CN113189452B - 基于外施振动激励的gis潜伏性金属微粒检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置，装置中，电磁式冲击振动施加装置配置成外施振动激励于气体绝缘组合电器GIS，控制模块连接电磁致动组件，控制单元控制电磁致动组件的致动力、碰撞动量以及冲击作用时间或冲击频率；超声检测系统配置成测量气体绝缘组合电器GIS中金属微粒的振动信号，计算机总控系统连接电磁式冲击振动施加装置和超声检测系统，其发送振动指令到电磁式冲击振动施加装置使其外施预定参数的振动激励于气体绝缘组合电器GIS，以及生成基于预定参数的振动激励的超声数据。

Description

基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置
技术领域
本发明涉及高电压电工电器技术和GIS应用技术领域，尤其涉及一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置。
背景技术
GIS设备因其紧凑性和高度可靠的绝缘性能，在电力系统中得到越来越多的应用。但是，GIS设备在生产、运输、装配及运行过程中不可避免产生金属微粒等绝缘缺陷，该绝缘缺陷受不同材质和形状的影响起跳难度差异很大，其中常存在潜伏性微粒，即大体积高密度微粒，其起跳场强极高，常规耐压试验难以检出，威胁电气设备安全。
研究表明，外施冲击振动可有效降低GIS内潜伏性微粒的起跳场强，如图1，圆片微粒随冲击振动幅值的增强，临界起跳场强明显降低，且微粒起跳后可在原场强下实现持续运动。因此在GIS上设计一套施加外施冲击振动的装置用于微粒检测有效可行。
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本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置，实现潜伏性微粒高效在线检测，提高微粒检测的准确性和检出率。为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置包括：
电磁式冲击振动施加装置，其配置成外施振动激励于气体绝缘组合电器GIS，电磁式冲击振动施加装置包括，
外壳，其包括朝向所述气体绝缘组合电器GIS的开口端，
配重块，其可移动地设在所述外壳内，
导杆，其可移动地穿设于所述外壳内以撞击所述配重块，
电磁致动组件，其连接且致动所述导杆，使得所述导杆撞击所述配重块，
控制模块，其连接所述电磁致动组件，所述控制单元控制所述电磁致动组件的致动力、碰撞动量以及冲击作用时间或冲击频率；
超声检测系统，其配置成测量气体绝缘组合电器GIS中金属微粒的振动信号，所述超声检测系统包括，
声发射传感器，其朝向所述气体绝缘组合电器GIS以采集金属微粒振动的超声信号；
计算机总控系统，其连接所述电磁式冲击振动施加装置和超声检测系统，
其发送振动指令到所述电磁式冲击振动施加装置使其外施预定参数的振动激励于气体绝缘组合电器GIS，以及生成基于所述预定参数的振动激励的超声数据。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置中，所述外壳具有垂直于气体绝缘组合电器GIS的导向通道，所述导向通道包括所述开口端以及相对于所述开口端的底端，所述开口端和底端均具有收口以阻挡可移动设置于导向通道内的配重块脱出。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置中，所述导杆穿过所述底端且在所述导向通道中可移动，所述导杆和底端之间设有缓冲弹簧。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置中，所述导向通道为空心圆柱结构，空心圆柱结构的内径适配于配重块，所述收口包括卡槽。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置中，所述配重块为实心球形配重块，材料为铝质和不锈钢材质，配重块直径为40～65mm。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置中，所述电磁致动组件包括用于提供磁吸力的电磁铁，所述电磁致动组件连接电源模块，所述控制模块包括调节电压的交流调压器，所述交流调压器调节电压的幅值和频率以控制所述电磁致动组件的致动力、碰撞动量以及冲击作用时间或冲击频率。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置中，所述超声检测系统还包括用于放大超声信号的前置放大器和供电分离器，所述前置放大器连接声发射传感器，供电分离器一端连接供电前置放大器，另一端连接计算机总控系统以输出超声信号。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置中，所述声发射传感器为谐振式传感器，频带范围为15KHz-70KHz。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置中，所述计算机总控系统包括用于过滤来自所述超声检测系统的超声信号的滤波单元。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置中，所述预定参数包括振动周期和\或振动幅值，所述超声数据包括超声谱图。
