CN103926513B - 一种便携式超声波在线检测局部放电诊断装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式超声波在线检测局部放电诊断装置，包括独立的第一超声波检测探头、独立的第二超声波检测探头和独立的主机处理器，第一超声波检测探头进行首次宽范围检测，确定局部放电的大致范围，再换取第二超声波检测探头进行第二次精确范围检测，每次检测需要将检测到的信号发送给主机处理器，首先经过滤波、放大电路进行采集信号的除杂及信号的放大，再将放大后的信号发送给数字电位器，数字电位器再将信号发送给模数转换模块进行转换，最终发送给中央处理器进行处理，处理后的信号一方面发送给显示模块进行显示，方便工作人员查看局部放电情况，另一方面经过功放模块由耳机释放。
Description
技术领域
本发明涉及高压输电电气设备的安全检测技术领域，尤其涉及一种用于电网变电站的便携式超声波在线检测局部放电诊断装置。
背景技术
目前，电网中电力设备的绝缘问题一直是高压输电技术必须考虑的首要因素。绝缘部件是高压电气设备结构中的重要组成部分，目前的统计研究表明，在所有电力故障中，绝缘故障所占比重较大。
电气设备的绝缘性能可以通过局部放电来进行分析、评价。局部放电通常是一种分散地发生在绝缘介质内部一些极微小的空间上的放电现象，被认为是绝缘故障的前兆。电力系统中很多运行中的设备会因环境以及制造工艺等原因而发生局部放电现象。放电对绝缘设备造成两种破坏：一种是由于放电质点直接轰击绝缘部件，使局部绝缘受到破坏并逐步扩大，造成绝缘击穿。另一种是放电产生的热、臭氧、氧化氮等活性气体的化学作用，使局部绝缘受到腐蚀，介质损耗增大，最后导致热击穿。目前，采用检测、分析这种放电现象，可以为绝缘系统的完整性提供有价值的信息。
局部放电的检测方法主要是脉冲电流检测法脉冲电流法。该方法可以分别测得放电量、放电重复率以及平均电流、放电能量等多种局放特征量。其基本原理是通过检测阻抗来检测局部放电引起的脉冲电流，从而获得局部放电的信息。按测试回路的不同，脉冲电流法又可分为“直测法”和“平衡法”两种。直测法直接测量局部放电所产生的脉冲电流在检测阻抗两端响应的脉冲电压；平衡法有西林电桥、差分电桥及双电桥等多种测试回路，主要是为了增强抗外来干扰的能力。总的说来，脉冲电流法易受现场电磁干扰的影响，局部放电脉冲信号提取困难，在检测时，需要将被测设备从电网中脱离出来，由于被测设备的体积大、质量重，在脱离时，需要消耗大量的人力物力，因此对供电生产产生一定影响，并延长了设备维修周期。
综上所述，对电网中局部放电现象的检测急需一种能够准确、快捷的检测装置，此装置应符合日常巡检中的各种需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携式超声波在线检测局部放电诊断装置，能够在线快速、准确的检测被测设备的局部放电现象，结构简单、操作方便、运用灵活，降低维修检测周期、提高工作效率。
本发明采用的技术方案为：
一种便携式超声波在线检测局部放电诊断装置，包括独立的第一超声波检测探头、独立的第二超声波检测探头和独立的主机处理器，第一超声波检测探头包括两端开口的扩探筒，扩探筒的一端为大口径，另一端为小口径，扩探筒的小口径端通过精度调节环连接直筒状超声波传感器前端设有的连接筒，直筒状超声波传感器外壁上设有按钮开关，直筒状超声波传感器的末端设有线缆出口；第二超声波检测探头结构与第一超声波检测探头相同；主机处理器包括长方体结构外壳，外壳的正面设有显示窗口，外壳的背面设有插孔，直筒状超声波传感器的末端插入插孔内，并且线缆出口配合连接插孔底部设有的线缆接口，外壳的下表面连接手持部，手持部内设有电池容纳腔，手持部的外表面设有电源插孔；外壳内设有滤波、放大模块，滤波、放大模块的信号输入端连接超声波检测探头的信号输出端，滤波、放大模块的信号输出端连接数字电位器的信号输入端，数字电位器的信号输出端经过模数转换模块连接中央处理器的信号采集输入端，中央处理器的信号输出端连接显示模块和功放模块的输入端，功放模块的输出端连接耳机插孔，中央处理器的控制端连接数字电位器，中央处理器电源端连接电池，电池设于电池容纳腔。
所述的扩探筒的小口径端外壁上设有螺纹，精度调节环内壁上配合设有螺纹，连接筒外壁上设有螺纹，精度调节环两端分别螺纹连接扩探筒的小口径端和连接筒前端。
所述的直筒状超声波传感器的外直径与插孔的直径相等。
所述的中央处理器还连接有时钟电路和存储模块。
所述的精度调节环上设有手柄。
所述的第一超声波检测探头的检测超声波中心频率为40KHz， 第二超声波检测探头的检测超声波中心频率为100KHz。
