专利名称：一种用于输配电线路局部放电检测的远程定向在线检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量领域，尤其涉及一种用于远程非接触式检测输配电线路局部放电的装置。
背景技术：
输电线路是电力系统输电过程中必不可少的电气设备，它的可靠安全运行直接关系到整个电网的可靠性。输配电线路的局部放电故障易发部位(通常包括绝缘子及相关的电缆接头)在长期运行过程中，因空气污染、粉尘等原因，会导致其表面污染程度加大，最终形成局部或整体绝缘劣化，电气绝缘强度降低，甚至发生闪络现象或放电击穿故障，在业内简称之为“污闪”。对于输电线路的放电状况进行检测，成为掌握其运行状态的必要手段，也成为保证电力系统安全可靠供电的重要保证。从能量的角度来看，放电是一个能量瞬时爆发的过程，是电能以声能、光能、热能、 电磁能等形式释放出去的过程，在空气间隙中发生电气击穿时，放电瞬时完成，其电能瞬时转化为热能导致放电中心气体的膨胀，这种瞬时膨胀的结果以声波的形式传播出去，就是最初的声源。随着最初的声波传播，传播区域内的气体被加热，形成一个等温区，其温度高于环境温度，当这些气体冷却时，气体又开始收缩，收缩的结果就是较低频率和强度的后续波， 它可以是可闻声波或超声波。由于声学监测法与声信号的大小有很大关系，因此必须具有很高的灵敏度，才能捕捉到开始放电时产生的微弱的声信号，同时又不能受到噪声的干扰，造成误报警。为了达到不受到外界噪声干扰的目的，所取的频段必须避开人耳可听声音的频率范围，即 20Hz-20kHz，所以应当取频率大于20kHz的声信号，即超声波。根据放电的发展过程可知，放电是由弱到强逐步发展至闪络的，因此捕捉放电过程中产生的超声波信号，并根据超声波的声压大小变化，信号脉冲稀密变化，判断污秽放电的强度以及对系统威胁的大小，就可以在污秽程度较轻，仅出现微弱的放电时，发现它并采取措施，将事故的苗头消灭，避免更大的损失。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于输配电线路局部放电检测的远程定向在线检测装置，其采用在线远程定向聚焦拾音/定位的方法，捕捉放电过程中产生的超声波信号，将拾取到的超声波信号转换为人可识别的声/电信号，来定性、定量地判断局部放电故障易发部位是否存在污秽放电现象及污秽放电的强弱程度，其可大量减少使用人工、定检费用，减少以往的停电时间工作量，有效地保证电力设备的安全运行，节约维护费用。。本实用新型的技术方案是提供一种用于输配电线路局部放电检测的远程定向在线检测装置，包括一个具有聚焦抛物面的声音接受盘，其特征在所述声音接受盘的前焦点上设置一声音传感器；设置一超声波转换/放大单元；所述超声波转换/放大单元的信号输入端与声音传感器的电信号输出电极连接；所述声波转换/放大单元的输出端，与一个发声器件和/或一个电压数值显示器件连接；在声音接受盘的后方或侧面，设置手柄或操作柄。具体的，所述的声音传感器为弯曲振动式压电传感器。所述的弯曲振动式压电传感器包括一个前端带有开口的外壳；在外壳中设置一个与外壳固接的固定座；在朝向开口端的的固定座上设置一压电陶瓷晶片；所述压电陶瓷晶片的两个端面与贯穿固定座的输出信号电极分别对应连接；在压电陶瓷晶片的上面设置阻尼匹配金属圆片；在阻尼匹配金属圆片的上面设置一推向锥；在压电传感器外壳的开口端，设置防护网。进一步的，所述弯曲振动式压电传感器的中心频率为40kHz。所述的声波转换/放大单元包括依次连接的选频电路、混频电路、中频选频放大、 检波电路及功率放大电路，和与混频电路连接的本地振荡电路。所述的发声器件为喇叭或耳机，所述的电压数值显示器件为指针式或数字式电压表。与现有技术比较，本实用新型的优点是1.