在上述技术方案中，本发明提供的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置，具有以下有益效果：基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置结构简单，使用方便，通过外施冲击振动促使微粒起跳，有效降低了潜伏性微粒的起跳场强，提高了微粒检测的检出率和准确度；通过超声检测系统可准确检测运动微粒的超声信号，提高微粒检出；由于计算机总控系统存在可实现微粒的在线检测，可现场迅速判断，缩短微粒检测时间。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是不锈钢圆片微粒起跳场强和振动起跳幅值关系图。其中，随冲击振动增大，圆片微粒临界起跳场强降低；
图2是基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置的结构示意图；
图3是基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置的电磁式冲击振动施加装置的结构示意图；
图4是基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置的超声检测系统的结构示意图；
图5是基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置实施流程图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图1至图5，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
参见图2至图4所示，在一个实施例中，本发明的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置包括，
电磁式冲击振动施加装置1，其配置成外施振动激励于气体绝缘组合电器GIS，电磁式冲击振动施加装置1包括，
外壳1-1，其包括朝向所述气体绝缘组合电器GIS的开口端，
配重块1-2，其可移动地设在所述外壳1-1内，
导杆1-7，其可移动地穿设于所述外壳1-1内以撞击所述配重块1-2，
电磁致动组件1-6，其连接且致动所述导杆1-7，使得所述导杆1-7撞击所述配重块1-2，
控制模块1-4，其连接所述电磁致动组件1-6，所述控制单元控制所述电磁致动组件1-6的致动力、碰撞动量以及冲击作用时间或冲击频率；
超声检测系统2，其配置成测量气体绝缘组合电器GIS中金属微粒的振动信号，所述超声检测系统2包括，
声发射传感器2-1，其朝向所述气体绝缘组合电器GIS以采集金属微粒振动的超声信号；
计算机总控系统3，其连接所述电磁式冲击振动施加装置1和超声检测系统2，
其发送振动指令到所述电磁式冲击振动施加装置1使其外施预定参数的振动激励于气体绝缘组合电器GIS，以及生成基于所述预定参数的振动激励的超声数据。
基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置实现了潜伏性金属微粒高效检测，利用总控系统3控制电磁式冲击振动施加装置1施加时间间隔可调的重频冲击振动，结合GIS母线电压促使潜伏性微粒起跳，对微粒运动产生的振动超声信号采集、滤波、计算，并经程序转化为微粒超声谱图，实现潜伏性微粒高效在线检测，有效提高微粒检测的准确性和检出率。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置的优选实施例中，所述外壳1-1具有垂直于气体绝缘组合电器GIS的导向通道，所述导向通道包括所述开口端以及相对于所述开口端的底端，所述开口端和底端均具有收口以阻挡可移动设置于导向通道内的配重块1-2脱出。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置的优选实施例中，所述导杆1-7穿过所述底端且在所述导向通道中可移动，所述导杆1-7和底端之间设有缓冲弹簧1-3。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置的优选实施例中，所述导向通道为空心圆柱结构，空心圆柱结构的内径适配于配重块1-2，所述收口包括卡槽。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置的优选实施例中，所述配重块1-2为实心球形配重块1-2，材料为铝质和不锈钢材质，配重块1-2直径为40～65mm。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置的优选实施例中，所述电磁致动组件1-6包括用于提供磁吸力的电磁铁，所述电磁致动组件1-6连接电源模块1-5，所述控制模块1-4包括调节电压的交流调压器，所述交流调压器调节电压的幅值和频率以控制所述电磁致动组件1-6的致动力、碰撞动量以及冲击作用时间或冲击频率。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置的优选实施例中，所述超声检测系统2还包括用于放大超声信号的前置放大器2-2和供电分离器2-3，所述前置放大器2-2连接声发射传感器2-1，供电分离器2-3一端连接供电前置放大器2-2，另一端连接计算机总控系统3以输出超声信号。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置的优选实施例中，所述声发射传感器2-1为谐振式传感器，频带范围为15KHz-70KHz。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置的优选实施例中，所述计算机总控系统3包括用于过滤来自所述超声检测系统2的超声信号的滤波单元。
所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置的优选实施例中，所述预定参数包括振动周期和\或振动幅值，所述超声数据包括超声谱图。
