CN106443213A - 高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置，该装置呈多面拼接球形，球心部分为绝缘屏蔽盒，围绕绝缘屏蔽盒设置有6个相互绝缘的“回”字形测量电极，测量电极按照球心线两两相对安装在绝缘屏蔽盒上，每个测量电极外侧中心安装有参考电极，参考电极和测量电极之间设置有绝缘垫；在所述绝缘屏蔽盒内安装有电路板和电源，所述的电路板包括电源电路、程序下载电路、检测电路、CPU主控电路、复位电路以及无线通信模块。本发明结构简单，安装方便，对复合绝缘子进行带电检测，在检测时，将本装置贴紧绝缘子沿一方向匀速滑动，通过三维检测电极检测绝缘子周围电场强度的变化检测绝缘子内部缺陷，检测精度高，检测过程安全方便。

Description

高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置

技术领域

本发明适用于绝缘子带电检测技术领域，具体为一种高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置。

背景技术

复合绝缘子以其优异的防污闪性能在全国范围为得到广泛使用，但在运行过程中如何检测其性能状况是国内乃至世界范围的难题，这个问题甚至影响到了复合绝缘子大量推广使用的技术政策。目前大多供电局采用的是目测方法检测，这种方法不能保证检测出复合绝缘子内部的缺陷。随着合成绝缘子挂网运行周期越来越长，不可避免的会发生合成绝缘子劣化事故。伴随着合成绝缘子的劣化，有部分运行中的合成绝缘子有脆断、击穿的趋势。采用目测对合成绝缘子进行带电检测，并不能找到隐藏在硅橡胶下面的、玻璃纤维芯棒内部的缺陷。用电场法对复合绝缘子进行带电检测很有必要。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置，采用高灵敏度的电场传感器和场强分布测量分析技术可以有效的发现复合绝缘子的绝缘劣化现象。

为实现上述目的，本发明提供一种高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置，其特征在于：该装置呈多面拼接球形，球心部分为绝缘屏蔽盒，围绕绝缘屏蔽盒设置有6个相互绝缘的“回”字形测量电极，测量电极按照球心线两两相对安装在绝缘屏蔽盒上，每个测量电极外侧中心安装有参考电极，参考电极和测量电极之间设置有绝缘垫；在所述绝缘屏蔽盒内安装有电路板和电源，所述的电路板包括电源电路、程序下载电路、检测电路、CPU主控电路、复位电路以及无线通信模块，电源电路为整套电路系统提供稳定的直流电源，检测电路负责外部6个测量电极的数据检测并提供给CPU主控电路，程序下载电路用于系统的固件升级，CPU主控电路作为核心处理单元处理各种逻辑，并将检测结果通过无线通信模块输出，复位电路则为CPU主控电路开机时提供完整可靠的复位信号。

更进一步的，所述绝缘屏蔽盒有内外两层，内层为屏蔽盒，外层为绝缘盒，屏蔽盒嵌套在绝缘盒内；屏蔽盒采用纯铁金属材质，具有屏蔽信号的作用；绝缘盒采用塑料材质，保证屏蔽盒与测量电极和参考电极之间相互绝缘；绝缘盒的外表面设置有凸台，凸台用于安装和定位测量电极，绝缘盒表面设置穿线孔，方便测量电极的信号线与内部电路板连接。

更进一步的，所述的测量电极采用表面阳极氧化处理的硬铝制作，其底面为平面，在平面上设置与绝缘盒上的凸台相互配合的方形沉槽，保证测量电极安装准确，不易脱落；测量电极外侧为球面并设置有方形沉槽，用于安装参考电极。

更进一步的，所述的参考电极采用表面阳极氧化处理的硬铝制作，其底面为平面，安装在测量电极外侧方形沉槽内，参考电极的外侧面为球面，在顶部设置固定孔，内六角螺钉穿过该固定孔与绝缘屏蔽盒连接，同时固定参考电极和测量电极。

更进一步的，所述的参考电极为方形，四角做圆角处理，防止尖端放电现象出现；在其中一个参考电极设置充电孔和天线孔，无线通信模块的天线通过馈线引出到球体表面，贴附在球体表面。

