CN108333479A - 一种基于日盲型光感触发的高压放电同步采集系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于日盲型光感触发的高压放电同步采集系统，包括电流检测装置、电压数据采集卡、高速摄影仪和同步触发装置，所述同步触发装置包括光感探头、光电转换模块、可调触发电平电压比较器和同步信号分路器，所述光电转换模块的光信号输入端通过光纤与光感探头连接，电信号输出端接可调触发电平电压比较器的输入端；所述可调触发电平电压比较器输出的阶跃信号通过同步信号分路器送入电流检测装置、电压数据采集卡和高速摄影仪的触发端。本发明用气隙放电本身发出的光同时触发电流检测装置、电压数据采集卡、高速摄影仪工作，不仅实现了电压、电流及图像的同步采集，而且结构简单、抗干扰能力强、测量精度高，适于各种高压放电实验。

Description

一种基于日盲型光感触发的高压放电同步采集系统
技术领域
本发明涉及一种采用日盲型光感触发的高电压放电电流、电压和图像的同步采集系统，可同时采集高电压气隙放电瞬间的电流、电压信号和放电图像，属于检测技术领域。
背景技术
在超高压/特高压输电线路中，空气是最常见的绝缘介质，绝缘闪络和击穿故障是输电系统最严重的危害之一。特高压线路大幅度提高了线路的电压等级，电压等级的提高也导致了对线路设备绝缘要求的大幅提升，因此对空气长间隙放电的研究显得更加重要。国内外的学者对干燥条件下空气间隙的击穿过程进行了大量的试验研究，结果表明击穿电压随间隙长度的增加会呈现“饱和”的趋势。但对于混合空气间隙高压放电的相关研究，国内外目前的研究不多，属于一种新的研究方向。为了实现间隙高压放电特性和机理的相关研究，需要有相关的放电电压、电流及图像检测设备。
气隙高压放电的时间极短，以微秒为单位，限于人的反应速度，手动操控高速摄影仪很难捕捉整个放电过程，同时为了分析放电的机理，需要对比研究其电压、电流和图像信号，这就要求上述三种信号必须同步采集，因此设计一种具有统一触发源的电压、电流和图像信号的同步采集装置是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种基于日盲型光感触发的高压放电同步采集系统，以实现高压放电电压、电流和图像信号的同步采集，满足高压放电试验测试的需要。
本发明所述问题是以下述技术方案解决的：
一种基于日盲型光感触发的高压放电同步采集系统，构成中包括电流检测装置、电压数据采集卡、高速摄影仪和同步触发装置，所述同步触发装置包括光感探头、光电转换模块、可调触发电平电压比较器和同步信号分路器，所述光感探头位于放电电极附近；所述光电转换模块的光信号输入端通过光纤与光感探头连接，电信号输出端接可调触发电平电压比较器的输入端；所述可调触发电平电压比较器输出的阶跃信号通过同步信号分路器送入电流检测装置、电压数据采集卡和高速摄影仪的触发端。
上述基于日盲型光感触发的高压放电同步采集系统，所述光感探头包括遮光罩、日盲滤光片和石英玻璃透镜，所述石英玻璃透镜为固定在遮光罩内的凸透镜，石英玻璃透镜一侧的焦点处固定同步光纤的进光端，石英玻璃透镜的另一侧通过设置在遮光罩上的透光小孔接收气隙放电发出的光信号。
上述基于日盲型光感触发的高压放电同步采集系统，所述光电转换模块包括日盲型光电倍增管和转换电阻，所述日盲型光电倍增管的输入端通过透紫外光纤与光感探头连接，输出端通过转换电阻接信号地，所述转换电阻输出的电压信号接可调触发电平电压比较器的输入端。
上述基于日盲型光感触发的高压放电同步采集系统，所述可调触发电平电压比较器包括运算放大器、同相耦合电阻、反相耦合电阻和电位器，所述电位器的两端接直流电压，所述运算放大器的同相输入端通过同相耦合电阻接转换电阻输出的电压信号，反相输入端通过反相耦合电阻接电位器的滑动端。
上述基于日盲型光感触发的高压放电同步采集系统，所述电流检测装置包括电光转换模块、触发光纤、电流数据采集箱以及设置在电流数据采集箱内的可变采样电阻和电流数据采集卡，所述可变采样电阻的一端接高压导线，另一端通过铜棒与电流数据采集箱下方的放电电极连接，可变采样电阻两端输出的电压信号接电流数据采集卡的输入端；所述电光转换模块的电信号输入端接同步信号分路器，光信号输出端通过触发光纤接电流数据采集卡的触发端。
上述基于日盲型光感触发的高压放电同步采集系统，所述触发光纤和同步光纤均为透紫外光纤。
本发明用气隙放电本身发出的光作为触发源，来触发电流检测装置、电压数据采集卡、高速摄影仪工作，不仅实现了电压、电流及图像的同步采集，而且结构简单、体积小巧、抗干扰能力强、测量精度高，适用于各种高压放电实验。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图；
图2是光电转换模块和可调触发电平电压比较器的电原理图；
图3是光感探头结构示意图。
