CN110702608A - 一种基于激光远程激励的绝缘子检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光远程激励的绝缘子检测装置，装置包括：脉冲激光器，用于向悬式绝缘子发射激光；非接触式超声换能器，用于非接触状态接收悬式绝缘子经激光照射所产生的超声信号；信号处理电路，用于对超声信号进行放大和转换处理成第一信号；处理器，用于控制脉冲激光器的激光发射和接收第一信号；处理器分别与脉冲激光器、信号处理电路电连接，超声换能器与信号处理电路电连接；同时公开了相应的方法。本发明通过远距离、不断电检测绝缘子运行状况预知潜在故障，避免了逐个上杆检查并盲目大面积检修和擦拭绝缘子，可以节省大量人力和物力。

Description

一种基于激光远程激励的绝缘子检测装置和方法

技术领域

本发明涉及电网安全检测技术领域，尤其涉及一种基于激光远程激励的绝缘子检测装置和方法。

背景技术

经过数据统计分析发现，瓷绝缘子最容易发生低阻值、零值及炸串故障，但悬式绝缘子的老化故障也不可轻视。因此，检测仪器必须能测量各种类型的绝缘子故障。对各类型绝缘子故障的实时检测和排除，无疑将大大降低电网内各类绝缘子的故障率，从而提高电力网络的整体健康水平，为电网的安全、可靠、经济运行提供坚强的技术保障。绝缘子检测若釆用人工爬塔的方式，危险而耗时。

目前，国内外对于各类绝缘子放电的监测，采用的检测方法主要有以下几种：

直接观测法，对于绝缘子外部物理结构缺陷最常用的方法，即用双眼或借助望远镜等光学仪器设备对绝缘子进行直接观测，以发现各类常见的表面缺陷。但是，直接观测法不够可靠、不够准确，有时还需登杆塔检测，且无法得知绝缘子内部故障情况。

绝缘电阻测定法，主要用于不带电绝缘子的阻值检定，对于大量带电运行的绝缘子不易进行检测工作。良好的绝缘子电阻一般在兆欧，甚至更高，而劣化的绝缘子电阻阻值降低直至为零。通过接触式测量，可得知绝缘子阻值状态。但是，应用此法测量时，空气相对湿度不能太大，否则容易因空气潮湿导致阻值降低而误判。

分布电压测定法，利用该特征与正常绝缘子串的标准电压分布相比较，绝缘子阻值状态。但是，该方法需带电接触式测量，且需在良好天气状况下开展检测工作。

交流耐压法，无法在现场实地进行测量，需要将被测绝缘子取下拿到专门的试验场地进行。

紫外成像法，用电子式紫外光学探测仪，可以带电检测合成绝缘子表面由于局部放电而形成的碳化通道和电烛损中带电粒子放出的紫外线。但是，此方法的检测结果容易受到观察角度的影响而发生误判，且该检测设备也比较昂贵。

红外热像仪检测法，可远距离测量，但是，此方法的缺点是需避开白天，需要在夜间进行测试，且受环境温度变化影响比较大。

发明内容

本发明提出一种基于激光远程激励的绝缘子检测装置和方法以解决上述技术问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种基于激光远程激励的绝缘子检测装置，用于检测电网的绝缘子，包括脉冲激光器、分光聚焦组件、非接触式超声换能器、光电探测器、信号处理电路和处理器，所述处理器分别与脉冲激光器、信号处理电路电连接，所述非接触式超声换能器、光电探测器分别与信号处理电路电连接；