更进一步的，所述的6个测量电极之间以及参考电极与检测电极之间缝隙距离相等，在缝隙内添加固体凝胶，密闭处理，防止水等液体进入探头内部。

更进一步的，所述的检测电路包括并联的入口电容C1、电阻R1、过压保护TVS管D，所述入口电容C1、电阻R1、过压保护TVS管D的一端连接输入信号AD_IN，另一端连接至信号地SGND；该控制电路还包括滤波电容C2，所述滤波电容C2的一端串接输入信号AD_IN，另一端连接限制电阻一R2和限制电阻二R3，限制电阻一R2的另一端连接电源，限制电阻二R3的另一端连接至信号地SGND；所述限制电阻一R2和限制电阻二R3为输入信号输入抬升，能够将输入信号AD_IN1抬升到CPU能够识别的电压范围，从AD_TEST输出进行比较。

更进一步的，所述的CPU型号为STM32F103RET6。

更进一步的，所述的电源电路采用3.7V锂电池作为电源，电路中采用2片SP6205EM5-3.3LDO芯片作为稳压单元，其中一片SP6205EM5-3.3LDO芯片负责给CPU提供稳定的3.3V供电电压，同时为检测电路提供稳定的3.3VA供电电压；另一片SP6205EM5-3.3LDO芯片专门负责为无线通信模块提供稳定的WL_3.3V供电电压。

更进一步的，所述的复位电路由RC回路组成，为低电平复位电路。

本发明一种高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置结构简单，安装方便，在检测时，本装置贴紧绝缘子沿一方向匀速滑动，通过三维检测电极检测绝缘子周围电场分布情况，检测信号通过整形，放大、滤波、信号抬升，达到能够被CPU识别的范围，内部微控制器对信号进行模数转换、分析，形成电场数据包，通过无线传输单元发送至pc端分析软件，同时通过存储单元对当前电场数据进行存储。本发明在对复合绝缘子进行带电检测，通过电场强度的变化检测绝缘子内部缺陷，检测精度高，检测过程安全方便。

附图说明

图1为本发明检测装置分解示意图。

图2为本发明检测装置安装后结构示意图。

图3为图1中绝缘屏蔽盒的分解示意图。

图4为本发明检测装置的电路结构示意图。

图5为本发明检测装置的检测电路图。

其中，1、天线，2、参考电极，3、绝缘垫，4、测量电极，5、绝缘屏蔽盒，51、屏蔽盒，52、绝缘盒，6、内六角螺钉

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明提供一种高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置，如图1、图2所示，该装置呈多面拼接球形，球心部分为绝缘屏蔽盒5，围绕绝缘屏蔽盒5设置有6个相互绝缘的“回”字形测量电极4，测量电极4按照球心线两两相对安装在绝缘屏蔽盒5上，每个测量电极4外侧中心安装有参考电极2，参考电极2和测量电极4之间设置有绝缘垫3，绝缘垫3一方面可以保证参考电极2和测量电极4之间绝缘，同时还能保证参考电极2定位准确。在所述绝缘屏蔽盒5内安装有电路板和电源，如图4所示，所述的电路板包括电源电路、程序下载电路、检测电路、CPU主控电路、复位电路以及无线通信模块，电源电路为整套电路系统提供稳定的直流电源，检测电路负责外部6个测量电极4的数据检测并提供给CPU主控电路，程序下载电路用于系统的固件升级，CPU主控电路作为核心处理单元处理各种逻辑，并将检测结果通过无线通信模块输出，复位电路则为CPU主控电路开机时提供完整可靠的复位信号。

如图3所示，所述绝缘屏蔽盒5有内外两层，内层为屏蔽盒51，外层为绝缘盒52，屏蔽盒51嵌套在绝缘盒52内；屏蔽盒51采用纯铁金属材质，具有屏蔽信号的作用；绝缘盒52采用塑料材质，保证屏蔽盒51与测量电极4和参考电极2之间相互绝缘；绝缘盒52的外表面设置有凸台，凸台用于安装和定位测量电极4，绝缘盒52表面设置穿线孔，方便测量电极4的信号线与内部电路板连接。