图中各标号为：1、可变采样电阻，2、电流数据采集箱，3、高压导线，4、绝缘子，5、电流数据采集卡，6、触发光纤，7、电光转换模块，8、同步信号分路器，9、电压数据采集卡，10、可调触发电平电压比较器，11、光电转换模块，12、透紫外光纤，13、光感探头，14、放电电极，15、铜棒，16、高速摄影仪，17、遮光罩，18、石英玻璃透镜，19、透光小孔，20、日盲型滤光片，U1、日盲型光电倍增管，U2、运算放大器，R0、转换电阻，R1、同相耦合电阻，R2、反相耦合电阻，W、电位器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
间隙放电的过程中伴随有发光信号，本发明以气隙放电时发出的光作为触发信号，因为光信号传播速度快，延迟时间极小，且特征明显易捕捉。同时整个系统采用了日盲型光电倍增管和透紫外光纤，可将太阳光对系统触发的干扰降到最低，使系统具备全天候工作的能力。透紫外光纤的使用还可以大幅度减少触发信号和同步信号在传递过程中的衰减失真。
参看图1和图2，本发明主要包括：以光感探头13、透紫外光纤12及光电转换模块11为主要部分构成的光信号探测和传输模块，以可变采样电阻1及电流数据采集卡5为主的电流测量模块，以电压数据采集卡9为主要部分的电压检测模块，以高速摄影仪16为主要部分的图像采集模块，可调触发电平电压比较器10，以及同步电压、电流和图像的同步信号分路器8。
高压侧的电流测量模块通过绝缘子4悬挂在横担上，由高压导线3连接到试验高压发生器上，下方导电铜棒15连接放电电极14。光感探头13位于放电电极14附近，其接收到的光信号经同步光纤12传输到地面的光电转换模块11和可调触发电平电压比较器10。可调触发电平电压比较器10输出的高电平信号经同步信号分路器8分为三路同步电平信号，分别触发电压检测模块、电流测量模块和图像采集模块，开始进行信号的采集。
本系统中，高电位部位与地面设备之间通过光纤连接，使用光纤传输数据既可以避免传输信号受到强电磁场干扰，也提供了充分的电气绝缘。
光感探头13置于气体间隙最可能放电处外侧约50厘米处，气体间隙最可能放电处一般指放电电极最可能形成放电的放电点。放置在约50厘米处是因为若光感探头13距离放电电极距离太近，则可能会干扰放电路径，距离太远又会降低探头的灵敏度，同时存在一定的时间延迟，故在此选择约50厘米的距离，一旦放电，系统可以马上探测到光信号，从而将整个系统的响应时延降到最低。
参看图3，光感探头13的遮光罩17由绝缘性能良好的交联聚乙烯材料制成，这样整个光感探头13的材质全部为绝缘介质，对放电间隙的空间电场分布的影响非常小，对放电的影响几乎可以忽略。光感探头13的遮光罩17一侧有透光小孔19，直径为2cm，在小孔与石英玻璃透镜之间有一日盲型滤光片20，其透射光信号的波长范围为240-280nm，石英玻璃透镜18与透光小孔19之间的距离为10cm，气隙放电产生的光信号穿过透光小孔19后经可以透射240-280nm波段的石英玻璃透镜18聚焦后进入光纤12。石英玻璃透镜18放置在绝缘遮光罩17靠里的内测，可以避免可能的放电通道对石英玻璃透镜18造成损伤。
光信号经日盲型光电倍增管U1后转化成电信号，该光电倍增管仅对240-280nm波段的光信号有响应，这样透紫外光纤与日盲型光电倍增管的配合使用可以有效减少白天日光对整个触发电路的干扰，使整套系统能够全天候正常工作。
日盲型光电倍增管U1输出的脉冲信号输入可调触发电平电压比较器10(同相电压比较器)的正输入端，当此电压高于负输入端设置的输入电压值时，比较电路输出约等于5V的高电平。可调触发电平电压比较器10的触发电平可通过电位器W来进行调整。
可调触发电平电压比较器10输出的阶跃电信号经同步信号分路器8后产生同步的三路触发信号，同时触发电压数据采集卡9、电流数据采集卡5及高速摄影仪16的工作，同步采集记录放电的电压电流及图像。
系统的同步方法：
当气隙被击穿放电时，产生强烈的发光现象，其辐射出的光信号经紫外透镜聚焦后信号能量将更加集中，其焦点刚好位于后续的透紫外光纤(即光纤12)的输入点，可有效提高探测灵敏度，该透紫外光纤可以透射240-280nm的紫外光信号，上述光脉冲信号经透紫外光纤传输到光电转换模块11，该模块的核心部件为日盲型光电倍增管U1，响应光信号的波长范围为240-280nm，光电倍增管将接收到的光信号转变为电脉冲信号，经可调触发电平电压比较器10后整形为5V的阶跃电信号，该电压比较器触发电平可调。阶跃电信号经同步信号分路器8后分为同步的三路触发信号，分别触发电流数据采集卡5、电压数据采集卡9、高速摄影仪16开始工作。电流数据采集卡5并联在电流数据采集箱2内的可变采样电阻1上，因传输距离较长且有强电场，同时上述系统工作于高电位，故采用光纤传输触发信号，来触发电流数据采集卡5进行信号的采集。这样当气隙击穿放电时，本系统可同时产生三路触发信号，同步触发并采集放电的电压、电流及图像信号。
本发明结构简单、体积小、测量带宽大、测量精度高、抗干扰能力强，适用范围广，可应用于各种高压放电实验中，做到同时监测并记录放电的电压电流及图像。并可以在全天候、高电压、强干扰的环境下使用，能满足试验研究需要。

