CN107831414A - 一种用于检测输变电设备异常放电的紫外检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于检测输变电设备异常放电的紫外检测仪，用以解决现有异常放电检测成本高、灵敏度低的问题。包括传感器模块、信号处理电路、处理器电路和电源模块，传感器模块包括光电倍增管，信号处理电路包括一级信号放大电路、次级放大滤波电路、A/D转换电路和脉冲甄别电路，光电倍增管与一级信号放大电路相连接，一级信号放大电路分别与次级放大滤波电路、脉冲甄别电路相连接，次级放大滤波电路与A/D转换电路相连接，脉冲甄别电路和A/D转换电路均与处理器电路相连接；本发明操作简单，检测速度快，只需要测量人员手持对准被测对象即可实现测量，大幅度降低了检测的工作量，成本低。

Description

一种用于检测输变电设备异常放电的紫外检测仪

技术领域

本发明涉及异常放电检测的技术领域，尤其涉及一种用于检测输变电设备异常放电的紫外检测仪。

背景技术

随着电力系统逐步发展，电压等级逐渐提高，高电压伴随的强电场对输变电设备的绝缘性能是一种强烈的考验。在强电场的作用下，电气设备绝缘中一些薄弱的部分会发生局部异常放电，同时，当输电线路上局部电场的强度大于气体的电离强度时，也会产生输电线放电。据不完全统计，我国每年因为输电线放电而消损的电能已经达到了20.5亿千瓦时。另外，输电线放电时，会产生强大的脉冲电磁波，进而对无线电和高频通信产生巨大的干扰。电力设备和输电线路也会因为异常放电造成绝缘缺陷和“导体-绝缘”界面腐蚀，从而降低其使用寿命，为严重故障的发生埋下了隐患。研究输电设备的放电信号并从中提取特征信号，既可以有针对性地减少危害，又有助于进行故障早期诊断。

目前，电力系统使用的异常放电检测方法主要有以下几种：（1）紫外成像法使用阵列式的紫外光传感器，价格昂贵。虽然该设备可以检测电力设备的放电情况，但是造价太高，无法在电力部门广泛推广使用。（2）红外成像法应用比较广泛，但是红外方成像法只有当局部放电现象严重到发热故障出现时，才能检测。显然红外检测方法对故障的检测存在一定时间滞后，不利于电力部门尽早发现尽早处理。（3）超声检测法的放电过程中电弧的湮灭过程会伴随着声波的产生，可以用超声波进行故障定位，然而这种方法也存在一定的缺陷。首先声波检测的灵敏度没有光波和电磁波好，其次由于超声波在空气中传播时衰减较快，检测距离和定位范围有限。此外，还有超高频电磁波检测方法，然而超高频检测法一般用于地理信息系统GIS局放的检测，需要在设备中预设超高频天线，无法实现操作人员手持随时随地检测。当输电设备放电时，会辐射紫外波段的电磁波，通过分析该紫外光的频谱发现：频谱中有一段避开了太阳光的紫外波段，处于太阳光的“日盲区”。

发明内容

针对现有异常放电检测成本高、灵敏度低的技术问题，本发明提出一种用于检测输变电设备异常放电的紫外检测仪，有效地进行高压设备的放电检测及故障诊断，成本低，满足随时随地检测的要求。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种用于检测输变电设备异常放电的紫外检测仪，包括传感器模块、信号处理电路、处理器电路和电源模块，传感器模块包括光电倍增管，信号处理电路包括一级信号放大电路、次级放大滤波电路、A/D转换电路和脉冲甄别电路，光电倍增管与一级信号放大电路相连接，一级信号放大电路分别与次级放大滤波电路、脉冲甄别电路相连接，次级放大滤波电路与A/D转换电路相连接，脉冲甄别电路和A/D转换电路均与处理器电路相连接；所述电源模块包括高压电源和电路供电单元，高压电源与光电倍增管相连接，电路供电单元与信号处理电路、处理器电路相连接。

所述处理器电路包括单片机、键盘、液晶显示模块、串口、外扩存储器、JTAG接口和报警器，键盘、液晶显示模块、串口、外扩存储器、JTAG接口和报警器均与单片机相连接。

所述光电倍增管前端设有前端滤光系统，前端滤光系统用于接收紫外光辐射。

所述传感器模块、信号处理电路、处理器电路和电源模块设置在壳体内，壳体一侧设有把手。

所述报警器包括蜂鸣器，蜂鸣器与单片机相连接。

所述A/D转换电路通过数字积分操作后与单片机相连接，脉冲甄别电路通过脉冲计数操作与单片机相连接，单片机进行数据处理后将结果显示在液晶显示模块上；键盘用于切换脉冲计数操作与数字积分操作。

所述外扩存储器为64K外部RAM。

本发明的有益效果：采用光测法对放电进行检测，采用低成本的紫外光电二极管、雪崩二极管等电子元件将光脉冲进行光电转换，采用光电倍增管与信号处理单元来检测，用于电力设备异常放电现象的检测，保障电力系统的安全运行。本发明操作简单，检测速度快，只需要测量人员手持对准被测对象即可实现测量，大幅度降低了检测的工作量，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种用于检测输变电设备异常放电的紫外检测仪，包括传感器模块、信号处理电路、处理器电路和电源模块，传感器模块包括光电倍增管，信号处理电路包括一级信号放大电路、次级放大滤波电路、A/D转换电路和脉冲甄别电路，光电倍增管与一级信号放大电路相连接，一级信号放大电路分别与次级放大滤波电路、脉冲甄别电路相连接，次级放大滤波电路与A/D转换电路相连接，脉冲甄别电路和A/D转换电路均与处理器电路相连接；所述电源模块包括高压电源和电路供电单元，高压电源与光电倍增管相连接，高压电源驱动光电倍增管工作；电路供电单元与信号处理电路、处理器电路相连接，为电路板上模拟电路和数字电路供电。高压电源为高精度的高压电源，集成化高，体积小，结构紧凑。电路供电单元输入电源适应范围宽，输出电压连续可调，轻巧便携。高压电源由6V的干电池供电，作为整个系统的总电源。

