工業(yè)的發(fā)展和輸電電壓的提高而日趨嚴(yán)重。截至目前為止，六大電網(wǎng)都發(fā)生過大面積污閃引起的大面積停電，不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且產(chǎn)生負(fù)面社會影響。
目前，國內(nèi)外主要采用等值鹽密法、電導(dǎo)率法和泄漏電流法進(jìn)行絕緣子污穢監(jiān)測，等值鹽密法和電導(dǎo)率法操作較復(fù)雜且不能在線監(jiān)測，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測絕緣子污穢程度，泄漏電流法需要給絕緣子裝上集流環(huán)、電流傳感器等，操作復(fù)雜，工作量大，而且現(xiàn)場安裝和維護(hù)也不方便，所以，這三種方法還無法滿足現(xiàn)場工作的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和存在的問題，而提出絕緣子污穢放電超聲監(jiān)測方法和裝置，即利用聲接受技術(shù)，通過監(jiān)測絕緣子污穢放電時(shí)發(fā)出的超聲波信號實(shí)現(xiàn)絕緣子污穢放電的監(jiān)測和污閃的預(yù)警。
本發(fā)明的目的通過下述方法和裝置實(shí)現(xiàn)的絕緣子污穢放電超聲監(jiān)測方法，其特征在于采用聚焦拋物面聲傳感器對準(zhǔn)被測絕緣子方向，獲得絕緣子污穢放電產(chǎn)生的超聲波信號；對超聲傳感器獲得的信號進(jìn)行放大、濾波等處理并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；對信號進(jìn)行處理，判斷絕緣子污穢放電的強(qiáng)弱程度；通過通信電路發(fā)出絕緣子污穢放電的預(yù)警信息。
如上所述的監(jiān)測方法，其特征在于所述通信電路有兩種工作方式，在變電站、發(fā)電廠等監(jiān)測點(diǎn)分布密集的工作場所，采用總線工作方式，將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測中心；在輸電線路等監(jiān)測點(diǎn)分布稀疏的工作場所，采用無線的通信方式，將數(shù)據(jù)傳輸至巡線人員的手持終端。
當(dāng)發(fā)生絕緣子污穢放電時(shí)，伴隨著放電會有電磁波、聲波、光波及熱等物理現(xiàn)象的出現(xiàn)。當(dāng)絕緣子沒有放電時(shí)，無聲波信號發(fā)射。隨著絕緣子污穢放電程度的發(fā)展，放電逐步增強(qiáng)，聲波發(fā)射信號從無到有，由弱變強(qiáng)，其頻率范圍在10KH至幾兆赫。因此，通過檢測絕緣子污穢放電所產(chǎn)生的聲波信號，就可以監(jiān)測污穢放電的強(qiáng)弱并判斷對絕緣的危害；絕緣子污穢放電超聲監(jiān)測裝置，其特征在于由聚焦拋物面聲傳感器、前置放大電路、濾波電路、次級放大電路、數(shù)據(jù)采集電路、信號處理電路、通信電路構(gòu)成；其中前置放大電路的輸入端連接聚焦拋物面聲傳感器的輸出端，濾波電路的輸入端連接前置放大電路的輸出端，濾波電路的輸出端連接次級放大電路的輸入端，次級放大電路的控制端連接單片機(jī)，次級放大電路的輸出端連接數(shù)據(jù)采集電路的輸入端，數(shù)據(jù)采集電路的輸出端連接信號處理電路的輸入端，信號處理電路的輸出端連接通信電路的輸入端。
如上所述的監(jiān)測裝置，其特征在于聚焦拋物面聲傳感器由壓電陶瓷晶片和聚焦拋物反射面構(gòu)成，晶片振蕩頻率為20-60kHz。
如上所述的監(jiān)測裝置，其特征在于晶片振蕩頻率為40kHz。
如上所述的監(jiān)測裝置，其特征在于晶片的振動模式為彎曲振動方式。此模式可以有較高的靈敏度。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果①目前對于絕緣子污穢放電還沒有有效的在線監(jiān)測方法和實(shí)用的監(jiān)測裝置，本方法可以填補(bǔ)這方面的空白；②本監(jiān)測方法無需與高壓設(shè)備有電氣上的接觸，因此安全可靠，不會對設(shè)備和工作人員造成任何傷害；③本監(jiān)測方法無需對絕緣子進(jìn)行任何改造和變動，適用于所以類型的絕緣子，應(yīng)用范圍非常廣泛；④本監(jiān)測裝置的安裝和操作都簡單易行，容易被工作人員接受和掌握；⑤本方法成本低，易于推廣。


