CN111308290A - 一种基于硅光电倍增器的局部放电检测装置 - Google Patents

一种基于硅光电倍增器的局部放电检测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111308290A
CN111308290A CN202010155882.4A CN202010155882A CN111308290A CN 111308290 A CN111308290 A CN 111308290A CN 202010155882 A CN202010155882 A CN 202010155882A CN 111308290 A CN111308290 A CN 111308290A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
silicon photomultiplier
partial discharge
current
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010155882.4A
Other languages
English (en)
Inventor
任明
王思云
夏昌杰
王彬
李信哲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202010155882.4A priority Critical patent/CN111308290A/zh
Publication of CN111308290A publication Critical patent/CN111308290A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1218—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing using optical methods; using charged particle, e.g. electron, beams or X-rays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/14—Circuits therefor, e.g. for generating test voltages, sensing circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/16—Construction of testing vessels; Electrodes therefor

Abstract

本公开揭示了一种基于硅光电倍增器的局部放电检测装置，包括：硅光电倍增器、信号处理单元、信号采集单元、直流供电单元、法兰和显示单元。本公开还揭示了一种基于硅光电倍增器的局部放电检测方法。本公开所述装置具有体积小的特点，能够置于电力设备内部进行放电监测，不受电磁干扰，检测灵敏度高。