光电倍增管（PMT）是一种基于紫外光电效应的光电探测器件，作为紫外光检测传感器，具有极高的灵敏度与非常快速的响应，是用于探测微弱光信号及快速脉冲弱光信号的一种重要的探测器件。本发明采用日盲型光电倍增管R7154作为紫外光接收传感器。光电倍增管前端设有前端滤光系统，前端滤光系统用于接收紫外光辐射。

信号处理电路主要由放大滤波电路、脉冲甄别电路构成。由于设备放电信号频率高，普通低频放大器难以对信号进行有效处理，必须采用宽带宽高频的放大器，且信号幅值微弱，一级信号放大电路和次级放大滤波电路采用OPA4350高速放大器件。对脉冲信号进行两级放大和滤波后得到适合下一步处理的信号。对于放大后的紫外信号，脉冲甄别电路进行信号特征，脉冲甄别电路采用高速比较电路芯片MAX902。

设备放电产生的紫外光经过滤光片之后由光电倍增管传感器接收后，将光信号转换为电压信号，并输入到信号处理电路中，经过放大电路放大之后，分别经脉冲甄别电路和A/D转换电路处理，再进行脉冲计数操作与数字积分操作后输入处理器电路中，由单片机进行数据处理并显示或传送到计算机上做进一步处理。电源模块提供每个模块稳定的电源供给与电源滤波以保证良好的电源质量。

处理器电路包括单片机、键盘、液晶显示模块、串口、外扩存储器、JTAG接口和报警器，键盘、液晶显示模块、串口、外扩存储器、JTAG接口和报警器均与单片机相连接。单片机为高性能微处理器C8051F020，外扩存储器为64K外部RAM，使运行空间更大，功能扩展性更强。液晶显示模块将异常放电信号在单位时间内激发的紫外脉冲个数显示出来。报警器包括蜂鸣器，蜂鸣器与单片机相连接。A/D转换电路通过数字积分操作后与单片机相连接，脉冲甄别电路通过脉冲计数操作与单片机相连接，单片机进行数据处理后将结果显示在液晶显示模块上；键盘用于切换脉冲计数操作与数字积分操作。

传感器模块、信号处理电路、处理器电路和电源模块设置在壳体内，壳体一侧设有把手，构成手持式的紫外检测仪。实验时，方便利用把手将整个装置设置的放电设备处进行放电检测。

本发明的检测对象为“日盲区”紫外光，是一种信号功率较大、干扰源少且易于检测的信号。明显优于现有方法：第一，由于采用光电倍增管作为传感器，测量电力设备异常放电的日盲区光谱分量，可实现对设备异常放电的定量测量，而不是使用阵列式CCD探头，成本大大降低。虽然不能进行二维的放电图像显示，但是可以进行紫外脉冲计数测量。第二，与红外成像技术相比，可以在输变电设备异常放电的早期阶段实现测量，能够更早发现故障，为电力部门的维护争取宝贵时间。本发明操作简单，检测速度快，只需要测量人员手持对准被测对象即可实现测量，大幅度降低了检测的工作量，成本低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于检测输变电设备异常放电的紫外检测仪，其特征在于，包括传感器模块、信号处理电路、处理器电路和电源模块，传感器模块包括光电倍增管，信号处理电路包括一级信号放大电路、次级放大滤波电路、A/D转换电路和脉冲甄别电路，光电倍增管与一级信号放大电路相连接，一级信号放大电路分别与次级放大滤波电路、脉冲甄别电路相连接，次级放大滤波电路与A/D转换电路相连接，脉冲甄别电路和A/D转换电路均与处理器电路相连接；所述电源模块包括高压电源和电路供电单元，高压电源与光电倍增管相连接，电路供电单元与信号处理电路、处理器电路相连接。

2.根据权利要求1所述的用于检测输变电设备异常放电的紫外检测仪，其特征在于，所述处理器电路包括单片机、键盘、液晶显示模块、串口、外扩存储器、JTAG接口和报警器，键盘、液晶显示模块、串口、外扩存储器、JTAG接口和报警器均与单片机相连接。

3.根据权利要求1或2所述的用于检测输变电设备异常放电的紫外检测仪，其特征在于，所述光电倍增管前端设有前端滤光系统，前端滤光系统用于接收紫外光辐射。

4.根据权利要求1或2所述的用于检测输变电设备异常放电的紫外检测仪，其特征在于，所述传感器模块、信号处理电路、处理器电路和电源模块设置在壳体内，壳体一侧设有把手。

5.根据权利要求2所述的用于检测输变电设备异常放电的紫外检测仪，其特征在于，所述报警器包括蜂鸣器，蜂鸣器与单片机相连接。

6.根据权利要求1所述的用于检测输变电设备异常放电的紫外检测仪，其特征在于，所述A/D转换电路通过数字积分操作后与单片机相连接，脉冲甄别电路通过脉冲计数操作与单片机相连接，单片机进行数据处理后将结果显示在液晶显示模块上；键盘用于切换脉冲计数操作与数字积分操作。

7.根据权利要求1所述的用于检测输变电设备异常放电的紫外检测仪，其特征在于，所述外扩存储器为64K外部RAM。