專利名稱:一種用于輸配電線路局部放電檢測(cè)的遠(yuǎn)程定向在線檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型屬于測(cè)量領(lǐng)域,尤其涉及一種用于遠(yuǎn)程非接觸式檢測(cè)輸配電線路局部放電的裝置。
背景技術(shù):
輸電線路是電力系統(tǒng)輸電過程中必不可少的電氣設(shè)備,它的可靠安全運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的可靠性。輸配電線路的局部放電故障易發(fā)部位(通常包括絕緣子及相關(guān)的電纜接頭)在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中,因空氣污染、粉塵等原因,會(huì)導(dǎo)致其表面污染程度加大,最終形成局部或整體絕緣劣化,電氣絕緣強(qiáng)度降低,甚至發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象或放電擊穿故障,在業(yè)內(nèi)簡(jiǎn)稱之為“污閃”。對(duì)于輸電線路的放電狀況進(jìn)行檢測(cè),成為掌握其運(yùn)行狀態(tài)的必要手段,也成為保證電力系統(tǒng)安全可靠供電的重要保證。從能量的角度來看,放電是一個(gè)能量瞬時(shí)爆發(fā)的過程,是電能以聲能、光能、熱能、 電磁能等形式釋放出去的過程,在空氣間隙中發(fā)生電氣擊穿時(shí),放電瞬時(shí)完成,其電能瞬時(shí)轉(zhuǎn)化為熱能導(dǎo)致放電中心氣體的膨脹,這種瞬時(shí)膨脹的結(jié)果以聲波的形式傳播出去,就是最初的聲源。隨著最初的聲波傳播,傳播區(qū)域內(nèi)的氣體被加熱,形成一個(gè)等溫區(qū),其溫度高于環(huán)境溫度,當(dāng)這些氣體冷卻時(shí),氣體又開始收縮,收縮的結(jié)果就是較低頻率和強(qiáng)度的后續(xù)波, 它可以是可聞聲波或超聲波。由于聲學(xué)監(jiān)測(cè)法與聲信號(hào)的大小有很大關(guān)系,因此必須具有很高的靈敏度,才能捕捉到開始放電時(shí)產(chǎn)生的微弱的聲信號(hào),同時(shí)又不能受到噪聲的干擾,造成誤報(bào)警。為了達(dá)到不受到外界噪聲干擾的目的,所取的頻段必須避開人耳可聽聲音的頻率范圍,即 20Hz-20kHz,所以應(yīng)當(dāng)取頻率大于20kHz的聲信號(hào),即超聲波。根據(jù)放電的發(fā)展過程可知,放電是由弱到強(qiáng)逐步發(fā)展至閃絡(luò)的,因此捕捉放電過程中產(chǎn)生的超聲波信號(hào),并根據(jù)超聲波的聲壓大小變化,信號(hào)脈沖稀密變化,判斷污穢放電的強(qiáng)度以及對(duì)系統(tǒng)威脅的大小,就可以在污穢程度較輕,僅出現(xiàn)微弱的放電時(shí),發(fā)現(xiàn)它并采取措施,將事故的苗頭消滅,避免更大的損失。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于輸配電線路局部放電檢測(cè)的遠(yuǎn)程定向在線檢測(cè)裝置,其采用在線遠(yuǎn)程定向聚焦拾音/定位的方法,捕捉放電過程中產(chǎn)生的超聲波信號(hào),將拾取到的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為人可識(shí)別的聲/電信號(hào),來定性、定量地判斷局部放電故障易發(fā)部位是否存在污穢放電現(xiàn)象及污穢放電的強(qiáng)弱程度,其可大量減少使用人工、定檢費(fèi)用,減少以往的停電時(shí)間工作量,有效地保證電力設(shè)備的安全運(yùn)行,節(jié)約維護(hù)費(fèi)用。。