CN111856226A - 用于气体开关设备的双窗温升红外收集探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于气体开关设备的双窗温升红外收集探测装置，其主要技术特点是：包括锗玻璃探头、铋掺杂玻璃薄片、热释电探测阵列、固定件、气密法兰、航空插头；热释电探测阵列安装在环固定件内部，铋掺杂玻璃薄片、锗玻璃探头位于热释电探测阵列上方并安装在固定件上，锗玻璃探头的焦平面和热释电探测阵列的受光面相贴合；热释电探测阵列的背板上设有电源线和信号馈线并通过航空插头从气密法兰中引出；气密法兰通过固定件将锗玻璃探头、铋掺杂玻璃薄片和热释电探测阵列固定在气体开关设备壳体开孔处。本发明设计合理，实现了设备内部关键位置的异常温升的精准监测功能，具有体积小、视场大、灵敏度高等优点。

Description

用于气体开关设备的双窗温升红外收集探测装置

技术领域

本发明属于气体绝缘电力设备领域，涉及气体绝缘电力设备绝缘状态监测，尤其是一种用于气体开关设备的双窗温升红外收集探测装置。

背景技术

气体绝缘设备在制造、装配和输运过程中，难以避免地会形成高阻或电连接不良等热缺陷，在通流状态下会引起持续或间歇性的异常发热，造成设备的热损耗和热老化。气体绝缘设备内部的异常发热是造成绝缘劣化的重要原因，也是绝缘故障的外在表现形式，通过对异常发热的检测可以实现对气体开关设备内热缺陷和热故障进行检测和预警。

通过对热辐射光子探测是一种置信度较高的温升检测方法，相比现有的热电偶法、光纤测温法以及声表面波法，其具有不受现场电磁干扰、非接触、寿命长等优势，配合热光子敏感响应器件能够实现极高的信噪比。现有的可用于设备绝缘异常发热的光学检测方法主要包括光纤光栅检测方法和红外点温检测方法。其中，光纤光栅检测方法是将光纤置入设备内发热体进行采集，然后引导到外部与光电转换和信号处理系统进行连接，该方法受到光纤有限受光面积的制约，灵敏度较低；红外点温检测利用点温聚焦将热辐射转换为电荷信号。总体而言，虽然目前光学异常发热测量传感器能够限制非光学干扰，但是，其灵敏度和视角范围受限，并未在实际设备上得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种用于气体开关设备的双窗温升红外收集探测装置，解决了设备绝缘异常发热检测视角范围小、灵敏度低、必须接触测量等问题。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种用于气体开关设备的双窗温升红外收集探测装置，包括锗玻璃探头、铋掺杂玻璃薄片、热释电探测阵列、固定件、气密法兰、航空插头；所述热释电探测阵列安装在环固定件内部，所述铋掺杂玻璃薄片位于热释电探测阵列上方并安装在固定件上，所述锗玻璃探头位于铋掺杂玻璃薄片上方并安装在固定件上，锗玻璃探头的焦平面和热释电探测阵列的受光面相贴合；所述热释电探测阵列的背板上设有电源线和信号馈线并通过航空插头从气密法兰中引出；所述气密法兰通过固定件将锗玻璃探头、铋掺杂玻璃薄片和热释电探测阵列固定在气体开关设备壳体开孔处。

而且，所述的气密法兰采用铝合金制材料制成。

而且，所述的气密法兰通过橡胶密封圈和螺丝与被气体开关设备固定连接。

而且，所述的锗玻璃探头为采用光学级锗晶体材料制作的菲涅尔透镜。优选锗玻璃菲涅尔透镜为圆形或半球型菲涅尔透镜，焦距在3mm至9mm范围内。

而且，所选光学级锗晶体材料在0.9微米至10微米范围内，平均透光率不低于50％/毫米。

而且，所述铋掺杂玻璃薄片由铋离子掺杂玻璃材料烧结制作，铋掺杂玻璃薄片用以提高红外荧光强度。优选铋掺杂玻璃的荧光激发波长范围为0.65微米至1.2微米。

而且，所述热释电探测阵列包含二个具有带通滤光特性和前置放大功能的热释电探测单元，其带通滤光光谱响应范围处于0.9微米至10微米范围内，感光面直径不小于4毫米。

而且，所述固定件采用环氧树脂材料制作而成。

而且，所述航空插头为多芯密封航空插头。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明设计合理，其采用菲涅尔红外透镜和热释电探测阵列的双窗内窥结构，可方便地安装在气体绝缘设备内部，对气体开关设备内部异常发热进行内窥式探测，实现设备内部关键位置的异常温升的精准监测功能，在监测过程中，不影响气体开关设备的绝缘安全，具有体积小、视场大、灵敏度高等优点。

2、本发明实现了对气体绝缘设备内部异常发热发出的弱光辐射进行广角探测功能，对提高变电站内气体开关设备运行维护和状态检测质量、发现发热故障、缩短设备事故发现时间、避免重大运行事故及设备稳定运行具有实际意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的气密法兰结构示意图；

图3为本发明的工作原理示意图；

其中，1：锗玻璃探头、2：铋掺杂玻璃薄片、3：热释电探测阵列、4：环氧树脂固定件、5：气密法兰、6：航空插头、7：O型密封胶圈、8：螺丝。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详述。

