CN107247223A - 用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器，包括：主盖板，其轴向方向上具有第一端面和第二端面；特高频传感器，其设于所述第二端面上；接头，其设于第一端面上，所述特高频传感器与所述接头连接；光学探头，其设于所述主盖板上，其中所述光学探头包括连接组件和柱状的导光棒，其中所述连接组件具有第一端和第二端，所述第一端与主盖板的第一端面连接，所述连接组件的第二端设有用于与光纤连接的光纤接口，所述导光棒具有近端和远端，所述导光棒的近端设于连接组件内，所述光纤接口与导光棒的近端之间具有导光孔。该传感器既适合局部放电进行特高频法检测，也可以进行光学检测。

Description

用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化 传感器

技术领域

本发明涉及光电传感器，具体为用于气体绝缘开关设备的内置式光电一体化传感器。

背景技术

随着国民经济的不断发展和我国电力系统规模的不断增加，对电网运行的安全性和可靠性要求日益提高。电网的安全运行，主要取决于高压电力设备的安全运行，而电力设备的运行可靠性在很大程度上依赖于电力设备制造和安装的质量以及设备的运行维护和必要的预防性试验等。

气体绝缘开关设备(GIS)因其可靠性高，占地面积小、维护简单、检修周期长等优点而在电网中得到了广泛的应用。研究表明，GIS设备设计、制造、运输、安装过程中的一些偶然因素会造成一些先天性局部缺陷，如气泡、裂缝、悬浮导电质点和毛刺等。这些缺陷会造成GIS设备某些区域电场强度过高，当高于绝缘介质的击穿场强时就会发生局部放电。局部放电既是表征GIS设备绝缘状况的特征量，又是引起绝缘劣化的主要原因。通过局部放电检测，可及时发现GIS设备内部存在的绝缘缺陷，避免设备发生突发性绝缘击穿事故，这对保证GIS设备及电网的安全稳定运行具有十分重要的意义。

局部放电检测方法大致可分为脉冲电流法、超声波法、化学检测法、特高频法和光学检测法五种。光学检测法是通过检测电力设备内部的发光现象来判断设备是否发生了局部放电。GIS设备发生局部放电时，各种电离、激发和复合均伴随有光的辐射，发光也是局部放电的一个特征。相对目前常用的特高频和超声波检测方法，光学检测法用于检测GIS设备内部局放时有一些明显的优势：1)由于检测的是发光现象，不受电磁环境干扰、设备振动类干扰的影响，具有优良的抗干扰性能；2)由于GIS设备是全封闭的结构，在GIS设备内部不存在外部干扰光源，能进一步提高光学检测结果的有效性。此外，从检测原理来看，光学检测法本身具有优于特高频等其它方法的检测灵敏度，因而，随着光学传感技术的快速发展，基于光学的GIS局放检测技术具有良好的发展及应用前景，是未来局放检测领域一个重要的研究方向。

在现有的检测技术中，特高频法检测范围最宽，光学法抗干扰性能最强，可靠性最高，如果将两种检测技术结合起来，将会极大提高检测效率和检测结果的可靠性，然而要将两种检测技术结合起来，首先要解决的关键问题是特高频传感器和光学传感器的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器，该内置式光电一体化传感器既可以对局部放电进行特高频法检测，又可以进行光学检测，两种检测方法可以同时进行，也可以分开进行，从而提高了采用该传感器的检测技术的检测范围及可靠性。

基于上述目的，本发明提供了一种用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器，包括：

主盖板，其轴向方向上具有第一端面和第二端面；

特高频传感器，其设于所述第二端面上；

接头，其设于第一端面上，所述特高频传感器与所述接头连接；

光学探头，其设于所述主盖板上，其中所述光学探头包括连接组件和柱状的导光棒，其中所述连接组件具有第一端和第二端，所述第一端与主盖板的第一端面连接，所述连接组件的第二端设有用于与光纤连接的光纤接口，所述导光棒具有近端和远端，所述导光棒的近端设于连接组件内，所述光纤接口与导光棒的近端之间具有导光孔，所述导光棒的远端自连接组件的第一端伸出而位于主盖板的第二端面一侧。