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種用于輸配電線路局部放電檢測(cè)的遠(yuǎn)程定向在線檢測(cè)裝置,包括一個(gè)具有聚焦拋物面的聲音接受盤,其特征在所述聲音接受盤的前焦點(diǎn)上設(shè)置一聲音傳感器;設(shè)置一超聲波轉(zhuǎn)換/放大單元;所述超聲波轉(zhuǎn)換/放大單元的信號(hào)輸入端與聲音傳感器的電信號(hào)輸出電極連接;所述聲波轉(zhuǎn)換/放大單元的輸出端,與一個(gè)發(fā)聲器件和/或一個(gè)電壓數(shù)值顯示器件連接;在聲音接受盤的后方或側(cè)面,設(shè)置手柄或操作柄。具體的,所述的聲音傳感器為彎曲振動(dòng)式壓電傳感器。所述的彎曲振動(dòng)式壓電傳感器包括一個(gè)前端帶有開口的外殼;在外殼中設(shè)置一個(gè)與外殼固接的固定座;在朝向開口端的的固定座上設(shè)置一壓電陶瓷晶片;所述壓電陶瓷晶片的兩個(gè)端面與貫穿固定座的輸出信號(hào)電極分別對(duì)應(yīng)連接;在壓電陶瓷晶片的上面設(shè)置阻尼匹配金屬圓片;在阻尼匹配金屬圓片的上面設(shè)置一推向錐;在壓電傳感器外殼的開口端,設(shè)置防護(hù)網(wǎng)。進(jìn)一步的,所述彎曲振動(dòng)式壓電傳感器的中心頻率為40kHz。所述的聲波轉(zhuǎn)換/放大單元包括依次連接的選頻電路、混頻電路、中頻選頻放大、 檢波電路及功率放大電路,和與混頻電路連接的本地振蕩電路。所述的發(fā)聲器件為喇叭或耳機(jī),所述的電壓數(shù)值顯示器件為指針式或數(shù)字式電壓表。與現(xiàn)有技術(shù)比較,本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1.采用遠(yuǎn)程定向在線式非接觸式測(cè)量,定向定位準(zhǔn)確,可對(duì)配網(wǎng)輸電線路上的局部放電和接觸不良等故障進(jìn)行遠(yuǎn)程帶電監(jiān)測(cè),提供定性、定量的檢測(cè)結(jié)果,避免進(jìn)一步惡化及事故的發(fā)生;2.在線遠(yuǎn)程定向非接觸式檢測(cè),可大量減少使用人工、定檢費(fèi)用,減少以往的停電時(shí)間工作量,保障供電可靠性率、增加設(shè)備使用年限、減少設(shè)備故障和事故、減少檢修費(fèi)用、 人力的投入達(dá)到增產(chǎn)、增效、安全的效益;3.數(shù)據(jù)采集檔案化,為輸電線路狀態(tài)檢修提供技術(shù)支持及理論依據(jù);4.檢測(cè)數(shù)據(jù)和檔案的數(shù)字化與電力系統(tǒng)管理網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合后,有助于增加輸電線路智能化程度和建立整個(gè)電力系統(tǒng)的絕緣監(jiān)督網(wǎng),作為智能電網(wǎng)建設(shè)的一項(xiàng)技術(shù)保證,為電力設(shè)備的全壽命管理提供技術(shù)保障。
圖1是本實(shí)用新型聲音傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是整個(gè)檢測(cè)裝置的電路功能模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為防護(hù)網(wǎng),2為外殼,3為推向錐,4為阻尼匹配金屬圓片,5為壓電陶瓷晶片,6為固定座,7為電極,31為聲音接受盤,32為聲音傳感器,33為超聲波轉(zhuǎn)換/放大單元, 34為發(fā)聲器件,35為電壓數(shù)值顯示器件,36為于手持的手柄。