采用远程定向在线式非接触式测量，定向定位准确，可对配网输电线路上的局部放电和接触不良等故障进行远程带电监测，提供定性、定量的检测结果，避免进一步恶化及事故的发生；2.在线远程定向非接触式检测，可大量减少使用人工、定检费用，减少以往的停电时间工作量，保障供电可靠性率、增加设备使用年限、减少设备故障和事故、减少检修费用、 人力的投入达到增产、增效、安全的效益；3.数据采集档案化，为输电线路状态检修提供技术支持及理论依据；4.检测数据和档案的数字化与电力系统管理网络相结合后，有助于增加输电线路智能化程度和建立整个电力系统的绝缘监督网，作为智能电网建设的一项技术保证，为电力设备的全寿命管理提供技术保障。

图1是本实用新型声音传感器的结构示意图；图2是整个检测装置的电路功能模块结构示意图。图中1为防护网，2为外壳，3为推向锥，4为阻尼匹配金属圆片，5为压电陶瓷晶片，6为固定座，7为电极，31为声音接受盘，32为声音传感器，33为超声波转换/放大单元， 34为发声器件，35为电压数值显示器件，36为于手持的手柄。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。[0025]图1中，弯曲振动式压电传感器包括一个前端带有开口的外壳2，在外壳中设置一与外壳固接的固定座6，在朝向开口端的的固定座上设置一压电陶瓷晶片5，所述压电陶瓷晶片的两端面经贯穿固定座的电极7向后引出，构成压电传感器的电信号输出电极，在压电陶瓷晶片的上面设置阻尼匹配金属圆片4，在阻尼匹配金属圆片的上面设置一推向锥3， 在压电传感器外壳的开口端，设置防护网1。本技术方案中的超声波传感器采用压电式声传感器，压电晶体的振动模式采用了弯曲振动，因为弯曲振动压电换能器的结构简单、尺寸小、重量轻，机电耦合系数高，Q值高， 易于与空气匹配。现有的研究成果表明，由于污秽放电的每一次放电时间都很短，因此它的频谱很宽，相应的放电产生的声信号频谱也很宽，频谱范围从数百赫兹到数兆赫兹。从已有的试验结果来看，声发射信号的频谱分量主要集中在20kHz-150kHz之间，为了提高灵敏度，应选择频谱分量最大的频率，所以频率应当在20kHz-150kHz，再考虑到信号频率越高，在空气中传播时的衰减越大，本技术选择了 40kHz这一频率作为传感器的中心频率。对于接收用的传感器，总期望有较低的阻抗值，以便接收到较弱的声信号和输出较大的电压信号。本超声波传感器结构为敞开式，具有灵敏度高、体积小、易于制作等优点。压电陶瓷的表面镀有一层金属导体，也就是电极。当声压作用在压电陶瓷上时，在压电陶瓷表面产生的电荷是束缚电荷，不能被电路读出，电极的作用将束缚电荷转变为自由电荷，从而被电路读出。表面电极经导线与输出电极连接。压电组件以简支边的形式固定在基座上，在压电组件的中央部分用结合轴与圆锥状的推向锥连成一体，推向锥可以将声压有效地集中在压电晶体的中心，提高传感器的接收灵敏度。上述的部件都被安放在金属外壳内，金属外壳的前端用金属丝组成的防护网代替，使声波能够入射到压电陶瓷上。本技术中所用传感器的中心频率为40kHz，灵敏度约-65dB。根据污秽放电的发展过程可知，污秽放电是由弱到强逐步发展至闪络的，可以肯定放电过程中超声波信号的声压是由小到大变化，信号脉冲由稀疏到密集变化。根据超声波信号的特征，判断污秽放电的强度以及对系统威胁的大小，就可以在污秽程度较轻，仅出现微弱的放电时，发现它并采取措施，将事故的苗头消灭，避免更大的损失。图2中，本技术方案之远程定向在线检测装置，包括一个具有聚焦抛物面状的声音接受盘31，其在声音接受盘的前焦点上设置一声音传感器32，用于将接收到的超声波信号转换为电信号；设置一超声波转换/放大单元33，超声波转换/放大单元的信号输入端与声音传感器的电信号输出电极连接，将超声波转换为音频信号并对音频信号进行放大； 声波转换/放大单元的输出端，与一发声器件34和/或一电压数值显示器件35连接，用于输出音频信号和/或音频信号的幅值大小；在声音接受盘的后方或侧面，设置用于手持的手柄或操作柄36。其中，声音传感器为弯曲振动式压电传感器。上述的声波转换/放大单元包括依次连接的选频电路、混频电路、中频选频放大、 检波电路及功率放大电路，和与混频电路连接的本地振荡电路。上述的电压数值显示器件为指针式或数字式电压表。
