CN109696607A - 一种应用于灭弧实验光学诊断的内窥装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种应用于灭弧实验光学诊断的内窥装置，利用内窥镜反射观察绝缘子背面和观察窗无法看到的电极部分，借此来观察实验过程中是否出现局部放电或者绝缘子背面是否会产生电弧，然后在观察窗布置光纤阵列，获取内窥镜反射的光强信号，通过光电转换电路将光强信号转换为电压信号，得到各测试点随时间变化的情况，保存分析结果，判断放电腔体内部是否发生局部放电或者绝缘子背面是否出现沿面闪络的现象。相较于现有测试装置只能通过观察窗来观察电极间电弧，本申请的装置能获得更多的物理量，为数据分析提供更多的实验支持。
Description
技术领域
本申请涉及分析及测量控制技术领域，尤其涉及一种应用于灭弧实验光学诊断的内窥装置。
背景技术
六氟化硫(SF6)气体以其优良的绝缘和灭弧性能广泛应用于高压电力设备中。尽管SF6气体作为绝缘和灭弧介质在110kV及以上电压等级的系统中占绝对主导地位，但是，由于SF6气体极强的温室效应，由于SF6气体的全球变暖系数(global warming potential，GWP)比CO2气体高23900倍，并且极难降解，已被确定为温室气体，在1997年的全球变暖《京都议定书》中已被列入受限制的6种温室气体之一。因此，多年来人们从未间断过SF6替代气体方面的探索，寻找一种能够代替SF6或者部分代替SF6气体的环境友好型气体，已经成为国内外研究的热点问题之一。
从1940年SF6作为绝缘介质首先应用于电力系统以来，国内外研究者从未间断过在SF6替代气体作为绝缘和灭弧介质方面的研究(主要是混合气体)，主要针对SF6-N2、纯CO2、SF6-CO2、SF6-N2-CC12F2、SF6-惰性气体(He，Ar，Xe，Kr)、SF6-空气等。研究表明.在各种替代气体中SF6-N2混合气体具有较好的绝缘特性。并且1998年第37届国际大电网会议第21/23/27研究委员会也讨论认为，10％SF6—90％N2混合气体适合用于气体绝缘输电管线(GIL)中。近年来，SF6替代气体灭弧特性也已引起了国内外学者的高度关注.并进行了非常有价值的相关研究工作。SF6替代气体的研究已取得了一些积极成果，如含少量SF6气体的SF6-N2混合气体已成功应用于气体绝缘变压器和气体绝缘管道等设备中，同时还研究了其他SF6混合气体、干燥空气等途径。
近期，国际上该领域把主要焦点放在了一些具有很高绝缘性能、低温室效应的新型环保气体上。法国阿尔斯通(ALSTOM)和美国3M公司报道了其研究的g3气体及其作为绝缘和灭弧介质的应用。g3气体为氟化腈气体(C4F7N)与CO2的混合气体，C4F7N气体的绝缘性能是SF6的2.2倍以上，全球变暖潜能值(GWP)约为2200，但其液化温度较高(一个大气压下约为–4.7℃)。ALSTOM公司已将g3气体(C4F7N-CO2混合气体)应用于一些GIL和GIS样机中，如420kVGIL、245kV TA和145kV GIS。
在目前的测试装置中，还没有对腔体内部发生的现象如局部放电或者绝缘子背面的沿面闪络进行观测的，大多还是集中于通过观察窗对电极间电弧进行检测。
发明内容
本申请提供了一种应用于灭弧实验光学诊断的内窥装置，对腔体内部发生的现象进行观测。
本申请提供了一种应用于灭弧实验光学诊断的内窥装置，包括：依次连接的高速摄像机、可拆灭弧室系统和光纤测试系统，所述高速摄像机还与所述光纤测试系统连接；其中，可拆灭弧室系统包括放电腔体，设置于所述放电腔体上的观察窗，安装在放电腔体内的电极，设在所述放电腔体内对放电腔体进行充放气的充放气装置，设在所述放电腔体内的观测放电腔体内部的内窥镜和支撑内窥镜的支架，所述支架滑动安装于其中一个电极上；所述光纤测试系统包括与观察窗的玻璃相连的光纤阵列，与所述光纤阵列连接的光电转换电路和与所述光电转换电路连接的计算机。
进一步的，所述放电腔体壁面上设有进气口，进气口与外部存储气体的设备连接，通过阀门控制出气和进气，通过进气口充入SF6或SF6替代气体。
进一步的，所述放电腔体的观察窗上排布有个采集点，所述光纤阵列接收放电腔体内部安置的内窥镜反射的光强信号，经过光电转换电路将测得的信号传输到计算机上。
进一步的，在所述光纤阵列的光纤内部的顶端加装光学透镜，所述光学透镜采用离子扩散技术获得非单一折射率，以及，所述光学透镜的规格直径为2.5mm。
进一步的，还包括：外围时序控制电路，所述外围时序控制电路包括依次串联的电容器组、电感、电阻和接触器，所述接触器还与所述放电腔体连接，所述电容器组还通过分流器与所述放电腔体连接，所述分流器与示波器连接。
进一步的，还包括：与所述触发器连接的高分辨光栅光谱仪。
