CN112083296A - 用于沿面闪络预放电的光电观测装置 - Google Patents

用于沿面闪络预放电的光电观测装置 Download PDF

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王亚楠
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Abstract

本发明公开了一种用于沿面闪络预放电的光电观测装置，用于沿面闪络预放电的光电观测装置中，电源配置成生成预定电压；腔体提供预定气压的透明空间；第一电极设在所述透明空间中且电连接所述电源；第二电极设在所述透明空间中且接地；绝缘子设在所述第一电极和第二电极之间；针电极紧贴所述绝缘子的表面以引发电子崩；透镜组对准所述绝缘子表面的多个预定位置以聚焦预放电产生的光信号；多个光电倍增管分别距离所述针电极的尖端不同的预定距离，连接所述透镜组以将采集的所述光信号转换成电信号。

Description

用于沿面闪络预放电的光电观测装置
技术领域
本发明属于闪络放电技术领域，特别是一种用于沿面闪络预放电的光电观测装置。
背景技术
绝缘子被广泛应用于电力设备中，是电力设备内绝缘和外绝缘的重要组成部分。运行经验表明，绝缘子沿面相较于同等尺寸的间隙绝缘性能更差，放电往往发生在绝缘子沿面。根据CIGRE的事故统计表明，绝缘子沿面闪络造成的绝缘失效故障占所有失效故障的30％以上。随着电力设备电压等级的逐渐升高，绝缘子沿面闪络对电力设备安全稳定运行造成的隐患更为重大。因此，研究绝缘子沿面闪络发生发展机制，提升绝缘子沿面绝缘性能，是电力系统亟需解决的问题。
而目前对绝缘子沿面闪络的发生发展过程的研究认为，沿面闪络过程可分为两个阶段。首先是起始阶段，在这一阶段由于三结合点、导电微粒、静电电荷或电场畸变而产生初始电子崩。当自由电子、离子的数量足够时，绝缘子表面发生流注发展。第二阶段被称为发展阶段，伴随着沿面流注的明亮发光，流注贯穿整个绝缘子表面，流注发展时间通常在几十到几百纳秒。绝缘子沿面放电之前也存在电流和光信号，称之为预放电。预放电特性的现有方法是记录预放电电流的波形，预放电电流检测需要分离位移电流和传导电流，无法对预放电的位置进行空间定位，并且响应速度较慢。随着光电技术的发展，应用精度高，响应快的光电方法对预放电过程进行检测的研究越来越多。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种用于沿面闪络预放电的光电观测装置，既能满足对沿面闪络预放电的观测，又具有高空间分辨的优点。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种用于沿面闪络预放电的光电观测装置包括：
电源，其配置成生成预定电压；
腔体，其提供预定气压的透明空间；
第一电极，其设在所述透明空间中且电连接所述电源；
第二电极，其设在所述透明空间中且接地；
绝缘子，其设在所述第一电极和第二电极之间；
针电极，其紧贴所述绝缘子的表面以引发电子崩；
透镜组，其对准所述绝缘子表面的多个预定位置以聚焦预放电产生的光信号；
多个光电倍增管，其分别距离所述针电极的尖端不同的预定距离，连接所述透镜组以将采集的所述光信号转换成电信号。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置中，光电观测装置还包括，
直流稳压电源，其连接所述光电倍增管以提供增益，
示波器，其连接所述电源和光电倍增管以显示电信号。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置中，所述多个光电倍增管、直流稳压电源和示波器均设在屏蔽箱中。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置中，所述多个光电倍增管在针电极轴向方向上分别距离所述针电极的尖端不同的预定距离。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置中，所述预定距离至少包括距离尖端0mm、40mm或80mm。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置中，绝缘子的直径为50mm，高为100mm，针电极的长度为15mm，透镜组的焦距为200mm。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置中，所述电源包括生成雷电冲击电压的雷电冲击电压发生器。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置中，透镜组包括分别聚焦于绝缘子表面的三个位置的三个凸透镜，其光斑直径5mm。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置中，所述针电极包括直径为1mm，长度为1-30mm的钢针。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置中，腔体提供预定气压为100Pa-1MPa之间的透明空间。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明通过光电倍增管进行空间定位的光电观测，既能够对绝缘子沿面闪络预放电进行观测，又能满足通过空间定位的方式获得电子崩的发展速度和光强等信息。在观测过程中，示波器设置触发模式，选择分压器的电压通道作为触发信号，逐级升高电压至沿面闪络预放电信号产生。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的用于沿面闪络预放电的光电观测装置的结构示意图；
图2为本发明一个实施例的用于沿面闪络预放电的光电观测装置的测量结果示意图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图1至图2更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明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发明，并且能够将本发明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来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。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。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，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发明实施例的限定。
为了更好地理解，如图1所示，用于沿面闪络预放电的光电观测装置包括，电源1，其配置成生成预定电压；
腔体2，其提供预定气压的透明空间；
第一电极8，其设在所述透明空间中且电连接所述电源1；
第二电极5，其设在所述透明空间中且接地；
绝缘子4，其设在所述第一电极8和第二电极5之间；
针电极3，其紧贴所述绝缘子4的表面以引发电子崩；
透镜组7，其对准所述绝缘子4表面的多个预定位置以聚焦预放电产生的光信号；
多个光电倍增管9，其分别距离所述针电极3的尖端不同的预定距离，连接所述透镜组7以将采集的所述光信号转换成电信号。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置的优选实施例中，光电观测装置还包括，
直流稳压电源11，其连接所述光电倍增管9以提供增益，
10，其连接所述电源1和光电倍增管9以显示电信号。
所述示波器的用于沿面闪络预放电的光电观测装置的优选实施例中，所述多个光电倍增管9、直流稳压电源11和示波器10均设在屏蔽箱6中。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置的优选实施例中，所述多个光电倍增管9在针电极3轴向方向上分别距离所述针电极3的尖端不同的预定距离。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置的优选实施例中，所述预定距离至少包括距离尖端0mm、40mm或80mm。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置的优选实施例中，绝缘子4的直径为50mm，高为100mm，针电极3的长度为15mm，透镜组7的焦距为200mm。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置的优选实施例中，所述电源1包括生成雷电冲击电压的雷电冲击电压发生器。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置的优选实施例中，透镜组7包括分别聚焦于绝缘子4表面的三个位置的三个凸透镜，其光斑直径5mm。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置的优选实施例中，所述针电极3包括直径为1mm，长度为1-30mm的钢针。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置的优选实施例中，腔体2提供预定气压为100Pa-1MPa之间的透明空间。
所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置的优选实施例中，所述针电极3可移动地布置于所述绝缘子4表面。
在一个实施例中，用于沿面闪络预放电的光电观测装置包括：雷电冲击电压发生器生成雷电冲击电压，采用直径50mm，高100mm的绝缘子4，15mm长度的针紧贴绝缘子4表面(用于引发电子崩)，采用200mm焦距的凸透镜对发光点进行定位，采用光纤传递光信号以避免引入电磁干扰，采用光电倍增管9作为光信号转化器，采用直流稳压电源11对光电倍增管9提供增益，直流稳压电源11电压在0～1000V可调，采用示波器10进行信号采集和储存，为了避免高电压下电磁波的干扰，将光电倍增管9和示波器10放置在电磁屏蔽箱6中。
通过高压电源1向铝平板电极和绝缘子3组成的试品施加制定电压。施加电压后，电子崩通过钢针3顶点诱发，通过透镜组7汇聚预放电产生的光信号，光信号通过光纤传递到光电倍增管9中，光电倍增管9将光信号转换为电压信号，调节直流稳压电源11的幅值，就能够在示波器10中观测到预放电的光电信号。在电子崩发展的过程中，三个光电倍增管9布置在距离针尖0,40,80mm处，用于监测电子崩的发展过程，结果同样显示在示波器10中，能够获得沿面电子崩的发展速度和发光强度。
在一个实施例中，所述高压电源1可采用工频电源，冲击电源等可以诱发沿面闪络预放电过程的电源，适用于不同条件下的电压幅值可调。
在一个实施例中，所述腔体2包括20mm厚的铝合金材料制成部分，可提供气压为100Pa-1MPa之间的气压环境。
在一个实施例中，如钢针的针电极3直径为1mm，长度为1-30mm。用于定点诱发电子崩的产生。
在一个实施例中，所述绝缘子4直径为50mm，长度为100mm，可根据实际需求调整绝缘子形状和材料。
在一个实施例中，铝平板电极的第一和第二电极直径为100mm，用于提供均匀的电场环境。
在一个实施例中，所述屏蔽箱6，尺寸为70×100×220cm。
在一个实施例中，所述透镜组7采用三个200mm焦距的凸透镜，聚焦于绝缘子表面的三个位置，光斑直径5mm。
在一个实施例中，光纤采用5m长，波长范围为200-1100nm的深紫外光纤。
在一个实施例中，所述光电倍增管9采用波长范围为185-900nm的CR131型光电倍增管，相应时间2.2ns。
图2为本发明用于沿面闪络预放电的光电观测装置的测量结果示意图。如图2所示，气体为0.1MPa空气，通道1为电压信号，通道2,3,4分别为距离针尖0mm，40mm，80mm处的光电信号。在电压信号出现后，沿面并未闪络，但是出现了沿面闪络的预放电信号，在距离针电极越近的位置，闪络预放电信号最先发出，此外在电子崩的发展过程中，出现了电子崩的分离现象。
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 (10)