结合本发明所述的内置式光电一体化传感器与测试设备连接时的工作状态对本发明所述的内置式光电一体化传感器的工作原理进行进一步阐述：

工作时，接头的一端与所述特高频传感器连接，另一端通过同轴线缆与测试设备连接进行特高频信号检测，而连接组件的第二端设有的光纤接口，其通过光纤与测试设备连接进行光信号的检测。基于此，本发明所述的内置式光电一体化传感器实现了既可以通过特高频传感器感应局部放电产生的电磁波信号，又可以通过光学探头进行光信号检测的目的，从而使得采用本发明所述的内置式光电一体化传感器的检测技术的检测范围及可靠性得到提高。

进一步地，在本发明所述的内置式光电一体化传感器中，所述导光棒的远端端部开设有倒锥形的凹槽。

在本发明所述的技术方案中，所述凹槽有利于扩展光信号检测较范围，使得导光棒能够更好的感光并聚光。

进一步地，在本发明所述的内置式光电一体化传感器中，所述连接组件包括：

第一法兰盘，其上设有中心孔，所述第一法兰盘与主盖板的第一端面连接；

第二法兰盘，其与第一法兰盘连接，所述第二法兰盘上设有中心孔，所述导光棒的近端穿过第一法兰盘的中心孔而设于第二法兰盘的中心孔内；

光学探头盖板，其与所述第二法兰盘连接，所述导光孔开设于光学探头盖板内，所述光纤接口设于光学探头盖板上。

进一步地，在本发明所述的内置式光电一体化传感器中，所述导光棒上具有定位部，所述定位部在径向方向上自导光棒向外凸起，所述定位部被固定夹持于第一法兰盘和第二法兰盘之间。

上述方案中，定位部用于起到固定导光棒的作用。

进一步地，在本发明所述的内置式光电一体化传感器中，所述导光棒的外壁与第一法兰盘和/或第二法兰盘的内壁之间设有至少一个第一密封圈；并且/或者所述第二法兰盘与光学探头盖板之间设有第二密封圈；并且/或者所述第一法兰盘和第二法兰盘之间设有第一平面密封圈；并且/或者所述第一法兰盘与主盖板的第一端面之间设有第二平面密封圈。

上述方案中，设置第一密封圈、第二密封圈、第一平面密封圈和第二平面密封圈有利于本发明所述的内置式光电一体化传感器的多重密封，提高密封性能。

进一步地，在本发明所述的内置式光电一体化传感器中，所述光学探头盖板与第二法兰盘螺纹连接，所述盖板的底端具有向内凹陷的凹槽，所述光纤接口设于所述凹槽内，所述凹槽的内壁设有内螺纹。

进一步地，在本发明所述的内置式光电一体化传感器中，所述光学探头盖板的底端端面上具有六角形凸台。所述的六角形凸台用于设置光学探头。

进一步地，在本发明所述的内置式光电一体化传感器中，所述特高频传感器包括：

金属圆盘天线，所述金属圆盘天线上具有中心孔；

转接柱，其设于金属圆盘天线的中心孔内，并与所述金属圆盘天线连接，所述转接柱还与接头连接；

短路销钉，其一端与金属圆盘天线连接，其另一端与主盖板连接；

介质层，其裹覆于所述金属圆盘天线外。

进一步地，在本发明所述的内置式光电一体化传感器中，所述接头为N型接头。

进一步地，在本发明所述的内置式光电一体化传感器中，所述转接柱和接头之间设有密封件。

本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器具有以下优点：

1)采用内置式复合传感器，具备同时检测特高频信号和光信号的能力，并且检测灵敏度高，检测结果可靠性好；

2)采用一体化结构设计，因而其体积小，易于与气体绝缘开关设备法兰盖板集成在一起，从而直接安装在气体绝缘开关设备法兰上即可，不改变气体绝缘开关设备原有结构及内部电场分布；