进一步的，所述支架与所述内窥镜为旋转连接，所述支架远离所述内窥镜的一端设有套环，以及，所述支架通过套环与所述电极滑动连接。
进一步的，所述放电腔体两端设置动、静电极的环氧板端盖法兰。
进一步的，所述放电腔体上方还分别安装正压表和真空表。
由以上技术方案可知，本申请公开的一种应用于灭弧实验光学诊断的内窥装置，利用内窥镜反射观察绝缘子背面和观察窗无法看到的电极部分，借此来观察实验过程中是否出现局部放电或者绝缘子背面是否会产生电弧，然后在观察窗布置光纤阵列，获取内窥镜反射的光强信号，通过光电转换电路将光强信号转换为电压信号，得到各测试点随时间变化的情况，保存分析结果，判断放电腔体内部是否发生局部放电或者绝缘子背面是否出现沿面闪络的现象。相较于现有测试装置只能通过观察窗来观察电极间电弧，本申请的装置能获得更多的物理量，为数据分析提供更多的实验支持。并且，本本申请的装置在光纤上添加了光学透镜，可获得较小的发散角度，避免套管长度对于光强的衰减太大，光线通过透镜时能够按照设计要求连续弯曲最终获得所需的光学性能，与普通透镜相比，在性能上具有多方面的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施案例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种应用于灭弧实验光学诊断的内窥装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的光纤的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的外围时序控制电路的示意图；
图4为本申请实施例提供的支架结构示意图。
图示说明：
其中，1-高速摄像机；2-可拆灭弧室系统；3-光纤测试系统；4-电容器组；5-电感；6-电阻；7-接触器；8-分流器；9-示波器；21-放电腔体；22-观察窗；23-电极；24-内窥镜；25-支架；26-套环；31-光纤阵列；32-光电转换电路；33-计算机；311-光学透镜。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，本申请实施例提供了一种应用于灭弧实验光学诊断的内窥装置，包括：依次连接的高速摄像机1、可拆灭弧室系统2和光纤测试系统3，所述高速摄像机1还与所述光纤测试系统3连接；其中，可拆灭弧室系统2包括放电腔体21，设置于所述放电腔体21上的观察窗22，安装在放电腔体21内的电极23，设在所述放电腔体21内对放电腔体21进行充放气的充放气装置，设在所述放电腔体21内的观测放电腔体21内部的内窥镜24和支撑内窥镜24的支架25，所述支架25滑动安装于其中一个电极23上；所述光纤测试系统3包括与观察窗22的玻璃相连的光纤阵列31，与所述光纤阵列31连接的光电转换电路32和与所述光电转换电路32连接的计算机33。进一步的，所述观察窗22为石英玻璃观察窗，并且在放电腔体21的正面和背面分设两个，分别用于实验时高速摄像机1和高分辨光栅光谱仪对电弧的观察。
进一步的，所述放电腔体21壁面上设有进气口，进气口与外部存储气体的设备连接，通过阀门控制出气和进气，通过进气口充入SF6或SF6替代气体。
进一步的，所述放电腔体21的观察窗22上排布有24个采集点，所述光纤阵列31接收放电腔体21内部安置的内窥镜24反射的光强信号，经过光电转换电路32将测得的信号传输到计算机33上，具体的，选择响应速度快的光敏二极管作为光电转换过程的核心元件。
进一步的，如图2所示，在所述光纤阵列31的光纤内部的顶端加装光学透镜311，所述光学透镜采用离子扩散技术获得非单一折射率，以及，所述光学透镜311的规格直径为2.5mm，光线通过光学透镜311时能够按照设计要求连续弯曲最终获得所需的光学性能。本申请中采用的光学透镜与普通光学透镜最大的区别在于：普通光学透镜材料的折射率是单一的，依靠透镜的表面形状使光线发生折射而达到设计所需的光学性能；而本申请中的非单一折射率的透镜则一般为圆柱体，其材料的折射率可按一定规律沿径向连续变化，光线通过透镜时能够按照设计要求连续弯曲最终获得所需的光学性能，与普通透镜相比，在性能上具有多方面的优点。
进一步的，如图3所示，所述内窥装置还包括：外围时序控制电路，所述外围时序控制电路包括依次串联的电容器组4、电感5、电阻6和接触器7，所述接触器7还与所述放电腔体21连接，所述电容器组4还通过分流器8与所述放电腔体21连接，所述分流器8与示波器9连接。其中，实线为电路的连接线，箭头线为电压电流采集示意线路。
进一步的，所述内窥装置还包括：与所述触发器7连接的高分辨光栅光谱仪，使用高分辨光栅光谱仪测量电弧的电子温度和密度；电弧电压信号通过高压探头获得；电弧电流的测量则使用的是分流器8，并用示波器9进行记录。