分光聚焦组件，设于脉冲激光器和待测的绝缘子之间，用于将脉冲激光器发射的激光分成两束，两束激光分别照射至绝缘子和光电探测器；

所述非接触式超声换能器在非接触绝缘子状态下接收绝缘子经激光照射所产生的超声信号；

所述光电探测器接收激光并发出光电信号；

信号处理电路，用于对超声信号进行放大和转换处理成第一信号并传递给处理器，对光电信号进行放大和转换处理成第二信号并传递给处理器；

处理器，用于控制脉冲激光器的激光发射和接收第一信号、第二信号，并根据两个信号的频谱信息检测绝缘子存在的缺陷。

作为优选，所述非接触式超声换能器为空气耦合式换能器、电容换能器或电磁超声换能器。

作为优选，还包括振动传感器，所述振动传感器与处理器电连接，用于接收并发送悬式绝缘子产生的振动信号，所述处理器接收由振动传感器发送的振动信号。

作为优选，还包括传输模块，所述传输模块与所述处理器电连接，处理器通过所述传输模块与远程服务器通信连接。

作为优选，还包括触摸显示屏，所述触摸显示屏与所述处理器电连接。

作为优选，还包括充电电池，所述充电电池用于给所述处理器、脉冲激光器、超声换能器、信号处理电路供电。

作为优选，所述信号处理电路包括依次电连接的前置放大电路、带通滤波电路、信号放大电路和AD转换电路。

作为优选，还包括存储模块，所述存储模块与所述处理器电连接，用于存储所述处理器接收到的信号。

作为优选，所述分光聚焦组件包括分光镜、衰减片、第一透镜和第二透镜，所述脉冲激光器产生的激光照射在分光镜上；所述分光镜、衰减片和第一透镜构成第一光路，所述分光镜和第二透镜构成第二光路；通过第一光路的激光照射至绝缘子，通过第二光路的激光照射至光电探测器。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种基于激光远程激励的绝缘子检测方法，包括如下步骤：

步骤101，处理器控制脉冲激光器发射激光；

步骤102，处理器接收第一信号和第二信号，所述第一信号由非接触式超声换能器采集的绝缘子经激光照射产生并由信号处理电路进行放大和转换处理得到，所述第二信号由光电探测器接收的激光经光电转化后由信号处理电路进行放大和转换处理得到；

步骤103，处理器对接收到的两个信号进行变换和对比分析，根据两个信号的频谱信息检测绝缘子存在的缺陷。

与现有技术相比较，本发明可以对高压输电线路的绝缘子及供电设备远距离巡检，通过远距离、不断电检测绝缘子运行状况预知潜在故障，避免了逐个上杆检查并盲目大面积检修和擦拭绝缘子，可以节省大量人力和物力，还可以提高设备健康水平。

附图说明

图1为本发明基于激光远程激励的绝缘子检测装置的一种结构示意图；

图2为本发明基于激光远程激励的绝缘子检测方法的一种流程图。

图中，1-脉冲激光器，2-非接触式超声换能器，3-信号处理电路，4-处理器，10-绝缘子。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

如图1所示，一种基于激光远程激励的绝缘子检测装置，包括脉冲激光器1、分光聚焦组件6、非接触式超声换能器2、信号处理电路3、光电探测器5和处理器4，所述处理器4分别与脉冲激光器1、信号处理电路3电连接，所述超声换能器2、光电探测器5分别与信号处理电路3电连接。本发明利用激光源在悬式绝缘子中激发超声波，利用非接触式超声换能器2接收声波，通过对超声波遇到缺陷后发生的散射过程进行观测，并就非接触式超声换能器2得到的时域信号进行傅里叶变换，进而利用信号的频谱信息去定量地检测悬式绝缘子的缺陷。

脉冲激光器1，用于向绝缘子10发射激光。当脉冲激光入射到绝缘子10固体表面时，绝缘子10固体浅表面吸收光能并迅速转化为热能，使绝缘子10表面产生瞬间局部温升现象，绝缘子10固体浅表面由于温升现象发生体积膨胀而产生表面切向力，从而激发出超声信号。在绝缘子10中传播的超声波遇到裂纹和气隙缺陷时，会产生超声回波；通过检测超声波与超声回波，即可对缺陷的位置和特征进行判断和检测。