1.一种用于沿面闪络预放电的光电观测装置，其包括，
电源，其配置成生成预定电压；
腔体，其提供预定气压的透明空间；
第一电极，其设在所述透明空间中且电连接所述电源；
第二电极，其设在所述透明空间中且接地；
绝缘子，其设在所述第一电极和第二电极之间；
针电极，其紧贴所述绝缘子的表面以引发电子崩；
透镜组，其对准所述绝缘子表面的多个预定位置以聚焦预放电产生的光信号；
多个光电倍增管，其分别距离所述针电极的尖端不同的预定距离，连接所述透镜组以将采集的所述光信号转换成电信号。
2.根据权利要求1所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置，其中，优选的，光电观测装置还包括，
直流稳压电源，其连接所述光电倍增管以提供增益，
示波器，其连接所述电源和光电倍增管以显示电信号。
3.根据权利要求2所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置，其中，所述多个光电倍增管、直流稳压电源和示波器均设在屏蔽箱中。
4.根据权利要求1所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置，其中，所述多个光电倍增管在针电极轴向方向上分别距离所述针电极的尖端不同的预定距离。
5.根据权利要求4所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置，其中，所述预定距离至少包括距离尖端0mm、40mm或80mm。
6.根据权利要求1所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置，其中，绝缘子的直径为50mm，高为100mm，针电极的长度为15mm，透镜组的焦距为200mm。
7.根据权利要求1所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置，其中，所述电源包括生成雷电冲击电压的雷电冲击电压发生器。
8.根据权利要求1所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置，其中，透镜组包括分别聚焦于绝缘子表面的三个位置的三个凸透镜，其光斑直径5mm。
9.根据权利要求1所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置，其中，所述针电极包括直径为1mm，长度为1-30mm的钢针。
10.根据权利要求1所述的用于沿面闪络预放电的光电观测装置，其中，腔体提供预定气压为100Pa-1MPa之间的透明空间。
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