一种用于气体开关设备的双窗温升红外收集探测装置，如图1所示，包括锗玻璃探头1、铋掺杂玻璃薄片2、热释电探测阵列3、环氧树脂固定件4、气密法兰5、航空插头6。所述热释电探测阵列3安装在环氧树脂固定件4内部，所述铋掺杂玻璃薄片2位于热释电探测阵列3上方并安装在环氧树脂固定件4上，所述锗玻璃探头1位于铋掺杂玻璃薄片2上方并安装在环氧树脂固定件4上，锗玻璃探头1焦平面和热释电探测阵列3的受光面相贴合。所述热释电探测阵列3的背板上设有电源线和信号馈线，上述电源线和信号馈线通过多芯密封航空插头6从气密法兰5中引出，从而连接内外两侧电源线和信号线。

如图2所示，所述气密法兰5采用铝合金制材料制成，通过环氧树脂固定件4将锗玻璃探头1、铋掺杂玻璃薄片2和热释电探测阵列3固定在气体开关设备壳体开孔处，采用橡胶密封圈7和螺丝8与被探测气体开关设备固定连接。

在本实施例中，所述锗玻璃探头1为采用光学级锗晶体材料制作的菲涅尔透镜，所选光学级锗晶体材料在0.9微米至10微米范围内透光率不低于50％/毫米；锗玻璃双弧面结构凸透镜的主要为中、远红外光子收集和双光谱强度矫正。

所述铋掺杂玻璃薄片2由铋离子掺杂玻璃材料烧结制作，其主要作用为增强中红外光谱区域的荧光强度，提高探测装置灵敏度。

所述热释电探测阵列3包含2个具有带通滤光特性和前置放大功能的热释电探测单元，其带通滤光光谱响应范围包含于0.9微米至10微米范围内，感光面直径不小于4毫米。

所述环氧树脂固定件4采用环氧树脂材料制作，用于固定锗玻璃探头、铋掺杂玻璃薄片、热释电探测器及其背板，具有较高的电绝缘性能和遮光性能；同时环氧树脂固定件用于保持锗玻璃探头的焦平面与热释电探测阵列受光面贴合，从而获得最大视场。

如图3所示，本发明工作原理为：通过广角菲涅尔双窗透镜收集设备内部热光子，并通过铋掺杂玻璃薄片提高红外荧光强度；通过锗玻璃探头的焦平面与热释电探测阵列受光面的贴合，使得红外荧光通过两个滤光片分别进入热释电探测阵列，并分别获得能够表征0.9微米至10微米范围内近红外和中红外波段光谱强度的电压放大信号，通过双波段光谱强度电压差进一步推算设备温升。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种用于气体开关设备的双窗温升红外收集探测装置，其特征在于：包括锗玻璃探头、铋掺杂玻璃薄片、热释电探测阵列、固定件、气密法兰、航空插头；所述热释电探测阵列安装在环形固定件内部，所述铋掺杂玻璃薄片位于热释电探测阵列上方并安装在固定件上，所述锗玻璃探头位于铋掺杂玻璃薄片上方并安装在固定件上，锗玻璃探头的焦平面和热释电探测阵列的受光面相贴合；所述热释电探测阵列的背板上设有电源线和信号馈线并通过航空插头从气密法兰中引出；所述气密法兰通过固定件将锗玻璃探头、铋掺杂玻璃薄片和热释电探测阵列固定在气体开关设备壳体开孔处。

2.根据权利要求1所述的用于气体开关设备的双窗温升红外收集探测装置，其特征在于：所述的气密法兰采用铝合金制材料制成。

3.根据权利要求1或2所述的用于气体开关设备的双窗温升红外收集探测装置，其特征在于：所述的气密法兰通过橡胶密封圈和螺丝与被气体开关设备固定连接。

4.根据权利要求1所述的用于气体开关设备的双窗温升红外收集探测装置，其特征在于：所述的锗玻璃探头为采用光学级锗晶体材料制作的菲涅尔透镜。优选的，锗玻璃菲涅尔透镜为圆形或半球型菲涅尔透镜，焦距在3mm至9mm范围内。

5.根据权利要求4所述的用于气体开关设备的双窗温升红外收集探测装置，其特征在于：所选光学级锗晶体材料的平均透光率在0.9微米至10微米范围内不低于50％/mm。

6.根据权利要求1所述的用于气体开关设备的双窗温升红外收集探测装置，其特征在于：所述铋掺杂玻璃薄片由铋离子掺杂玻璃材料烧结制作。优选的，铋掺杂玻璃的荧光激发波长范围为0.65微米至1.2微米。

7.根据权利要求1所述的用于气体开关设备的双窗温升红外收集探测装置，其特征在于：所述热释电探测阵列包含二个具有带通滤光特性和前置放大功能的热释电探测单元。优选的，带通滤光光谱响应范围处于0.9微米至10微米范围内，感光面直径不小于4毫米。

8.根据权利要求1所述的用于气体开关设备的双窗温升红外收集探测装置，其特征在于：所述固定件采用环氧树脂材料制作而成。

9.根据权利要求1所述的用于气体开关设备的双窗温升红外收集探测装置，其特征在于：所述航空插头为多芯密封航空插头。

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