具体的，外围时序控制电路的工作原理为：检测接触器7的工作状态，当接触器7闭合时，触发示波器9记录电流和电压波形，同时由其控制高分辨光栅光谱仪的触发时刻。
进一步的，如图4所示，所述支架25与所述内窥镜24为旋转连接，所述支架25远离所述内窥镜24的一端设有套环26，以及，所述支架25通过套环26与所述电极23滑动连接。
进一步的，所述放电腔体21两端设置动、静电极的环氧板端盖法兰。
进一步的，所述放电腔体21上方还分别安装正压表和真空表。
本申请中的内窥装置的使用过程如下：首先，调整内窥镜24的位置方向，使之能够观察到所想观察区域，然后对放电腔体21充入混合气体，准备开始进行充放电，对电容器组4进行充电完成后，断开充电回路，接通主回路，此时外围时序控制电路检测电路状态，当接触器7闭合时，触发示波器9、高速摄像机1、高分辨光栅光谱仪完成实验数据记录。
进一步的，在本申请的装置采集到很多数据之后，与之连接的系统软件根据采集到的数据，用10种不同亮度的红色来对应不同强度的光照，然后根据需求将所测的区域内的各点的光强随时间变化过程模拟再现出来，即可观察到在整个实验过程中所要观察区域的情况。
由以上技术方案可知，本申请公开的一种应用于灭弧实验光学诊断的内窥装置，利用内窥镜24反射观察绝缘子背面和观察窗22无法看到的电极部分，借此来观察实验过程中是否出现局部放电或者绝缘子背面是否会产生电弧，然后在观察窗22布置光纤阵列31，获取内窥镜24反射的光强信号，通过光电转换电路32将光强信号转换为电压信号，得到各测试点随时间变化的情况，保存分析结果，判断放电腔体21内部是否发生局部放电或者绝缘子背面是否出现沿面闪络的现象。相较于现有测试装置只能通过观察窗来观察电极间电弧，本申请的装置能获得更多的物理量，为数据分析提供更多的实验支持。并且，本本申请的装置在光纤上添加了光学透镜311，可获得较小的发散角度，避免套管长度对于光强的衰减太大，光线通过透镜时能够按照设计要求连续弯曲最终获得所需的光学性能，与普通透镜相比，在性能上具有多方面的优点。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (9)
1.一种应用于灭弧实验光学诊断的内窥装置，其特征在于，包括：依次连接的高速摄像机(1)、可拆灭弧室系统(2)和光纤测试系统(3)，所述高速摄像机(1)还与所述光纤测试系统(3)连接；其中，可拆灭弧室系统(2)包括放电腔体(21)，设置于所述放电腔体(21)上的观察窗(22)，安装在放电腔体(21)内的电极(23)，设在所述放电腔体(21)内对放电腔体(21)进行充放气的充放气装置，设在所述放电腔体(21)内的观测放电腔体(21)内部的内窥镜(24)和支撑内窥镜(24)的支架(25)，所述支架(25)滑动安装于其中一个电极(23)上；所述光纤测试系统(3)包括与观察窗(22)的玻璃相连的光纤阵列(31)，与所述光纤阵列(31)连接的光电转换电路(32)和与所述光电转换电路(32)连接的计算机(33)。
2.根据权利要求1所述的内窥装置，其特征在于，所述放电腔体(21)壁面上设有进气口，进气口与外部存储气体的设备连接，通过阀门控制出气和进气，通过进气口充入SF6或SF6替代气体。
3.根据权利要求1所述的内窥装置，其特征在于，所述放电腔体(21)的观察窗(22)上排布有24个采集点，所述光纤阵列(31)接收放电腔体(21)内部安置的内窥镜(24)反射的光强信号，经过光电转换电路(32)将测得的信号传输到计算机(33)上。
4.根据权利要求1所述的内窥装置，其特征在于，在所述光纤阵列(31)的光纤内部的顶端加装光学透镜(311)，所述光学透镜(311)采用离子扩散技术获得非单一折射率，以及，所述光学透镜(311)的规格直径为2.5mm。
5.根据权利要求1所述的内窥装置，其特征在于，还包括：外围时序控制电路，所述外围时序控制电路包括依次串联的电容器组(4)、电感(5)、电阻(6)和接触器(7)，所述接触器(7)还与所述放电腔体(21)连接，所述电容器组(4)还通过分流器(8)与所述放电腔体(21)连接，所述分流器(8)与示波器(9)连接。
6.根据权利要求5所述的内窥装置，其特征在于，还包括：与所述触发器(7)连接的高分辨光栅光谱仪。
7.根据权利要求1所述的内窥装置，其特征在于，所述支架(25)与所述内窥镜(24)为旋转连接，所述支架(25)远离所述内窥镜(24)的一端设有套环(26)，以及，所述支架(25)通过套环(26)与所述电极(23)滑动连接。
8.根据权利要求1所述的内窥装置，其特征在于，所述放电腔体(21)两端设置动、静电极的环氧板端盖法兰。
9.根据权利要求1所述的内窥装置，其特征在于，所述放电腔体(21)上方还分别安装正压表和真空表。
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