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。[0025]圖1中,彎曲振動(dòng)式壓電傳感器包括一個(gè)前端帶有開口的外殼2,在外殼中設(shè)置一與外殼固接的固定座6,在朝向開口端的的固定座上設(shè)置一壓電陶瓷晶片5,所述壓電陶瓷晶片的兩端面經(jīng)貫穿固定座的電極7向后引出,構(gòu)成壓電傳感器的電信號(hào)輸出電極,在壓電陶瓷晶片的上面設(shè)置阻尼匹配金屬圓片4,在阻尼匹配金屬圓片的上面設(shè)置一推向錐3, 在壓電傳感器外殼的開口端,設(shè)置防護(hù)網(wǎng)1。本技術(shù)方案中的超聲波傳感器采用壓電式聲傳感器,壓電晶體的振動(dòng)模式采用了彎曲振動(dòng),因?yàn)閺澢駝?dòng)壓電換能器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、重量輕,機(jī)電耦合系數(shù)高,Q值高, 易于與空氣匹配?,F(xiàn)有的研究成果表明,由于污穢放電的每一次放電時(shí)間都很短,因此它的頻譜很寬,相應(yīng)的放電產(chǎn)生的聲信號(hào)頻譜也很寬,頻譜范圍從數(shù)百赫茲到數(shù)兆赫茲。從已有的試驗(yàn)結(jié)果來看,聲發(fā)射信號(hào)的頻譜分量主要集中在20kHz-150kHz之間,為了提高靈敏度,應(yīng)選擇頻譜分量最大的頻率,所以頻率應(yīng)當(dāng)在20kHz-150kHz,再考慮到信號(hào)頻率越高,在空氣中傳播時(shí)的衰減越大,本技術(shù)選擇了 40kHz這一頻率作為傳感器的中心頻率。對(duì)于接收用的傳感器,總期望有較低的阻抗值,以便接收到較弱的聲信號(hào)和輸出較大的電壓信號(hào)。本超聲波傳感器結(jié)構(gòu)為敞開式,具有靈敏度高、體積小、易于制作等優(yōu)點(diǎn)。壓電陶瓷的表面鍍有一層金屬導(dǎo)體,也就是電極。當(dāng)聲壓作用在壓電陶瓷上時(shí),在壓電陶瓷表面產(chǎn)生的電荷是束縛電荷,不能被電路讀出,電極的作用將束縛電荷轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂呻姾桑瑥亩浑娐纷x出。表面電極經(jīng)導(dǎo)線與輸出電極連接。壓電組件以簡(jiǎn)支邊的形式固定在基座上,在壓電組件的中央部分用結(jié)合軸與圓錐狀的推向錐連成一體,推向錐可以將聲壓有效地集中在壓電晶體的中心,提高傳感器的接收靈敏度。上述的部件都被安放在金屬外殼內(nèi),金屬外殼的前端用金屬絲組成的防護(hù)網(wǎng)代替,使聲波能夠入射到壓電陶瓷上。本技術(shù)中所用傳感器的中心頻率為40kHz,靈敏度約-65dB。根據(jù)污穢放電的發(fā)展過程可知,污穢放電是由弱到強(qiáng)逐步發(fā)展至閃絡(luò)的,可以肯定放電過程中超聲波信號(hào)的聲壓是由小到大變化,信號(hào)脈沖由稀疏到密集變化。根據(jù)超聲波信號(hào)的特征,判斷污穢放電的強(qiáng)度以及對(duì)系統(tǒng)威脅的大小,就可以在污穢程度較輕,僅出現(xiàn)微弱的放電時(shí),發(fā)現(xiàn)它并采取措施,將事故的苗頭消滅,避免更大的損失。圖2中,本技術(shù)方案之遠(yuǎn)程定向在線檢測(cè)裝置,包括一個(gè)具有聚焦拋物面狀的聲音接受盤31,其在聲音接受盤的前焦點(diǎn)上設(shè)置一聲音傳感器32,用于將接收到的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào);設(shè)置一超聲波轉(zhuǎn)換/放大單元33,超聲波轉(zhuǎn)換/放大單元的信號(hào)輸入端與聲音傳感器的電信號(hào)輸出電極連接,將超聲波轉(zhuǎn)換為音頻信號(hào)并對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行放大; 聲波轉(zhuǎn)換/放大單元的輸出端,與一發(fā)聲器件34和/或一電壓數(shù)值顯示器件35連接,用于輸出音頻信號(hào)和/或音頻信號(hào)的幅值大?。