本发明利用第一超声波检测探头进行首次宽范围检测，确定局部放电的大致范围，再换取第二超声波检测探头进行第二次精确范围检测，每次检测需要将检测到的信号发送给主机处理器，首先经过滤波、放大电路进行采集信号的除杂及信号的放大，再将放大后的信号发送给数字电位器，数字电位器再将信号发送给模数转换模块进行转换，最终发送给中央处理器进行处理，处理后的信号一方面发送给显示模块进行显示，方便工作人员查看局部放电情况，另一方面经过功放模块由耳机释放；本发明能够在线快速、准确的检测被测设备的局部放电现象，结构简单、操作方便、运用灵活，降低维修检测周期、提高工作效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的第一超声波检测探头结构示意图；
图3为本发明的主机处理器电路原理图；
图4为本发明实施例1的棒板无局放时域波形图；
图5为本发明实施例1的棒板有局放时域波形图；
图6为本发明实施例1的棒板无局放频域波形图；
图7为本发明实施例1的棒板有局放频域波形图；
图8为本发明实施例1的棒针无局放时域波形图；
图9为本发明实施例1的棒针有局放时域波形图；
图10为本发明实施例1的棒针无局放频域波形图；
图11为本发明实施例1的棒针有局放频域波形图；
图12为本发明实施例1的针板无局放时域波形图；
图13为本发明实施例1的针板有局放时域波形图；
图14为本发明实施例1的针板无局放频域波形图；
图15为本发明实施例1的针板有局放频域波形图。
具体实施方式
如图1、2和3所示，本发明包括独立的第一超声波检测探头、独立的第二超声波检测探头和独立的主机处理器，超声波检测探头与主机处理器可以抽查拆卸连接，方便操作、携带。如图2所示，第一超声波检测探头包括两端开口的扩探筒8，扩探筒8的一端为大口径，另一端为小口径，扩探筒8呈喇叭状，方便寻找超声波及限定寻找范围；扩探筒8的小口径端8-2通过精度调节环9连接直筒状超声波传感器12前端设有的连接筒11，扩探筒8的小口径端8-2外壁上设有螺纹，精度调节环9内壁上配合设有螺纹，连接筒11外壁上设有螺纹，精度调节环9两端分别螺纹连接扩探筒8的小口径端8-2和连接筒11前端，精度调节环9上设有手柄10，通过转动手柄10调节检测范围的大小，直筒状超声波传感器12外壁上设有按钮开关13，开关13用于启动超声波传感器，当不需要检测时，断开开关13，节省电量，直筒状超声波传感器12的末端设有线缆出口14；第二超声波检测探头结构与第一超声波检测探头相同，但是检测超声波中心频率不同，第一超声波检测探头的检测超声波中心频率为40KHz， 第二超声波检测探头的检测超声波中心频率为100KHz，第一超声波检测探头用于宽范围检测，第二超声波检测探头用于精确检测。主机处理器包括长方体结构外壳1，外壳1的左端面设有耳机插孔7，外壳1的正面设有显示窗口2，外壳1的背面设有插孔3，直筒状超声波传感器12的末端插入插孔3内，并且线缆出口14配合连接插孔3底部设有的线缆接口，直筒状超声波传感器12的外直径与插孔3的直径相等，外壳1的下表面连接手持部4，手持部4内设有电池容纳腔6，手持部4的外表面设有电源插孔5；外壳1内设有滤波、放大模块，滤波、放大模块的信号输入端连接超声波检测探头的信号输出端，滤波、放大模块的信号输出端连接数字电位器的信号输入端，数字电位器的信号输出端经过模数转换模块连接中央处理器的信号采集输入端，中央处理器的信号输出端连接显示模块和功放模块的输入端，功放模块的输出端连接耳机插孔7，中央处理器的控制端连接数字电位器，中央处理器电源端连接电池，电池设于电池容纳腔6内，中央处理器还连接有时钟电路和存储模块。
下面详细说明本发明的工作原理：
大量的实验研究证明局部放电现象都伴随着声发射现象，分析研究各种放电类型发现伴随放电所发出的超声波信号频率集中在20KHz~40KHz和80KHz~140KHz之间。本发明使用两种不同型号超声波传感器，分别接收两种频段内的超声波信号，第一次进行的是宽范围的测量，第一超声波检测探头的检测超声波中心频率为40KHz，首先将第一超声波检测探头的直筒状超声波传感器12的末端插入外壳1背面的插孔3内，工作人员拿握手持部4，将扩探筒8的大口径端8-1对电气被测设备进行在线扫描，不需要将被测设备脱离原设备进行检测，首次扫描，可以大致确定被测设备的大范围内有局部放电现象，同时，可以通过手动转动手柄10调节精度调节环9与扩探筒8及连接筒11连接的长度，从而调节检测范围的大小。