分光聚焦组件5，设于脉冲激光器1和待测的绝缘子之间，用于将脉冲激光器发射的激光分成两束，两束激光分别照射至绝缘子和光电探测器6。所述分光聚焦组件5可以包括分光镜、衰减片、第一透镜和第二透镜，脉冲激光器1产生的激光照射在分光镜上；分光镜、衰减片和第一透镜构成第一光路，分光镜和第二透镜构成第二光路；通过第一光路的激光照射至绝缘子10，通过第二光路的激光照射至光电探测器6。

非接触式超声换能器2，用于非接触状态接收并悬式绝缘子经激光照射所产生的超声信号至信号处理电路3，可以采用空气耦合式换能器、电容换能器或电磁超声换能器。传统的超声检测均采用接触式换能方法，即在超声探头与被检品间用诸如油脂或水等声耦合介质使超声波的大部分能量传入被检品；然而在高压输电线路中，若使用接触式换能方法可能会对悬式绝缘子的结构造成额外的损害，故可采用电磁超声、静电耦合、空气耦合等非接触超声换能方法以避免影响绝缘子的本身。

所述光电探测器6，用于接收激光并发出光电信号至信号处理电路3。

信号处理电路3，用于对超声信号进行放大和转换处理成第一信号并传递给处理器，对光电信号进行放大和转换处理成第二信号并传递给处理器4。信号处理电路3可以包括依次电连接的前置放大电路、带通滤波电路、信号放大电路和AD转换电路。通过设置前置放大电路，可以克服超声换能器的高输出阻抗问题；带通滤波电路对超声信号进行滤波后，信号放大电路可以对该超声信号进行进一步放大，从而可以增加该绝缘子故障远距离定位检测装置的灵敏度；AD转换电路将以得到第一信号。

处理器4，用于控制脉冲激光器1的激光发射和接收第一信号、第二信号，并根据两个信号的频谱信息检测绝缘子存在的缺陷。

本发明的一种实施方式，基于激光远程激励的绝缘子检测装置还可以包括振动传感器，所述振动传感器与处理器4电连接，用于接收并发送绝缘子10产生的振动信号，所述处理器4接收由振动传感器发送的振动信号。

本发明的一种实施方式，基于激光远程激励的绝缘子检测装置还可以包括传输模块，所述传输模块与所述处理器4电连接，处理器4通过所述传输模块与远程服务器通信连接。

本发明的一种实施方式，基于激光远程激励的绝缘子检测装置还可以包括触摸显示屏，所述触摸显示屏与所述处理器4电连接。触摸显示屏可以用于显示处理器4接收和处理中的信号。

本发明的一种实施方式，基于激光远程激励的绝缘子检测装置还可以包括存储模块，所述存储模块与所述处理器4电连接，用于存储所述处理器4接收到的信号。

本发明的一种实施方式，基于激光远程激励的绝缘子检测装置还可以包括充电电池，所述充电电池用于给所述处理器4、脉冲激光器1、非接触式超声换能器2、信号处理电路3供电，以避免断电发生不能正常工作的情况。

对应于上述基于激光远程激励的绝缘子检测装置，本发明还提出一种基于激光远程激励的绝缘子检测方法，如图2所示，包括如下步骤：

步骤101，处理器4控制脉冲激光器发射激光；

步骤102，处理器4接收第一信号和第二信号，所述第一信号由非接触式超声换能器采集的绝缘子经激光照射产生并由信号处理电路进行放大和转换处理得到，所述第二信号由光电探测器接收的激光经光电转化后由信号处理电路进行放大和转换处理得到；

步骤103，处理器4对接收到的两个信号进行变换和对比分析，根据两个信号的频谱信息检测绝缘子存在的缺陷。

本发明的装置具有质量轻、携带方便、使用简单的特点，检修维护人员可以迅速地通过该设备实现高压架空输电线路打塔上瓷质、悬式绝缘子及接头设备远距离快速巡检，避免逐个登杆爬塔利用高空作业直接观测法检查。