Claims (6)

1.一种基于日盲型光感触发的高压放电同步采集系统，其特征是，构成中包括电流检测装置、电压数据采集卡(9)、高速摄影仪(16)和同步触发装置，所述同步触发装置包括光感探头(13)、光电转换模块(11)、可调触发电平电压比较器(10)和同步信号分路器(8)；所述光感探头(13)位于放电电极(14)附近；所述光电转换模块(11)的光信号输入端通过同步光纤(12)与光感探头(13)连接，电信号输出端接可调触发电平电压比较器(10)的输入端；所述可调触发电平电压比较器(10)输出的阶跃信号通过同步信号分路器(8)送入电流检测装置、电压数据采集卡(9)和高速摄影仪(16)的触发端。
2.根据权利要求1所述的基于日盲型光感触发的高压放电同步采集系统，其特征是，所述光感探头(13)包括遮光罩(17)和石英玻璃透镜(18)，所述石英玻璃透镜(18)为固定在遮光罩(17)内的凸透镜，石英玻璃透镜(18)一侧的焦点处固定同步光纤(12)的进光端，石英玻璃透镜(18)的另一侧通过设置在遮光罩(17)上的透光小孔(19)接收气隙放电发出的光信号。
3.根据权利要求1或2所述的基于日盲型光感触发的高压放电同步采集系统，其特征是，所述光电转换模块(11)包括日盲型光电倍增管(U1)和转换电阻(R0)，所述日盲型光电倍增管(U1)的输入端通过光纤(12)与光感探头(13)连接，输出端通过转换电阻(R0)接地，所述转换电阻(R0)输出的电压信号接可调触发电平电压比较器(10)的输入端。
4.根据权利要求3所述的基于日盲型光感触发的高压放电同步采集系统，其特征是，所述可调触发电平电压比较器(10)包括运算放大器(U2)、同相耦合电阻(R1)、反相耦合电阻(R2)和电位器(W)，所述电位器(W)的两端接直流电压，所述运算放大器(U2)的同相输入端通过同相耦合电阻(R1)接转换电阻(R0)输出的电压信号，反相输入端通过反相耦合电阻(R2)接电位器(W)的滑动端。
5.根据权利要求4所述的基于日盲型光感触发的高压放电同步采集系统，其特征是，所述电流检测装置包括电光转换模块(7)、触发光纤(6)、电流数据采集箱(2)以及设置在电流数据采集箱(2)内的可变采样电阻(1)和电流数据采集卡(5)，所述可变采样电阻(1)的一端接高压导线(3)，另一端通过铜棒(15)与电流数据采集箱(2)下方的放电电极(14)连接，可变采样电阻(1)两端输出的电压信号接电流数据采集卡(5)的输入端；所述电光转换模块(7)的电信号输入端接同步信号分路器(8)，光信号输出端通过触发光纤(6)接电流数据采集卡(5)的触发端。
6.根据权利要求5所述的基于日盲型光感触发的高压放电同步采集系统，其特征是，所述触发光纤(6)和同步光纤(12)均为透紫外光纤，所述滤光片仅能透过240-280nm波段的光信号。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109799431A (zh) * 2019-01-28 2019-05-24 国网山东省电力公司潍坊供电公司 基于瞬时闪电强光的线路绝缘子雷击故障定位方法及装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101706548A (zh) * 2009-11-06 2010-05-12 宁波大学 一种电晕放电的光学检测装置
CN102608503A (zh) * 2012-03-16 2012-07-25 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 一种长空气间隙放电高精度同步观测方法及系统
CN102661795A (zh) * 2012-05-30 2012-09-12 哈尔滨工业大学 泵浦光与信号光同步斩波、信号光分区记录的泵浦-探测光谱的方法及实现装置