Description

一种基于硅光电倍增器的局部放电检测装置
技术领域
本公开属于电力设备检测领域，具体涉及一种基于硅光电倍增器的局部放电检测装置。
背景技术
电力设备由于在生产、运输、装配及运行中不可避免形成诸如导体尖端划伤、悬浮电位或绝缘子表面异常等绝缘缺陷，其在电场作用下引起局部放电，甚至在过电压作用下造成绝缘击穿。通过检测局部放电信号可以实现对电力设备绝缘隐患的有效监测。基于对发生局部放电时产生的各种电、光、声、热等现象的研究，局部放电检测技术中也相应出现了电检测、光检测、声检测、红外热检测等非电量检测方法。
光电检测技术的原理是将光电探测器接收的来自放电源的光脉冲信号转为电信号，再放大处理。光电探测器是一种利用半导体材料的光电导效应制成的探测器件，光电导效应是指由福射引起的，使得被照射材料的电导率发生改变的一种物理现象，而电导率的改变也是因为导体内载流子的密度变化所引起的。实际应用中，光电探测器把福射能量转换成电流或电压，并从外部电路测量这些电流、电压值。通过测量这些输出响应，可以测定相应的入射光强度或辐射强度。目前被最广泛应用的弱光探测器主要是光电倍增管，但由于其体积大、工作电压高，功耗高、易损坏，同时受光阴极限制探测效率较低、对磁场变化敏感以及不适合制作大规模探测阵列等缺点的影响，导致基于光电倍增管的局放检测装置目前大多仅用作实验室研究手段，现场应用较少。因此，需要提出一种体积小，便于置入电力设备内部，不受磁场变化影响且灵敏度高的局部放电检测装置。这对于光测法的进一步应用，提高设备现场带电巡检质量，缩短设备事故发现消缺的周期有显著的实际意义。
发明内容
针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种基于硅光电倍增器的局部放电检测装置，该装置工作电压低、体积小、灵敏度高，且不受电磁干扰，可对局部放电所产生的的微弱光信号进行放大分析，实现电力设备的可靠监测。
为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：
一种基于硅光电倍增器的局部放电检测装置，包括：
硅光电倍增器，置于被测电力设备内部，用于接收被测电力设备内局部放电产生的微弱光信号并输出电流信号；
信号处理单元，与所述硅光电倍增器连接，用于对所述硅光电倍增器输出的电流信号进行处理并输出低频脉冲信号；
信号采集单元，与所述信号处理单元连接，用于采集所述信号处理单元输出的低频脉冲信号；
直流供电单元，通过所述信号处理单元与硅光电倍增器连接，用于向所述硅光电倍增器提供工作电压。
优选的，所述信号处理单元包括：
电流-电压转换电路，用于将所述硅光电倍增器输出的电流信号转换为第一电压信号；
信号放大电路，用于接收所述第一电压信号并放大，生成第二电压信号；
检波电路，用于对所述第二电压信号进行检波，获得低频脉冲信号。
优选的，所述电流-电压转换电路包括第一反相放大器和第一反馈电阻，所述第一反相放大器的反相输入端连接所述硅光电倍增器，且同时通过所述第一反馈电阻与输出端连接形成负反馈电路，所述第一反相放大器的同相输入端接地。
优选的，所述信号放大电路包括第二反相放大器、第二反馈电阻、接地电阻和第一负载电阻，所述第二反相放大器的反相输入端连接至所述电流-电压转换电路的输出端，同时，所述第二反相放大器的反相输入端通过所述第二反馈电阻与输出端连接形成负反馈电路，所述第二反相放大器的同相输入端通过接地电阻接地，所述第二反相放大器的输出端连接第一负载电阻。
优选的，所述检波电路包括检波二极管、高频滤波电容和第二负载电阻，所述检波二极管的正极通过第一负载电阻与所述第二反相放大器的输出端连接，负极分别与所述高频滤波电容和第二负载电阻连接，所述高频滤波电容和第二负载电阻并联构成低通滤波器。
优选的，所述信号采集单元包括采集卡。
优选的，所述装置还包括显示单元，用于显示被测电力设备内局部放电检测结果。
优选的，所述装置还包括法兰，所述法兰置于被测电力设备开口处，用于将所述硅光电倍增器密封于被测电力设备中。
本公开还提供一种基于硅光电倍增器的局部放电检测方法，包括如下步骤：
S100：当被测电力设备内发生局部放电时，接收局部放电产生的微弱光信号并输出电流信号；
S200：对所述电流信号进行电流-电压转换，输出第一电压信号；
S300：对所述第一电压信号进行放大，生成第二电压信号；
S400：对所述第二电压信号进行检波，获得低频脉冲信号；
S500：采集所述低频脉冲信号，实现放电检测。
与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：所需工作电压低，装置体积小，能够置于电力设备内部进行放电监测，不受电磁干扰，检测灵敏度高。
附图说明
图1是本公开一个实施例提供的一种基于硅光电倍增器的局部放电检测装置的结构示意图；
图2是图1所示检测装置中信号处理单元的结构示意图；