本发明在不断电的运行状态下，根据电压等级的不同，远距离初步定位绝缘子存在的故障，随后进行故障点的准确定位。本发明避免了以往检测方法在断电、目测、仪器接触、夜间红外测试等方面的不便，大大减轻了输电管理处线路运行维护人员的劳动强度，提高了输电线路运行维护的安全性，节约了线路运行维护成本，可以检测到潜在的、人工无法直接发现的各类电气缺陷和故障，将事故扼杀于萌芽状态。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、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发明的一般性原理并包括本发明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，本发明的真正范围和精神由本申请的权利要求指出。

应当理解的是，本发明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。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种基于激光远程激励的绝缘子检测装置，用于检测电网的绝缘子，其特征在于，包括脉冲激光器、分光聚焦组件、非接触式超声换能器、光电探测器、信号处理电路和处理器，所述处理器分别与脉冲激光器、信号处理电路电连接，所述非接触式超声换能器、光电探测器分别与信号处理电路电连接；

分光聚焦组件，设于脉冲激光器和待测的绝缘子之间，用于将脉冲激光器发射的激光分成两束，两束激光分别照射至绝缘子和光电探测器；

所述非接触式超声换能器在非接触绝缘子状态下接收绝缘子经激光照射所产生的超声信号；

所述光电探测器接收激光并发出光电信号；

信号处理电路，用于对超声信号进行放大和转换处理成第一信号并传递给处理器，对光电信号进行放大和转换处理成第二信号并传递给处理器；

处理器，用于控制脉冲激光器的激光发射和接收第一信号、第二信号，并根据两个信号的频谱信息检测绝缘子存在的缺陷。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光远程激励的绝缘子检测装置，其特征在于，所述非接触式超声换能器为空气耦合式换能器、电容换能器或电磁超声换能器。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光远程激励的绝缘子检测装置，其特征在于，还包括振动传感器，所述振动传感器与处理器电连接，用于接收并发送悬式绝缘子产生的振动信号，所述处理器接收由振动传感器发送的振动信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于激光远程激励的绝缘子检测装置，其特征在于，还包括传输模块，所述传输模块与所述处理器电连接，处理器通过所述传输模块与远程服务器通信连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于激光远程激励的绝缘子检测装置，其特征在于，还包括触摸显示屏，所述触摸显示屏与所述处理器电连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于激光远程激励的绝缘子检测装置，其特征在于，还包括充电电池，所述充电电池用于给所述处理器、脉冲激光器、超声换能器、信号处理电路供电。

7.根据权利要求1所述的一种基于激光远程激励的绝缘子检测装置，其特征在于，所述信号处理电路包括依次电连接的前置放大电路、带通滤波电路、信号放大电路和AD转换电路。

8.根据权利要求1所述的一种基于激光远程激励的绝缘子检测装置，其特征在于，还包括存储模块，所述存储模块与所述处理器电连接，用于存储所述处理器接收到的信号。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的一种基于激光远程激励的绝缘子检测装置，其特征在于，所述分光聚焦组件包括分光镜、衰减片、第一透镜和第二透镜，所述脉冲激光器产生的激光照射在分光镜上；所述分光镜、衰减片和第一透镜构成第一光路，所述分光镜和第二透镜构成第二光路；通过第一光路的激光照射至绝缘子，通过第二光路的激光照射至光电探测器。

10.一种基于激光远程激励的绝缘子检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤101，处理器控制脉冲激光器发射激光；

步骤102，处理器接收第一信号和第二信号，所述第一信号由非接触式超声换能器采集的绝缘子经激光照射产生并由信号处理电路进行放大和转换处理得到，所述第二信号由光电探测器接收的激光经光电转化后由信号处理电路进行放大和转换处理得到；

步骤103，处理器对接收到的两个信号进行变换和对比分析，根据两个信号的频谱信息检测绝缘子存在的缺陷。

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