辉诼曇艚邮鼙P的后方或側(cè)面,設(shè)置用于手持的手柄或操作柄36。其中,聲音傳感器為彎曲振動(dòng)式壓電傳感器。上述的聲波轉(zhuǎn)換/放大單元包括依次連接的選頻電路、混頻電路、中頻選頻放大、 檢波電路及功率放大電路,和與混頻電路連接的本地振蕩電路。上述的電壓數(shù)值顯示器件為指針式或數(shù)字式電壓表。
5[0037]由于聲波轉(zhuǎn)換/放大單元所涉及的各個(gè)功能電路、發(fā)聲器件及電壓數(shù)值顯示器件等均為現(xiàn)有電子技術(shù),本領(lǐng)域的技術(shù)人員,在掌握和了解了本實(shí)用新型解決問題的思路和方法后,無需進(jìn)行創(chuàng)造性的勞動(dòng),即可實(shí)現(xiàn)本技術(shù)方案,再現(xiàn)其技術(shù)效果,故上述功能電路的具體線路和相互之間的連接關(guān)系,在此不再敘述。本技術(shù)方案之檢測(cè)方法,可檢測(cè)配網(wǎng)輸電線路的放電、絕緣老化和接觸不良狀況, 采用超聲波局放遠(yuǎn)程檢測(cè)定位技術(shù)和遠(yuǎn)程聚焦檢測(cè)技術(shù),采集放電的超聲波信號(hào),然后利用外差法(Heterodyning),將被接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)人耳可判別的聲音信號(hào),并將放電所產(chǎn)生的超聲波大小以電壓(dByV)的形式顯示出來,通過分析耳機(jī)中傳來的放電聲音以及顯示屏上聲壓的大小來判斷線路絕緣子是否存在表面放電現(xiàn)象。由于超聲波信號(hào)還具有較強(qiáng)的方向性,因此還可以根據(jù)聲壓大小的變化及輔助的激光瞄準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行放電位置的大致判斷。超聲波是指振動(dòng)頻率大于20KHz以上的,人在自然環(huán)境下無法聽到和感受到的聲波。然后利用外差法(Heterodyning),將被接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)人耳可判別、可聽見的聲音信號(hào),并將放電所產(chǎn)生的超聲波大小以電壓(dByV)的形式顯示出來,使用者通過分析耳機(jī)中傳來的放電聲音以及顯示屏上聲壓的大小來判斷線路絕緣子是否存在表面放電現(xiàn)象。外差法原理就像是收音機(jī),可將超聲波信號(hào)準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換成聲音,讓人們?nèi)菀椎乇嬲J(rèn)及了解。傳感器接收到超聲波信號(hào),經(jīng)過主機(jī)選頻后,選出要接收的超聲波信號(hào)。同時(shí),在主機(jī)中,有一個(gè)本地振蕩器,產(chǎn)生一個(gè)跟接收頻率差不多的本振信號(hào),它跟接收信號(hào)混頻, 產(chǎn)生差頻,這個(gè)差頻就是中頻信號(hào)。中頻信號(hào)再經(jīng)過中頻選頻放大,然后再檢波,就得到了原來的音頻信號(hào)。音頻信號(hào)通過功率放大之后,就可送至耳機(jī)發(fā)聲了。聚焦型傳感器是一個(gè)彎曲振動(dòng)式壓電傳感器和一個(gè)聚焦拋物面的組合。