第一超声波检测探头将检测到的超声波信号发送给滤波、放大电路进行采集信号的除杂及信号的放大，再将放大后的信号发送给数字电位器，数字电位器再将信号发送给模数转换模块进行转换，最终发送给中央处理器进行处理、对比，处理后的信号一方面发送给显示模块进行显示，方便工作人员查看，另一方面经过功放模块由耳机释放，宽范围检测完毕，工作人员可以大概判断出局部放电的位置。此时，将第一超声波检测探头从插孔3中卸载下来，再将第二超声波检测探头按照安装第一超声波检测探头的方式插入外壳1的插孔3中，安装完毕后，对第一次检测的大致范围进行详细的扫面，第二超声波检测探头的检测超声波中心频率为100KHz，可以精确的检测局部放电位置，扫描后将采集的信息发送给滤波、放大电路进行采集信号的除杂及信号的放大，再将放大后的信号发送给数字电位器，数字电位器再将信号发送给模数转换模块进行转换，最终发送给中央处理器进行时域和频域的分析比较处理，中央处理器内部存储有大量的波形数据库，将采集的信号与数据库中的资材进行比较，比较后确定超声波频率，再将此超声波频率的波形发送给显示模块进行显示，方便工作人员查看，另一方面经过功放模块由耳机释放；在中央处理器处理的过程中，需要对信息进一步确定，此时，通过调节数字电位器可以筛选有用频带的超声波，再次进行一系列的处理，再次进行显示和通过耳机释放声音。时钟电路和存储模块记录局部放电的时刻和检测情况，方便后期查看。本发明中所述的中央处理器处理的过程，在本领域中属于现有成熟技术，在此不再赘述。
由于放电总伴随着声发射现象，根据不同类型的放电对应的声发射信号也不同，从波形图中可以判断出是被测设备的哪个部件放电，实施例1，如图4、图5、图6、图7所示，为棒板无放电、有放电的时域、频域波形图，图4为无局放时域波形图，图5为有局放时域波形图，图6为无局放频域波形图，图7为有局放频域波形图，从波形图可以看出有局放时的波形及幅值。实施例2，如图8、图9、图10、图11所示，为棒针放电时时域、频域波形图，图8为无局放时域波形图，图9为有局放时域波形图，图10为无局放频域波形图，图11为有局放频域波形图。实施例3，如图12、图13、图14、图15所示，为针板放电时时域、频域波形图，图12为无局放时域波形图，图13为有局放时域波形图，图14为无局放频域波形图，图15为有局放频域波形图。
Claims (6)
1.一种便携式超声波在线检测局部放电诊断装置，其特征在于：包括独立的第一超声波检测探头、独立的第二超声波检测探头和独立的主机处理器，第一超声波检测探头包括两端开口的扩探筒，扩探筒的一端为大口径，另一端为小口径，扩探筒的小口径端通过精度调节环连接直筒状超声波传感器前端设有的连接筒，直筒状超声波传感器外壁上设有按钮开关，直筒状超声波传感器的末端设有线缆出口；第二超声波检测探头结构与第一超声波检测探头相同，且利用第一超声波检测探头对频率为20KHz~40KHz的超声波进行检测，再换取第二超声波检测探头对频率为80KHz~140KHz的超声波进行检测；主机处理器包括长方体结构外壳，外壳的左端面设有耳机插孔，外壳的正面设有显示窗口，外壳的背面设有插孔，直筒状超声波传感器的末端插入插孔内，并且线缆出口配合连接插孔底部设有的线缆接口，外壳的下表面连接手持部，手持部内设有电池容纳腔，手持部的外表面设有电源插孔；外壳内设有滤波和放大模块，滤波和放大模块的信号输入端连接第一超声波检测探头或第二超声波检测探头的信号输出端，滤波和放大模块的信号输出端连接数字电位器的信号输入端，数字电位器的信号输出端经过模数转换模块连接中央处理器的信号采集输入端，中央处理器的信号输出端连接显示模块和功放模块的输入端，功放模块的输出端连接耳机插孔，中央处理器的控制端连接数字电位器，中央处理器电源端连接电池，电池设于电池容纳腔。
2.根据权利要求1所述的便携式超声波在线检测局部放电诊断装置，其特征在于：所述的扩探筒的小口径端外壁上设有螺纹，精度调节环内壁上配合设有螺纹，连接筒外壁上设有螺纹，精度调节环两端分别螺纹连接扩探筒的小口径端和连接筒前端。
3.根据权利要求2所述的便携式超声波在线检测局部放电诊断装置，其特征在于：所述的直筒状超声波传感器的外直径与插孔的直径相等。
4.根据权利要求3所述的便携式超声波在线检测局部放电诊断装置，其特征在于：所述的中央处理器还连接有时钟电路和存储模块。
5.根据权利要求4所述的便携式超声波在线检测局部放电诊断装置，其特征在于：所述的精度调节环上设有手柄。
6.根据权利要求5所述的便携式超声波在线检测局部放电诊断装置，其特征在于：所述的第一超声波检测探头的检测超声波中心频率为40KHz，第二超声波检测探头的检测超声波中心频率为100KHz。
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