圖1為絕緣子污穢放電超聲監(jiān)測原理框圖。
圖2為超聲監(jiān)測裝置工作原理框圖。
圖中1-絕緣子，2-聚焦拋物面聲傳感器，3-監(jiān)測電路，3.1-前置放大電路，3.2-濾波電路，3.3-次級放大電路，3.4-數(shù)據(jù)采集電路，3.5-數(shù)據(jù)處理電路，3.6-通信電路，4-終端。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明的工作原理作進(jìn)一步說明。
理論研究指出，污閃的放電過程可以分為三個(gè)階段。起始階段，干燥區(qū)大，單位長度上的電壓比較低，電場強(qiáng)度不足以使空氣電離產(chǎn)生局部放電，泄漏電流一般不超過幾百微安；第二階段，如果濕度增加，或者有過電壓產(chǎn)生，使干燥區(qū)的電場強(qiáng)度增大到使該區(qū)域表面的空氣電離并發(fā)生局部放電，此時(shí)放電電弧具有上升的伏安特性，放電通道的電阻隨著局部放電電弧的發(fā)展而增大，從而使泄漏電流減小。同時(shí)，被電弧短接的干燥區(qū)重新變得濕潤恢復(fù)導(dǎo)電性，然后放電電弧消失。如果外界條件不變，整個(gè)過程將不斷重復(fù)下去。在這種情況下，泄漏電流通常只有幾個(gè)毫安或幾十個(gè)毫安，絕緣子在這種情況下運(yùn)行是沒有危險(xiǎn)的；第三階段，如果濕度和電壓繼續(xù)增大，局部放電電弧將具有下降的伏安特性，這種局部放電被稱為局部閃絡(luò)。在這種情況下，泄漏電流大約為幾百毫安，污閃就很可能發(fā)生。
從污閃的放電過程中可以看出，從第二階段開始，絕緣子表面發(fā)生局部放電。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明，局部放電過程伴隨有電磁波、聲波、光波及熱等物理現(xiàn)象的發(fā)生。局部放電過程實(shí)際上是能量突然釋放的過程，從宏觀上來看會對周圍的介質(zhì)產(chǎn)生壓力，這一壓力使空氣振動，就產(chǎn)生了聲波，即絕緣子污穢放電引起的聲發(fā)射現(xiàn)象。
當(dāng)絕緣子沒有放電時(shí)，無聲波信號發(fā)射。隨著絕緣子污穢放電過程度的發(fā)展，放電逐步增強(qiáng)，聲波發(fā)射信號從無到有，由弱變強(qiáng)。該聲波信號可視為點(diǎn)聲源，在空氣介質(zhì)中以球面波的形式向周圍傳播。由于該聲波信號的能量是污穢放電所釋放能量的一部分，因此，聲波信號能量與放電能量之間存在定量關(guān)系，聲波信號的幅值與放電能量的平方根成正比。因此，通過檢測絕緣子污穢放電所產(chǎn)生的聲波信號的幅值，就可以監(jiān)測污穢放電的強(qiáng)弱并判斷對絕緣的危害。
使用一個(gè)聚焦拋物面聲傳感器2對準(zhǔn)被測絕緣子1方向，獲得絕緣子污穢放電產(chǎn)生的超聲波信號，通過前置放大電路3.1使聚焦拋物面聲傳感器2與監(jiān)測電路3實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，獲得較大的信號，再經(jīng)過濾波電路3.2去除工頻噪聲之后，信號被次級放大電路放大，次級放大的放大倍數(shù)由數(shù)據(jù)處理電路的反饋信號控制，使信號放大到一個(gè)合適的水平，信號經(jīng)信號采集電路3.3轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由數(shù)據(jù)處理電路3.4進(jìn)行分析、處理，判斷絕緣子污穢放電的強(qiáng)弱程度，分析結(jié)果通過通信電路3.5發(fā)出，傳輸?shù)浇K端4，反映出絕緣子放電的強(qiáng)弱程度和發(fā)展趨勢，實(shí)現(xiàn)絕緣子污穢放電的預(yù)警。
具體實(shí)施例方式一串110kV懸式絕緣子的污穢放電超聲監(jiān)測裝置。
聚焦拋物面聲傳感器由PZT-5壓電陶瓷晶片和聚焦拋物反射面構(gòu)成，晶片振蕩頻率為40kHz，振動模式為彎曲振動方式。
前置放大電路3.1，濾波電路3.2，次級放大電路3.3，由模擬電子電路和數(shù)字電路構(gòu)成，數(shù)據(jù)采集電路3.4，數(shù)據(jù)處理電路3.5，通信電路3.6由單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，通過終端4軟件編程，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，反映出絕緣子放電的強(qiáng)弱程度和發(fā)展趨勢，實(shí)現(xiàn)絕緣子污穢放電的預(yù)警。