5[0037]由于声波转换/放大单元所涉及的各个功能电路、发声器件及电压数值显示器件等均为现有电子技术，本领域的技术人员，在掌握和了解了本实用新型解决问题的思路和方法后，无需进行创造性的劳动，即可实现本技术方案，再现其技术效果，故上述功能电路的具体线路和相互之间的连接关系，在此不再叙述。本技术方案之检测方法，可检测配网输电线路的放电、绝缘老化和接触不良状况， 采用超声波局放远程检测定位技术和远程聚焦检测技术，采集放电的超声波信号，然后利用外差法(Heterodyning)，将被接收的信号转换成一个人耳可判别的声音信号，并将放电所产生的超声波大小以电压(dByV)的形式显示出来，通过分析耳机中传来的放电声音以及显示屏上声压的大小来判断线路绝缘子是否存在表面放电现象。由于超声波信号还具有较强的方向性，因此还可以根据声压大小的变化及辅助的激光瞄准技术进行放电位置的大致判断。超声波是指振动频率大于20KHz以上的，人在自然环境下无法听到和感受到的声波。然后利用外差法(Heterodyning)，将被接收的信号转换成一个人耳可判别、可听见的声音信号，并将放电所产生的超声波大小以电压(dByV)的形式显示出来，使用者通过分析耳机中传来的放电声音以及显示屏上声压的大小来判断线路绝缘子是否存在表面放电现象。外差法原理就像是收音机，可将超声波信号准确地转换成声音，让人们容易地辨认及了解。传感器接收到超声波信号，经过主机选频后，选出要接收的超声波信号。同时，在主机中，有一个本地振荡器，产生一个跟接收频率差不多的本振信号，它跟接收信号混频， 产生差频，这个差频就是中频信号。中频信号再经过中频选频放大，然后再检波，就得到了原来的音频信号。音频信号通过功率放大之后，就可送至耳机发声了。聚焦型传感器是一个弯曲振动式压电传感器和一个聚焦抛物面的组合。因为现有的技术手段无法使声传感器达到较理想的灵敏度，所以想到使用聚焦抛物面反射声波，使声能集中，在焦点产生较大的压力，达到放大信号的目的。检测过程中，使用聚焦型传感器对准要检测的部位，检测过程中瞄准器一定要对准输电线路上的设备，并沿着设备的表面移动，检测每个部位上的放电现象；尽量选择湿度较大的时候进行检测，因为线路上的放电与空气湿度有很大的关系，但避免在雷雨天气进行检测。注意区分电晕，电晕一般发生在导线上，而不在绝缘子上。确定仪器的检测距离和检测角度问题，仪器检测距离约40米左右，建议在架空线路杆塔的四个方向分别进行检测，以便于更好的判断绝缘子的放电状况。聚焦抛物面与超声波传感器结合使用就构成了聚焦型传感器，当声源与观察点的距离小于IOm时，单独使用超声波传感器就可以满足灵敏度的要求；当距离大于IOm时，就使用聚焦型传感器，将超声波传感器放在抛物面的焦点上，使抛物面的轴线对准声源。远处的微弱信号经抛物面反射后，在抛物面的焦点，即超声波传感器上产生一个被放大了的信号，达到提高灵敏度的效果。该设备通过检测幅值的大小和放电声音的大小来判断绝缘子是否存在表面放电现象，判断标准如下1.耳机中可以听到放电特有的声音(噼啪噼啪声)
6页2.根据声音的大小，及幅值的大小判断放电的严重程度，如下表
Isl处理意见
<6dB无放电现象，进行下一次的放电检测