3)本发明所述的内置式光电一体化传感器具有多重密封设计，密封性能优良。

附图说明

图1为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的整体结构示意图。

图2为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的另一视角下的整体结构示意图。

图3为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的光学探头的剖面示意图。

图4为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的光学探头的结构示意图。

图5为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的另一视角下的光学探头的结构示意图。

图6为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的光学探头盖板的结构示意图。

图7为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的另一视角下的光学探头盖板的结构示意图。

图8为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的特高频传感器的结构示意图。

图9为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的特高频传感器沿中心线剖开后内部结构示意图。

图10为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的接头的结构示意图。

图11为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的主盖板的结构示意图。

图12为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的另一视角下的主盖板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图及实施例进一步说明本发明所述的技术方案。

图1为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的整体结构示意图。

图2为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的另一视角下的整体结构示意图。

如图1所示，并在必要时结合图2，本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器，包括：主盖板1，其轴向方向具有第一端面I和第二端面II，特高频传感器3，其设于第二端面II上，接头2，其设于第一端面I，特高频传感器3与接头2连接；光学探头4，其设于主盖板1上，其中光学探头4包括连接组件42和柱状的导光棒41，其中连接组件42具有第一端和第二端，连接组件42的第一端与主盖板1的第一端面I连接，连接组件42的第二端设有用于与光纤连接的光纤接口43，导光棒41具有近端和远端，导光棒41的近端设于连接组件42内，光纤接口43与导光棒的近端之间具有导光孔，导光棒41的远端自连接组件42的第一端伸出而位于主盖板的第二端面II一侧。

图3为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的光学探头的剖面示意图。图4为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的光学探头的结构示意图。图5为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的另一视角下的光学探头的结构示意图。

如图3所示，在本实施方式中的内置式光电一体化传感器的结构除光学探头外，其他结构与图1和图2所示的内置式光学一体化传感器的结构相同，因而不再赘述。

进一步参考图3，并在必要时结合图4和图5，光学探头包括连接组件和柱状的导光棒41，其中，导光棒41的远端端部开设有到锥形的凹槽411，其有利于扩展光信号检测较范围，使得导光棒41能够更好的感光并聚光。连接组件包括第一法兰盘421，其上设有中心孔，第一法兰盘421与主盖板的第一端面连接；第二法兰盘422，其与第一法兰盘421，第二法兰盘422上设有中心孔，导光棒的近端穿过第一法兰盘421的中心孔而设于第二法兰盘422的中心孔内；光学探头盖板44，其与第二法兰盘422连接，导光孔开设于光学探头盖板44内，光纤接口43设于光学探头盖板44上。

在导光棒的外壁与第一法兰盘421的内壁之间设有第一密封圈52，以防止本发明所述的内置式光电一体化传感器内部的气体从导光棒41处泄漏；并且第二法兰盘422与光学探头盖板44之间设有第二密封圈54，以防止本发明所述的内置式光电一体化传感器内部的气体泄漏；并且第一法兰盘421和第二法兰盘422之间设有第一平面密封圈53，以进一步防止内部气体的泄漏；并且第一法兰盘521上设有密封槽51，其用于容置主盖板的第一端面之间设有第二平面密封圈，以进一步防止内部气体的泄漏。

需要说明的是，在本发明所述的内置式光电一体化传感器中导光棒41采用导光效果良好的材料制成，尤其是，可以采用石英制成。

进一步参考图4和图5可以看出，第一法兰盘421上设有若干第一孔洞4211，与第二法兰盘422上的第二孔洞4221对应设置，内六角螺栓穿过第一孔洞4211与第二孔洞422，从而连接第一法兰盘421与第二法兰盘422。

需要说明的是，在其他的实施方式中，导光棒41上还具有定位部，定位部在径向方向上自导光棒向外凸起，其用于被固定夹持于第一法兰盘421与第二法兰盘422之间。

图6为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的光学探头盖板的结构示意图。图7为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的另一视角下的光学探头盖板的结构示意图。

如图6和图7所示，本实施方式中的内置式光电一体化传感器包括光学探头盖板44，其与第二法兰盘螺纹连接，光学探头盖板的底端具有向内凹陷的凹槽，光纤接口43设于凹槽内，凹槽的内壁设有内螺纹431，光纤接口43设于该凹槽底部，用于连接外部光纤。光纤接头43与第一通孔443连通，第一通孔443贯穿外螺纹441，并穿过第一法兰盘、第二法兰盘，与导光棒接触，从而保证导光棒感应到的光可以传导出去。