所述的测量电极4采用表面阳极氧化处理的硬铝制作，其底面为平面，在平面上设置与绝缘盒52上的凸台相互配合的方形沉槽，保证测量电极4安装准确，不易脱落；测量电极4外侧为球面并设置有方形沉槽，用于安装参考电极2。

所述的参考电极2采用表面阳极氧化处理的硬铝制作，其底面为平面，安装在测量电极4外侧方形沉槽内，参考电极2的外侧面为球面，在顶部设置固定孔，内六角螺钉6穿过该固定孔与绝缘屏蔽盒5连接，同时固定参考电极2和测量电极4。内六角螺钉6作用是固定整个球形探头，塑料绝缘壳作为骨架，外部安装测量电极4和参考电极2，螺钉拧紧牢固，可有效防止球形探头因外力造成变形或分解。

所述的参考电极2为方形，四角做圆角处理，防止尖端放电现象出现；在其中一个参考电极2设置充电孔和天线1孔，无线通信模块的天线1通过馈线引出到球体表面，贴附在球体表面。所述的充电孔为USB接口方形，供电路板上连接的USB接口与外界连接，不但可以充电使用，还可作为程序下载电路的数据接口。

在整体部件装配完毕后，检查无螺钉松动，电极安装位置准确后，所述的6个测量电极4之间以及参考电极2与检测电极之间缝隙距离应当相等。为防止水、灰尘等进入探头内部，在缝隙内添加固体凝胶，密闭处理，提高测量的精度及使用寿命。

所述的检测电路包括6路，分别连接6个测量电极4对绝缘子周围电场进行检测，如图5所示，该检测电路包括并联的入口电容C1、电阻R1、过压保护TVS管D，所述入口电容C1、电阻R1、过压保护TVS管D的一端连接输入信号AD_IN，另一端连接至信号地SGND；该控制电路还包括滤波电容C2，所述滤波电容C2的一端串接输入信号AD_IN，另一端连接限制电阻一R2和限制电阻二R3，限制电阻一R2的另一端连接电源，限制电阻二R3的另一端连接至信号地SGND；所述限制电阻一R2和限制电阻二R3为输入信号输入抬升，能够将输入信号AD_IN1抬升到CPU能够识别的电压范围，从AD_TEST输出进行比较。所述的CPU型号为STM32F103RET6；所述的电源电路采用3.7V锂电池作为电源，电路中采用2片SP6205EM5-3.3LDO芯片作为稳压单元，其中一片SP6205EM5-3.3LDO芯片负责给CPU提供稳定的3.3V供电电压，同时为检测电路提供稳定的3.3VA供电电压；另一片SP6205EM5-3.3LDO芯片专门负责为无线通信模块提供稳定的WL_3.3V供电电压。

所述的复位电路由RC回路组成，为低电平复位电路。上电前电容里的电荷放光，上电瞬间，电源通过电阻向电容充电，在充电过程中，RESET的电压慢慢上升，对外部电路进行复位，当RESET上升到复位高电平时，外部系统开始工作。

程序下载电路由下载短接电路和下载电路组成，作为固件升级功能使用，更新固件程序时，短接下载短接接口J4，即可通过下载口进行固件升级。下载口为三线串口(串口发送TX，串口接收RX，地线GND)，直接连接至CPU的串口接收RX，串口发送TX，地线GND。