图3是图1中法兰的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图1至图3详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本公开实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本公开实施例的限定。
一个实施例中，如图1所示，本公开提供一种基于硅光电倍增器的局部放电检测装置，包括：
硅光电倍增器，置于被测电力设备内部，用于接收被测电力设备内局部放电产生的微弱光信号并输出电流信号；
信号处理单元，与所述硅光电倍增器连接，用于对所述硅光电倍增器输出的电流信号进行处理并输出低频脉冲信号；
信号采集单元，与所述信号处理单元连接，用于采集所述信号处理单元输出的低频脉冲信号；
直流供电单元，通过所述信号处理单元与硅光电倍增器连接，用于向所述硅光电倍增器提供工作电压。
上述实施例中，经硅光电倍增器输出的电流信号中既包含了高频分量，也包含了低频分量，对于高频分量的采集，对于信号采集单元的硬件会提出更高的要求，从而会带来更高的使用成本，因此，为了降低信号采集单元的硬件要求且为了更准确的获得脉冲信号，需要滤除高频分量，而只保留低频分量。本相比于现有技术具有体积小、使用灵活的特点，能够置于被测电力设备内部，当电力设备内发生局部放电时，能够不受电磁干扰有效采集局部放电产生的微弱光信号，因此能够获得更为精确可靠的检测结果。
另一个实施例中，所述信号处理单元包括：
电流-电压转换电路，用于将所述硅光电倍增器输出的电流信号转换为第一电压信号；
信号放大电路，用于接收所述第一电压信号并放大，生成第二电压信号；
检波电路，用于对所述第二电压信号进行检波，获得低频脉冲信号。
另一个实施例中，如图2所示，所述电流-电压转换电路包括第一反相放大器和第一反馈电阻，所述第一反相放大器的反相输入端连接所述硅光电倍增器，且同时通过所述第一反馈电阻与输出端连接形成负反馈电路，所述第一反相放大器的同相输入端接地。
该实施例中，当硅光电倍增器受光信号照射时产生光电流，反相放大器的反相输入端一方面接收光电流，另一方面通过第一反馈电阻Z1与输出端连接形成负反馈电路，由于放大器的输入阻抗非常大，输出阻抗比较小，因此可以高效的进行电流-电压转换。
另一个实施例中，如图2所示，所述信号放大电路包括第二反相放大器、第二反馈电阻、接地电阻和第一负载电阻，所述第二反相放大器的反相输入端连接至所述电流-电压转换电路的输出端，同时，所述第二反相放大器的反相输入端通过所述第二反馈电阻与输出端连接形成负反馈电路，所述第二反相放大器的同相输入端通过接地电阻接地，所述第二反相放大器的输出端连接第一负载电阻。
该实施例中，电流-电压转换电路输出的第一电压信号通过电阻Z2加至运放的反相输入端，输出电压通过第二反馈电阻反馈到运放的反相输入端，从而构成电压并联负反馈放大电路。
另一个实施例中，如图2所示，所述检波电路包括检波二极管、高频滤波电容和第二负载电阻，所述检波二极管的正极通过第一负载电阻与所述第二反相放大器的输出端连接，负极分别与所述高频滤波电容和第二负载电阻连接，所述高频滤波电容和第二负载电阻并联构成低通滤波器。
该实施例中，信号放大电路输出的第二电压信号输入至检波二极管的正极，由于检波二极管的单向导电性，该电压信号中的负向部分被截去，仅保留其正向部分，从而完成了对该电压信号的检波。检波二极管的输出端连接有高频滤波电容，该电容与负载电阻构成低通滤波器，从而能够对二极管输出的电压信号中的高频部分对地短路，使低频有用部分纯净，利于后续采集。
另一个实施例中，所述信号采集单元包括采集卡。
另一个实施例中，所述装置还包括显示单元，用于显示被测电力设备内局部放电检测结果。
另一个实施例中，如图3所示，所述装置还包括法兰，所述法兰置于被测电力设备开口处，用于将所述硅光电倍增器密封于被测电力设备中。
该实施例中，本公开将硅光电倍增器及其配套电路采用气密性结构固定于法兰内，并朝向电力设备内部，电源线及信号线通过密封接口分别与电力设备外部的供电单元和信号采集单元相连，将硅光电倍增器通过法兰密封于电力设备内部，可以避免外部电磁干扰，从而能够更加精确的对电力设备内局部放电进行检测。
另一个实施例中，本公开还提供了一种基于硅光电倍增器的局部放电检测方法，包括如下步骤：
S100：当被测电力设备内发生局部放电时，接收局部放电产生的微弱光信号并输出电流信号；
S200：对所述电流信号进行电流-电压转换，输出第一电压信号；
S300：对所述第一电压信号进行放大，生成第二电压信号；
S400：对所述第二电压信号进行检波，获得低频脉冲信号；
S500：采集所述低频脉冲信号，实现放电检测。
上述检测方法基于硅光电倍增器进行光子计数，将接收到的光信号转换为电信号并通过放大滤波处理，从而能够精确的对电力设备内局部放电情况进行检测。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (9)