因?yàn)楝F(xiàn)有的技術(shù)手段無法使聲傳感器達(dá)到較理想的靈敏度,所以想到使用聚焦拋物面反射聲波,使聲能集中,在焦點(diǎn)產(chǎn)生較大的壓力,達(dá)到放大信號(hào)的目的。檢測(cè)過程中,使用聚焦型傳感器對(duì)準(zhǔn)要檢測(cè)的部位,檢測(cè)過程中瞄準(zhǔn)器一定要對(duì)準(zhǔn)輸電線路上的設(shè)備,并沿著設(shè)備的表面移動(dòng),檢測(cè)每個(gè)部位上的放電現(xiàn)象;盡量選擇濕度較大的時(shí)候進(jìn)行檢測(cè),因?yàn)榫€路上的放電與空氣濕度有很大的關(guān)系,但避免在雷雨天氣進(jìn)行檢測(cè)。注意區(qū)分電暈,電暈一般發(fā)生在導(dǎo)線上,而不在絕緣子上。確定儀器的檢測(cè)距離和檢測(cè)角度問題,儀器檢測(cè)距離約40米左右,建議在架空線路桿塔的四個(gè)方向分別進(jìn)行檢測(cè),以便于更好的判斷絕緣子的放電狀況。聚焦拋物面與超聲波傳感器結(jié)合使用就構(gòu)成了聚焦型傳感器,當(dāng)聲源與觀察點(diǎn)的距離小于IOm時(shí),單獨(dú)使用超聲波傳感器就可以滿足靈敏度的要求;當(dāng)距離大于IOm時(shí),就使用聚焦型傳感器,將超聲波傳感器放在拋物面的焦點(diǎn)上,使拋物面的軸線對(duì)準(zhǔn)聲源。遠(yuǎn)處的微弱信號(hào)經(jīng)拋物面反射后,在拋物面的焦點(diǎn),即超聲波傳感器上產(chǎn)生一個(gè)被放大了的信號(hào),達(dá)到提高靈敏度的效果。該設(shè)備通過檢測(cè)幅值的大小和放電聲音的大小來判斷絕緣子是否存在表面放電現(xiàn)象,判斷標(biāo)準(zhǔn)如下1.耳機(jī)中可以聽到放電特有的聲音(噼啪噼啪聲)
6頁2.根據(jù)聲音的大小,及幅值的大小判斷放電的嚴(yán)重程度,如下表
Isl處理意見
<6dB無放電現(xiàn)象,進(jìn)行下一次的放電檢測(cè)
6-15dB輕微放電,加強(qiáng)關(guān)注
15-25dB放電很明顯,采取相關(guān)處理惜施清掃或更換絕緣子
25dB以上放電嚴(yán)重,采取相關(guān)檢修惜施以上兩種判斷缺一不可,因?yàn)榭諝庵锌梢源嬖诔暡ㄐ盘?hào),會(huì)引起幅值的變化,但不可能會(huì)有放電特有的聲音。本申請(qǐng)之技術(shù)方案,基于超聲波的輸電線路局放檢測(cè)技術(shù)為線路設(shè)備特別是線路絕緣子、電纜接頭等提供了一種在線檢測(cè)的手段,為運(yùn)行人員了解線路設(shè)備運(yùn)行情況提供了評(píng)判的依據(jù)。通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的做好全面管理,不再是單純的通過檢測(cè)數(shù)值來判斷輸電線路的絕緣狀態(tài),而是從檢測(cè)數(shù)據(jù)中,根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、趨勢(shì)分析判斷輸電線路的運(yùn)行狀況和故障率,為輸電線路采取相應(yīng)的預(yù)防措施提供技術(shù)依據(jù)。進(jìn)一步地,還可逐步建立成數(shù)據(jù)庫、案例庫、檢測(cè)導(dǎo)則等,從而開發(fā)出線路絕緣子污穢放電綜合管理及診斷系統(tǒng),加強(qiáng)運(yùn)檢人員對(duì)線路絕緣子污穢的檢測(cè)與故障診斷的應(yīng)用研究。本實(shí)用新型可廣泛用于輸配電網(wǎng)輸電線路的在線檢測(cè)領(lǐng)域。