本发明一种高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置结构简单，安装方便，在检测时，本装置贴紧绝缘子沿一方向匀速滑动，通过三维检测电极检测绝缘子周围电场分布情况，检测信号通过整形，放大、滤波、信号抬升，达到能够被CPU识别的范围，内部微控制器对信号进行模数转换、分析，形成电场数据包，通过无线传输单元发送至pc端分析软件，同时通过存储单元对当前电场数据进行存储。本发明在对复合绝缘子进行带电检测，通过电场强度的变化检测绝缘子内部缺陷，检测精度高，检测过程安全方便。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，任何对本技术方案的同等修改和替代都是在本发明的范围之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置，其特征在于：该装置呈多面拼接球形，球心部分为绝缘屏蔽盒，围绕绝缘屏蔽盒设置有6个相互绝缘的“回”字形测量电极，测量电极按照球心线两两相对安装在绝缘屏蔽盒上，每个测量电极外侧中心安装有参考电极，参考电极和测量电极之间设置有绝缘垫；在所述绝缘屏蔽盒内安装有电路板和电源，所述的电路板包括电源电路、程序下载电路、检测电路、CPU主控电路、复位电路以及无线通信模块，电源电路为整套电路系统提供稳定的直流电源，检测电路负责外部6个测量电极的数据检测并提供给CPU主控电路，程序下载电路用于系统的固件升级，CPU主控电路作为核心处理单元处理各种逻辑，并将检测结果通过无线通信模块输出，复位电路则为CPU主控电路开机时提供完整可靠的复位信号。

2.根据权利要求1所述的一种高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置，其特征在于：所述绝缘屏蔽盒有内外两层，内层为屏蔽盒，外层为绝缘盒，屏蔽盒嵌套在绝缘盒内；屏蔽盒采用纯铁金属材质，具有屏蔽信号的作用；绝缘盒采用塑料材质，保证屏蔽盒与测量电极和参考电极之间相互绝缘；绝缘盒的外表面设置有凸台，凸台用于安装和定位测量电极，绝缘盒表面设置穿线孔，方便测量电极的信号线与内部电路板连接。

3.根据权利要求2所述的一种高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置，其特征在于：所述的测量电极采用表面阳极氧化处理的硬铝制作，其底面为平面，在平面上设置与绝缘盒上的凸台相互配合的方形沉槽，保证测量电极安装准确，不易脱落；测量电极外侧为球面并设置有方形沉槽，用于安装参考电极。

4.根据权利要求3所述的一种高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置，其特征在于：所述的参考电极采用表面阳极氧化处理的硬铝制作，其底面为平面，安装在测量电极外侧方形沉槽内，参考电极的外侧面为球面，在顶部设置固定孔，内六角螺钉穿过该固定孔与绝缘屏蔽盒连接，同时固定参考电极和测量电极。

5.根据权利要求4所述的一种高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置，其特征在于：所述的参考电极为方形，四角做圆角处理，防止尖端放电现象出现；在其中一个参考电极设置充电孔和天线孔，无线通信模块的天线通过馈线引出到球体表面，贴附在球体表面。

6.根据权利要求5所述的一种高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置，其特征在于：所述的6个测量电极之间以及参考电极与检测电极之间缝隙距离相等，在缝隙内添加固体凝胶，密闭处理，防止水等液体进入探头内部。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置，其特征在于：所述的检测电路包括并联的入口电容C1、电阻R1、过压保护TVS管D，所述入口电容C1、电阻R1、过压保护TVS管D的一端连接输入信号AD_IN，另一端连接至信号地SGND；该控制电路还包括滤波电容C2，所述滤波电容C2的一端串接输入信号AD_IN，另一端连接限制电阻一R2和限制电阻二R3，限制电阻一R2的另一端连接电源，限制电阻二R3的另一端连接至信号地SGND；所述限制电阻一R2和限制电阻二R3为输入信号输入抬升，能够将输入信号AD_IN1抬升到CPU能够识别的电压范围，从AD_TEST输出进行比较。

8.根据权利要求7所述的一种高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置，其特征在于：所述的CPU型号为STM32F103RET6。

9.根据权利要求7所述的一种高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置，其特征在于：所述的电源电路采用3.7V锂电池作为电源，电路中采用2片SP6205EM5-3.3LDO芯片作为稳压单元，其中一片SP6205EM5-3.3LDO芯片负责给CPU提供稳定的3.3V供电电压，同时为检测电路提供稳定的3.3VA供电电压；另一片SP6205EM5-3.3LDO芯片专门负责为无线通信模块提供稳定的WL_3.3V供电电压。

10.根据权利要求7所述的一种高压绝缘子内缺陷三维电场带电检测装置，其特征在于：所述的复位电路由RC回路组成，为低电平复位电路。