1.一种基于硅光电倍增器的局部放电检测装置，包括：
硅光电倍增器，置于被测电力设备内部，用于接收被测电力设备内局部放电产生的微弱光信号并输出电流信号；
信号处理单元，与所述硅光电倍增器连接，用于对所述硅光电倍增器输出的电流信号进行处理并输出低频脉冲信号；
信号采集单元，与所述信号处理单元连接，用于采集所述信号处理单元输出的低频脉冲信号；
直流供电单元，通过所述信号处理单元与硅光电倍增器连接，用于向所述硅光电倍增器提供工作电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，优选的，所述信号处理单元包括：
电流-电压转换电路，用于将所述硅光电倍增器输出的电流信号转换为第一电压信号；
信号放大电路，用于接收所述第一电压信号并放大，生成第二电压信号；
检波电路，用于对所述第二电压信号进行检波，获得低频脉冲信号。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述电流-电压转换电路包括第一反相放大器和第一反馈电阻，所述第一反相放大器的反相输入端连接所述硅光电倍增器，且同时通过所述第一反馈电阻与输出端连接形成负反馈电路，所述第一反相放大器的同相输入端接地。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述信号放大电路包括第二反相放大器、第二反馈电阻、接地电阻和第一负载电阻，所述第二反相放大器的反相输入端连接至所述电流-电压转换电路的输出端，同时，所述第二反相放大器的反相输入端通过所述第二反馈电阻与输出端连接形成负反馈电路，所述第二反相放大器的同相输入端通过接地电阻接地，所述第二反相放大器的输出端连接第一负载电阻。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述检波电路包括检波二极管、高频滤波电容和第二负载电阻，所述检波二极管的正极通过第一负载电阻与所述第二反相放大器的输出端连接，负极分别与所述高频滤波电容和第二负载电阻连接，所述高频滤波电容和第二负载电阻并联构成低通滤波器。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述信号采集单元包括采集卡。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括显示单元，用于显示被测电力设备内局部放电检测结果。
8.一种根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括法兰，所述法兰置于被测电力设备开口处，用于将所述硅光电倍增器密封于被测电力设备中。
9.一种基于硅光电倍增器的局部放电检测方法，包括如下步骤：
S100：当被测电力设备内发生局部放电时，接收局部放电产生的微弱光信号并输出电流信号；
S200：对所述电流信号进行电流-电压转换，输出第一电压信号；
S300：对所述第一电压信号进行放大，生成第二电压信号；
S400：对所述第二电压信号进行检波，获得低频脉冲信号；
S500：采集所述低频脉冲信号，实现放电检测。
CN202010155882.4A 2020-03-06 2020-03-06 一种基于硅光电倍增器的局部放电检测装置 Pending CN111308290A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010155882.4A CN111308290A (zh) 2020-03-06 2020-03-06 一种基于硅光电倍增器的局部放电检测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010155882.4A CN111308290A (zh) 2020-03-06 2020-03-06 一种基于硅光电倍增器的局部放电检测装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111308290A true CN111308290A (zh) 2020-06-19