外螺纹441，与第二法兰盘上的内螺纹孔对应设置，从而实现光学探头盖板44与第二法兰盘的螺纹连接，并且外螺纹441靠近底端端面处设有第二密封圈54，以起到密封作用。此外，光学探头盖板的底端断面上设有六角形凸台442。

图8为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的特高频传感器的结构示意图。图9为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的特高频传感器沿中心线剖开后内部结构示意图。

结合图8和图9可以看出，本实施方式中的内置式光电一体化传感器包括特高频传感器3，其中，特高频传感器3包括金属圆盘天线36，金属圆盘天线36上具有中心孔；转接柱34，其设于金属圆盘天线36的中心孔内，并与金属圆盘天线36连接，转接柱36还与接头连接；短路销钉33，其一端与金属圆盘天线36连接，其另一端与主盖板连接；介质层32，其裹覆于金属圆盘天线36外。转接柱34的一端开设有外螺纹，另一端设有内螺纹，转接柱34通过外螺纹与金属圆盘天线36的中心孔螺纹连接，介质层32采用环氧树脂，金属圆盘天线36与转接柱34整体包裹于介质层32内部，对应金属圆盘天线36的沉头孔的部位，整体形成沉头孔35，短路销钉33为内六角螺栓，穿过沉头孔35后，将内置特高频传感器3固定在主盖板上，接头穿过主盖板与转接柱34通过接线柱34一端露出的内螺纹实现螺纹连接，转接柱34需要用导电性能较好的材料(例如铜)制成，围绕转接柱34的内螺纹孔，有一圈传感器密封槽31，其用于安装密封圈，防止内置式光电一体化传感器内部气体从接头处泄漏出来。进一步参考图9可以看出，转接柱36和接头之间设有密封件37。

图10为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的接头的结构示意图。

如图10所示，本实施方式中的内置式光电一体化传感器包括接头2，接头2为N型接头，其一端具有外螺纹21，以用于与转接柱一端的内螺纹配合，以保证接头2与转接柱的接触良好。接头2穿过主盖板的中心圆孔后，通过螺钉固定于主盖板上。

图11为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的主盖板结构示意图。

图12为本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷的内置式光电一体化传感器在一种实施方式下的另一视角下的主盖板结构示意图。

结合图11和图12可以看出，本实施方式中的内置式光电一体化传感器包括主盖板1，主盖板1为一个金属圆盘，其尺寸可以根据气体绝缘开关设备的法兰进行调整设置。其中，中心部位有一个中心通孔12，围绕中心通孔12有一圈螺纹孔，用来安装及固定接头，即A处所示位置。A处表示安装接头的位置，A处接近圆周均匀分布的通孔，用于把主盖板1固定在气体绝缘开关设备法兰上。靠近最外围通孔部位，具有四个螺纹孔围绕一个通孔13的结构，即B处所示位置。B处表示安装光学探头的位置，也就是说，螺纹孔的作用是把光学探头固定于主盖板1上，导光棒头端穿过该通孔伸入气体绝缘开关设备的内部进行光信号感应及传输。主盖板1与气体绝缘开关设备接触的面上具有围绕中心部位的通孔有一圈主盖板螺纹孔14，即C处所示位置。C处表示安装特高频传感器。

此外，进一步参考图12可以看出，主盖板螺纹孔14与外围通孔15之间具有主盖板密封槽11，其具有两道槽道，主盖板密封槽11用于安装密封圈，防止所述内置式光电一体化传感器内部气体泄漏。

结合图1至图12，对本发明所述的用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器的工作原理进行进一步说明：

工作时，本发明所述的内置式光电一体化传感器中，特高频传感器3、接头2以及光学探头4设于主盖板1上。其中，转接柱34与所述金属圆盘天线36连接，光学探头4的第一法兰盘421和第二法兰盘422通过螺栓固定连接，导光棒41穿过第一法兰盘421与第二法兰盘422的中心，固定于第一法兰盘421与第二法兰盘422之间，并通过螺纹连接与主盖板连接；接头2穿过主盖板1的中心通孔12，通过螺纹与转接柱34连接，并通过螺钉固定在主盖板1上；光学探头盖板44通过螺纹固定在光学探头的第二法兰盘的尾端。