CN102928752A (zh) * 2012-11-10 2013-02-13 四川电力科学研究院 一种高电压设备绝缘状态监测分析系统及其方法
CN105527552A (zh) * 2015-12-24 2016-04-27 国网河南省电力公司驻马店供电公司 基于声光技术的台区放电故障探测装置及其探测方法
CN205450180U (zh) * 2015-12-01 2016-08-10 安徽罗伯特科技股份有限公司 局部放电实时在线监测警报系统
CN105866559A (zh) * 2016-04-29 2016-08-17 南方电网科学研究院有限责任公司 长空气间隙雷击放电电场强度的测量系统及方法
CN106124942A (zh) * 2016-06-27 2016-11-16 华北电力大学（保定） 一种基于红外和紫外成像法的零值绝缘子检测方法
CN206657083U (zh) * 2017-05-02 2017-11-21 三峡大学 一种基于光学触发的地线绝缘子放电图像和波形实验平台

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101706548A (zh) * 2009-11-06 2010-05-12 宁波大学 一种电晕放电的光学检测装置
CN102608503A (zh) * 2012-03-16 2012-07-25 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 一种长空气间隙放电高精度同步观测方法及系统
CN102661795A (zh) * 2012-05-30 2012-09-12 哈尔滨工业大学 泵浦光与信号光同步斩波、信号光分区记录的泵浦-探测光谱的方法及实现装置
CN102928752A (zh) * 2012-11-10 2013-02-13 四川电力科学研究院 一种高电压设备绝缘状态监测分析系统及其方法
CN205450180U (zh) * 2015-12-01 2016-08-10 安徽罗伯特科技股份有限公司 局部放电实时在线监测警报系统
CN105527552A (zh) * 2015-12-24 2016-04-27 国网河南省电力公司驻马店供电公司 基于声光技术的台区放电故障探测装置及其探测方法
CN105866559A (zh) * 2016-04-29 2016-08-17 南方电网科学研究院有限责任公司 长空气间隙雷击放电电场强度的测量系统及方法
CN106124942A (zh) * 2016-06-27 2016-11-16 华北电力大学（保定） 一种基于红外和紫外成像法的零值绝缘子检测方法
CN206657083U (zh) * 2017-05-02 2017-11-21 三峡大学 一种基于光学触发的地线绝缘子放电图像和波形实验平台

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
胡毅 等: "《输电线路遥感巡检与监测技术》", 31 December 2012, 中国电力出版社 *
谢耀恒: "正极性长空气间隙放电过程物理模型研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
陈红振: "高压放电紫外检测系统的硏究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109799431A (zh) * 2019-01-28 2019-05-24 国网山东省电力公司潍坊供电公司 基于瞬时闪电强光的线路绝缘子雷击故障定位方法及装置

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