權(quán)利要求1.一種用于輸配電線路局部放電檢測(cè)的遠(yuǎn)程定向在線檢測(cè)裝置,包括一個(gè)具有聚焦拋物面的聲音接受盤,其特征在所述聲音接受盤的前焦點(diǎn)上設(shè)置一聲音傳感器; 設(shè)置一超聲波轉(zhuǎn)換/放大單元;所述超聲波轉(zhuǎn)換/放大單元的信號(hào)輸入端與聲音傳感器的電信號(hào)輸出電極連接; 所述聲波轉(zhuǎn)換/放大單元的輸出端,與一個(gè)發(fā)聲器件和/或一個(gè)電壓數(shù)值顯示器件連接;在聲音接受盤的后方或側(cè)面,設(shè)置手柄或操作柄。
2.按照權(quán)利要求1所述的用于輸配電線路局部放電檢測(cè)的遠(yuǎn)程定向在線檢測(cè)裝置,其特征是所述的聲音傳感器為彎曲振動(dòng)式壓電傳感器;
3.按照權(quán)利要求2所述的用于輸配電線路局部放電檢測(cè)的遠(yuǎn)程定向在線檢測(cè)裝置,其特征是所述的彎曲振動(dòng)式壓電傳感器包括一個(gè)前端帶有開口的外殼;在外殼中設(shè)置一個(gè)與外殼固接的固定座;在朝向開口端的的固定座上設(shè)置一壓電陶瓷晶片;所述壓電陶瓷晶片的兩個(gè)端面與貫穿固定座的輸出信號(hào)電極分別對(duì)應(yīng)連接; 在壓電陶瓷晶片的上面設(shè)置阻尼匹配金屬圓片; 在阻尼匹配金屬圓片的上面設(shè)置一推向錐; 在壓電傳感器外殼的開口端,設(shè)置防護(hù)網(wǎng)。
4.按照權(quán)利要求2所述的用于輸配電線路局部放電檢測(cè)的遠(yuǎn)程定向在線檢測(cè)裝置,其特征是所述彎曲振動(dòng)式壓電傳感器的中心頻率為40kHz。
5.按照權(quán)利要求1所述的用于輸配電線路局部放電檢測(cè)的遠(yuǎn)程定向在線檢測(cè)裝置,其特征是所述的聲波轉(zhuǎn)換/放大單元包括依次連接的選頻電路、混頻電路、中頻選頻放大、檢波電路及功率放大電路,和與混頻電路連接的本地振蕩電路。
6.按照權(quán)利要求1所述的用于輸配電線路局部放電檢測(cè)的遠(yuǎn)程定向在線檢測(cè)裝置, 其特征是所述的發(fā)聲器件為喇叭或耳機(jī),所述的電壓數(shù)值顯示器件為指針式或數(shù)字式電壓表。
專利摘要一種用于輸配電線路局部放電檢測(cè)的遠(yuǎn)程定向在線檢測(cè)裝置,屬測(cè)量領(lǐng)域。包括一個(gè)具有聚焦拋物面的聲音接受盤,在聲音接受盤的前焦點(diǎn)上設(shè)置一彎曲振動(dòng)式壓電傳感器,設(shè)置一超聲波轉(zhuǎn)換/放大單元,超聲波轉(zhuǎn)換/放大單元的信號(hào)輸入端與壓電傳感器的電信號(hào)輸出電極連接;聲波轉(zhuǎn)換/放大單元的輸出端與一發(fā)聲器件和一電壓數(shù)值顯示器件連接。其將拾取到的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為人可識(shí)別的聲/電信號(hào),來定性、定量地判斷局部放電故障易發(fā)部位是否存在污穢放電現(xiàn)象及污穢放電的強(qiáng)弱程度,其可大量減少使用人工、定檢費(fèi)用,減少以往的停電時(shí)間工作量,有效地保證電力設(shè)備的安全運(yùn)行,節(jié)約維護(hù)費(fèi)用??蓮V泛用于輸配電網(wǎng)輸電線路的在線檢測(cè)與故障診斷領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01R31/12GK202230176SQ20112035926
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者余捷, 關(guān)民安, 馮永萬, 周藍(lán)波, 張宇, 張雪生, 沈杰, 浦盛斌, 王昭夏, 瞿龍寶, 趙春琛, 趙瑞忠, 車霄霏, 陸茂鑫 申請(qǐng)人:上海市電力公司