将上述各部件固定安装完成后，把主盖板1安装于气体绝缘开关设备法兰上，通过接头2和光纤接头43外接检测设备，即可进行特高频及光信号的检测，采用该内置式光电一体化设备的检测，其灵敏度高，检测结果可靠，并且由于该内置式光电一体化设备采用一体化结构设计，因而其体积小，易于与气体绝缘开关设备法兰盖板集成在一起，从而直接安装在气体绝缘开关设备法兰上即可，不改变气体绝缘开关设备原有结构及内部电场分布，应用性广泛。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于气体绝缘开关设备的绝缘缺陷检测的内置式光电一体化传感器，其特征在于，包括：

主盖板，其轴向方向上具有第一端面和第二端面；

特高频传感器，其设于所述第二端面上；

接头，其设于第一端面上，所述特高频传感器与所述接头连接；

光学探头，其设于所述主盖板上，其中所述光学探头包括连接组件和柱状的导光棒，其中所述连接组件具有第一端和第二端，所述第一端与主盖板的第一端面连接，所述连接组件的第二端设有用于与光纤连接的光纤接口，所述导光棒具有近端和远端，所述导光棒的近端设于连接组件内，所述光纤接口与导光棒的近端之间具有导光孔，所述导光棒的远端自连接组件的第一端伸出而位于主盖板的第二端面一侧。

2.如权利要求1所述的内置式光电一体化传感器，其特征在于，所述导光棒的远端端部开设有倒锥形的凹槽。

3.如权利要求1或2所述的内置式光电一体化传感器，其特征在于，所述连接组件包括：

第一法兰盘，其上设有中心孔，所述第一法兰盘与主盖板的第一端面连接；

第二法兰盘，其与第一法兰盘连接，所述第二法兰盘上设有中心孔，所述导光棒的近端穿过第一法兰盘的中心孔而设于第二法兰盘的中心孔内；

光学探头盖板，其与所述第二法兰盘连接，所述导光孔开设于光学探头盖板内，所述光纤接口设于光学探头盖板上。

4.如权利要求3所述的内置式光电一体化传感器，其特征在于，所述导光棒上具有定位部，所述定位部在径向方向上自导光棒向外凸起，所述定位部被固定夹持于第一法兰盘和第二法兰盘之间。

5.如权利要求3所述的内置式光电一体化传感器，其特征在于，所述导光棒的外壁与第一法兰盘和/或第二法兰盘的内壁之间设有至少一个第一密封圈；并且/或者所述第二法兰盘与光学探头盖板之间设有第二密封圈；并且/或者所述第一法兰盘和第二法兰盘之间设有第一平面密封圈；并且/或者所述第一法兰盘与主盖板的第一端面之间设有第二平面密封圈。

6.如权利要求3所述的内置式光电一体化传感器，其特征在于，所述光学探头盖板与第二法兰盘螺纹连接，所述盖板的底端具有向内凹陷的凹槽，所述光纤接口设于所述凹槽内，所述凹槽的内壁设有内螺纹。

7.如权利要求3所述的内置式光电一体化传感器，其特征在于，所述光学探头盖板的底端端面上具有六角形凸台。

8.如权利要求1所述的内置式光电一体化传感器，其特征在于，所述特高频传感器包括：

金属圆盘天线，所述金属圆盘天线上具有中心孔；

转接柱，其设于金属圆盘天线的中心孔内，并与所述金属圆盘天线连接，所述转接柱还与接头连接；

短路销钉，其一端与金属圆盘天线连接，其另一端与主盖板连接；

介质层，其裹覆于所述金属圆盘天线外。

9.如权利要求1所述的内置式光电一体化传感器，其特征在于，所述接头为N型接头。

10.如权利要求8所述的内置式光电一体化传感器，其特征在于，所述转接柱和接头之间设有密封件。