6-15dB轻微放电，加强关注
15-25dB放电很明显，采取相关处理惜施清扫或更换绝缘子
25dB以上放电严重，采取相关检修惜施以上两种判断缺一不可，因为空气中可以存在超声波信号，会引起幅值的变化，但不可能会有放电特有的声音。本申请之技术方案，基于超声波的输电线路局放检测技术为线路设备特别是线路绝缘子、电缆接头等提供了一种在线检测的手段，为运行人员了解线路设备运行情况提供了评判的依据。通过现场检测，对检测数据的做好全面管理，不再是单纯的通过检测数值来判断输电线路的绝缘状态，而是从检测数据中，根据统计分析、趋势分析判断输电线路的运行状况和故障率，为输电线路采取相应的预防措施提供技术依据。进一步地，还可逐步建立成数据库、案例库、检测导则等，从而开发出线路绝缘子污秽放电综合管理及诊断系统，加强运检人员对线路绝缘子污秽的检测与故障诊断的应用研究。本实用新型可广泛用于输配电网输电线路的在线检测领域。
权利要求1.一种用于输配电线路局部放电检测的远程定向在线检测装置，包括一个具有聚焦抛物面的声音接受盘，其特征在所述声音接受盘的前焦点上设置一声音传感器； 设置一超声波转换/放大单元；所述超声波转换/放大单元的信号输入端与声音传感器的电信号输出电极连接； 所述声波转换/放大单元的输出端，与一个发声器件和/或一个电压数值显示器件连接；在声音接受盘的后方或侧面，设置手柄或操作柄。
2.按照权利要求1所述的用于输配电线路局部放电检测的远程定向在线检测装置，其特征是所述的声音传感器为弯曲振动式压电传感器；
3.按照权利要求2所述的用于输配电线路局部放电检测的远程定向在线检测装置，其特征是所述的弯曲振动式压电传感器包括一个前端带有开口的外壳；在外壳中设置一个与外壳固接的固定座；在朝向开口端的的固定座上设置一压电陶瓷晶片；所述压电陶瓷晶片的两个端面与贯穿固定座的输出信号电极分别对应连接； 在压电陶瓷晶片的上面设置阻尼匹配金属圆片； 在阻尼匹配金属圆片的上面设置一推向锥； 在压电传感器外壳的开口端，设置防护网。
4.按照权利要求2所述的用于输配电线路局部放电检测的远程定向在线检测装置，其特征是所述弯曲振动式压电传感器的中心频率为40kHz。
5.按照权利要求1所述的用于输配电线路局部放电检测的远程定向在线检测装置，其特征是所述的声波转换/放大单元包括依次连接的选频电路、混频电路、中频选频放大、检波电路及功率放大电路，和与混频电路连接的本地振荡电路。
6.按照权利要求1所述的用于输配电线路局部放电检测的远程定向在线检测装置， 其特征是所述的发声器件为喇叭或耳机，所述的电压数值显示器件为指针式或数字式电压表。
专利摘要一种用于输配电线路局部放电检测的远程定向在线检测装置，属测量领域。包括一个具有聚焦抛物面的声音接受盘，在声音接受盘的前焦点上设置一弯曲振动式压电传感器，设置一超声波转换/放大单元，超声波转换/放大单元的信号输入端与压电传感器的电信号输出电极连接；声波转换/放大单元的输出端与一发声器件和一电压数值显示器件连接。其将拾取到的超声波信号转换为人可识别的声/电信号，来定性、定量地判断局部放电故障易发部位是否存在污秽放电现象及污秽放电的强弱程度，其可大量减少使用人工、定检费用，减少以往的停电时间工作量，有效地保证电力设备的安全运行，节约维护费用。可广泛用于输配电网输电线路的在线检测与故障诊断领域。
文档编号G01R31/12GK202230176SQ20112035926
公开日2012年5月23日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者余捷, 关民安, 冯永万, 周蓝波, 张宇, 张雪生, 沈杰, 浦盛斌, 王昭夏, 瞿龙宝, 赵春琛, 赵瑞忠, 车霄霏, 陆茂鑫 申请人:上海市电力公司