Family

ID=71158641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010155882.4A Pending CN111308290A (zh) 2020-03-06 2020-03-06 一种基于硅光电倍增器的局部放电检测装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111308290A (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103616621A (zh) * 2013-11-25 2014-03-05 中国科学院电工研究所 一种电子枪真空放电检测装置
CN104267326A (zh) * 2014-10-23 2015-01-07 广州供电局有限公司 局部放电信号检测系统
CN204789880U (zh) * 2015-06-05 2015-11-18 国网河南禹州市供电公司 一种配电变压器局部放电定位检测装置
CN105301462A (zh) * 2015-11-26 2016-02-03 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种ns级冲击电压下局部放电测量系统及方法
CN105425126A (zh) * 2015-12-16 2016-03-23 国家电网公司 一种多局部放电源分离方法及其三频率中心调理装置
CN205229388U (zh) * 2015-11-11 2016-05-11 国网甘肃省电力公司电力科学研究院 高压电气设备外部放电紫外脉冲法检测系统
CN105629139A (zh) * 2015-12-29 2016-06-01 武汉大学 一种气体绝缘电气设备局部放电多源联合监测实验装置
CN205608142U (zh) * 2016-05-17 2016-09-28 厦门理工学院 一种变压器内部局部放电的测试系统
CN106596404A (zh) * 2016-12-19 2017-04-26 华中科技大学 一种直读光谱仪的信号采集与处理方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103616621A (zh) * 2013-11-25 2014-03-05 中国科学院电工研究所 一种电子枪真空放电检测装置
CN104267326A (zh) * 2014-10-23 2015-01-07 广州供电局有限公司 局部放电信号检测系统
CN204789880U (zh) * 2015-06-05 2015-11-18 国网河南禹州市供电公司 一种配电变压器局部放电定位检测装置
CN205229388U (zh) * 2015-11-11 2016-05-11 国网甘肃省电力公司电力科学研究院 高压电气设备外部放电紫外脉冲法检测系统
CN105301462A (zh) * 2015-11-26 2016-02-03 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种ns级冲击电压下局部放电测量系统及方法
CN105425126A (zh) * 2015-12-16 2016-03-23 国家电网公司 一种多局部放电源分离方法及其三频率中心调理装置
CN105629139A (zh) * 2015-12-29 2016-06-01 武汉大学 一种气体绝缘电气设备局部放电多源联合监测实验装置
CN205608142U (zh) * 2016-05-17 2016-09-28 厦门理工学院 一种变压器内部局部放电的测试系统
CN106596404A (zh) * 2016-12-19 2017-04-26 华中科技大学 一种直读光谱仪的信号采集与处理方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MING REN 等: "Towards Optical Partial Discharge Detection with Micro Silicon Photomultipliers", 《SENSORS》 *
蒋庆云 等: "检波技术在超高频PD信号提取中的应用研究", 《华北电力大学学报》 *
雷芳 等: "光电信号转换的激光接收器设计", 《激光杂志》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106526437A (zh) 一种基于光电倍增管的高压电力设备弱电检测系统及方法
CN101813730A (zh) 基于紫外法的电力设备放电检测装置
CN111308289A (zh) 一种局部放电多光谱弱光检测装置及方法
CN107831414A (zh) 一种用于检测输变电设备异常放电的紫外检测仪
CN102156214B (zh) 一种双光路泄漏电流光纤传感器装置
CN110618368A (zh) 基于SiPM的GIS设备局部放电弱光检测系统和方法
CN112698121A (zh) 低频噪声测试系统和可靠性测试方法
Schwarz et al. Partial discharge detection in oil with optical methods
CN201464577U (zh) 一种合成绝缘子电场强度采集装置及故障检测装置
CN101162198B (zh) 适用于大口径激光闪烁仪的调制解调方法
CN201233445Y (zh) 一种微型光电二极管的核辐射探测仪
CN111308290A (zh) 一种基于硅光电倍增器的局部放电检测装置
CN107991586A (zh) 一种高压电力设备漏电检测装置及其实现方法
CN110988613A (zh) 一种基于用于局部放电测量的光锥传感器
CN214795081U (zh) 电力设备绝缘状态检测仪
CN201607408U (zh) 一种三磷酸腺苷的荧光检测装置
CN103616621B (zh) 一种电子枪真空放电检测装置
CN212321045U (zh) 一种瞬态电致发光检测装置
Dai et al. Relation of composite insulator surface discharge ultraviolet signal with electrical pulse signal
CN113567814A (zh) 一种用于放电检测的多通道同步采集系统
CN208596657U (zh) 一种光电倍增管信号处理系统
CN204116404U (zh) 一种速检测仪的微弱电信号放大测量电路
CN202836756U (zh) 光检测及放大电路
CN203101327U (zh) 基于电荷原理的粉尘传感器
CN112462126A (zh) 一种具备非接触电压采集功能的轨道电路室外设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200619

RJ01 Rejection of invention patent application after publication