前置放大電路3.1由AD524構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)傳感器和電路的阻抗匹配。
濾波電路3.2采用MAX274構(gòu)成的六階切比雪夫帶通濾波器，中心頻率40kHz，通頻帶為35kHz～45kHz。
次級放大電路3.3由AD524構(gòu)成一個(gè)指數(shù)放大器，實(shí)現(xiàn)對信號在空氣中傳播時(shí)產(chǎn)生的衰減進(jìn)行補(bǔ)償。
數(shù)據(jù)采集電路3.4和數(shù)據(jù)處理電路3.5由以80C32為核心的單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，數(shù)據(jù)存儲器RAM的內(nèi)存為256K。
單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間采用RS-232串行通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
權(quán)利要求
1.絕緣子污穢放電超聲監(jiān)測方法，其特征在于采用聚焦拋物面聲傳感器對準(zhǔn)被測絕緣子方向，獲得絕緣子污穢放電產(chǎn)生的超聲波信號；對超聲傳感器獲得的信號進(jìn)行放大、濾波等處理并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；對信號進(jìn)行處理，判斷絕緣子污穢放電的強(qiáng)弱程度；通過通信電路發(fā)出絕緣子污穢放電的預(yù)警信息。
2.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測方法，其特征在于所述通信電路有兩種工作方式，在變電站、發(fā)電廠等監(jiān)測點(diǎn)分布密集的工作場所，采用總線工作方式，將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測中心；在輸電線路等監(jiān)測點(diǎn)分布稀疏的工作場所，采用無線的通信方式，將數(shù)據(jù)傳輸至巡線人員的手持終端。
3.絕緣子污穢放電超聲監(jiān)測裝置，其特征在于由聚焦拋物面聲傳感器、前置放大電路、濾波電路、次級放大電路、數(shù)據(jù)采集電路、信號處理電路、通信電路構(gòu)成；其中前置放大電路的輸入端連接聚焦拋物面聲傳感器的輸出端，濾波電路的輸入端連接前置放大電路的輸出端，濾波電路的輸出端連接次級放大電路的輸入端，次級放大電路的控制端連接單片機(jī)，次級放大電路的輸出端連接數(shù)據(jù)采集電路的輸入端，數(shù)據(jù)采集電路的輸出端連接信號處理電路的輸入端，信號處理電路的輸出端連接通信電路的輸入端。
4.如權(quán)利要求3所述的監(jiān)測裝置，其特征在于聚焦拋物面聲傳感器由壓電陶瓷晶片和聚焦拋物反射面構(gòu)成，晶片振蕩頻率為20-60kHz。
5.如權(quán)利要求4所述的監(jiān)測裝置，其特征在于晶片振蕩頻率為40kHz。
6.如權(quán)利要求4、5所述的監(jiān)測裝置，其特征在于晶片的振動模式為彎曲振動方式。
全文摘要
絕緣子污穢放電超聲監(jiān)測方法及裝置，采用聚焦拋物面聲傳感器對準(zhǔn)被測絕緣子方向，獲得絕緣子污穢放電產(chǎn)生的超聲波信號；對超聲傳感器獲得的信號進(jìn)行放大、濾波等處理并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；對信號進(jìn)行處理，判斷絕緣子污穢放電的強(qiáng)弱程度；通過通信電路發(fā)出絕緣子污穢放電的預(yù)警信息。本發(fā)明可以在線監(jiān)測，安全可靠，適用于所以類型的絕緣子，安裝和操作都簡單易行，成本低，易于推廣。
文檔編號G01N29/00GK1558225SQ20041001265
公開日2004年12月29日 申請日期2004年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月13日
發(fā)明者舒乃秋, 李明, 劉敏, 舒暢 申請人:武漢大學(xué)