在一个实施例中，可通过设定触发信号的频率控制电磁式冲击振动施加装置1产生时间周期可调的重频冲击振动，并调控电源模块1-5控制冲击振动幅值；同时接收超声检测系统2产生的超声信号，滤除冲击振动产生的超声信号，经程序转化为微粒超声谱图，实现微粒检测目的。
在一个实施例中，交流调压器通过控制交流电压输入影响电磁铁内部线圈磁力改变导杆1-7动作快慢，调控导杆1-7动作速度影响配重块1-2动量。
在一个实施例中，所述声发射传感器2-1经夹具固定于GIS外壁，表面涂有以提高声信号检测精度的耦合剂，检测信号经线缆与前置放大器2-2连接。所述供电分离器2-3一端与前置放大器2-2连接供电，另一端输出信号可与示波器或计算机总控系统3经线缆连接。所述声发射传感器2-1为谐振式传感器，频带范围大多是15KHz～70KHz之间。计算机总控系统3控制装置施加时间间隔可调的重频冲击振动，结合GIS母线高压促使微粒起跳，对微粒运动产生的振动超声信号采集、滤波、计算，并经程序转化为微粒超声谱图，实现潜伏性微粒高效在线检测，提高微粒检测的准确性和检出率。
在一个实施例中，外壳1-1固定于GIS外筒，基础形状为圆筒状，材料优选为铝，分为上下两部分，通过螺纹固定。上部分内部为空心圆柱，表面光滑，便于配重块1-2运动，内直径优选为70mm，空心圆筒上下均有卡槽，限制配重块1-2飞出；下部分内部为空腔，控制模块1-4，电源模块1-5，电磁铁固定于外壳1-1内部。所述配重块1-2为实心球形配重块1-2，材料优选为铝质和不锈钢材质。所述配重块1-2直径为40～65mm，可产生不同参数的冲击力，所述配重块1-2放置于外壳1-1上筒内与电磁铁导杆1-7相连接，通过电磁铁通电经导杆1-7传递获取动量。所述缓冲弹簧1-3为承受压力的螺旋弹簧，材料优选为不锈钢材料，可缓冲配重块1-2运动回落时对电磁铁导杆1-7的冲击力。所述缓冲弹簧1-3位于电磁铁导杆1-7和外壳1-1上筒下卡槽之间，防止导杆1-7脱落。所述控制模块1-4与计算机总控系统3连接，通过接收计算机总控系统3信号控制电磁铁动作。所述电源模块1-5与计算机总控系统3连接，为交流调压器，可通过控制交流电压输入影响电磁铁内部线圈磁力改变导杆1-7动作快慢，调控导杆1-7动作速度影响配重动量。所述电磁铁为交流电磁铁，可通电产生电磁推动导杆1-7运动，并推动配重块1-2动作，所述装置与控制模块1-4和电源模块1-5相连。所述超声检测系统2包括声发射传感器2-1，前置放大器2-2，供电分离器2-3，与计算机总控系统3，可实现对微粒超声信号采集。所述声发射传感器2-1经夹具固定于GIS外壳1-1，表面涂有以提高声信号检测精度的耦合剂，检测信号经线缆与前置放大器2-2连接，所述声发射传感器2-1为谐振式传感器，频带范围为是15KHz～70KHz之间。所述前置放大器2-2两端分别与声发射传感器2-1、供电分离器2-3连接，起到超声信号放大作用。所述供电分离器2-3一端与前置放大器2-2连接，对声发射前置放大器2-2进行供电，另一端输出信号可与示波器或计算机总控系统3经线缆连接。所述计算机总控系统3与电磁式冲击振动施加装置1、超声检测系统2连接，可通过设定触发信号的频率控制电磁式冲击振动施加装置1产生时间周期可调的重频冲击振动，并调控电源模块1-5控制冲击振动幅值；同时接收超声检测系统2产生的超声信号，滤除冲击振动产生的超声信号，经程序转化为微粒超声谱图，实现微粒检测目的。
如图2、图5所示，通过计算机总控系统3设定触发信号参数(包括触发信号时间间隔和持续时间)和电磁铁电压参数，并通过线缆对电磁式冲击振动施加装置1发出信号，当触发信号作用在控制模块1-4，电源模块1-5时，电磁铁线圈通电受磁力作用导杆1-7迅速上移，推动配重块1-2沿外壳1-1内壁上移敲击GIS管壁。管壁内潜伏金属微粒受母线电压和冲击振动共同影响起跳并持续运动，潜伏性微粒运动过程中碰撞GIS管道产生超声信号，该超声信号被声发射传感器2-1捕捉，经供电分离器2-3供电的前置放大器2-2放大后沿线缆传输给计算机总控系统3，随后计算机总控系统3对得到的超声信号滤波处理，经程序转化为微粒超声谱图，实现潜伏性微粒高效检测。
如图3所示，可产生秒级重频冲击振动。电源模块1-5可为电磁铁动作提供电源，可通过控制交流电压输入影响电磁铁内部线圈磁力改变导杆1-7动作快慢。控制模块1-4可向电磁铁提供触发信号，电磁铁响应动作将内部导杆1-7受磁力影响向上移动，推动配重块1-2运动，随后配重块1-2自由运动直至碰到GIS管壁，产生10～100N冲击力。其中，配重块1-2为实心球形配重块1-2，材料优选为铝质和不锈钢材质。所述配重块1-2直径为40～65mm可调，所述电源模块1-5为交流调压器，可控范围为0～250V。
如图4所示，所述声发射传感器2-1经夹具固定于GIS外壁，表面涂有以提高声信号检测精度的耦合剂，检测信号经线缆与前置放大器2-2连接。所述供电分离器2-3一端与前置放大器2-2连接供电，另一端输出信号可与示波器或计算机总控系统3经线缆连接。所述声发射传感器2-1为谐振式传感器，频带范围大多是15KHz～70KHz之间。与原先微粒检测相比较，本发明所提出的基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒高效检测装置，通过外施冲击振动促使潜伏性微粒起跳，有效降低了潜伏性微粒的起跳场强，高效提高了微粒检测的检出率和准确度。
最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置，其特征在于，其包括：
电磁式冲击振动施加装置，其配置成外施振动激励于气体绝缘组合电器GIS，电磁式冲击振动施加装置包括，
外壳，其包括朝向所述气体绝缘组合电器GIS的开口端，
配重块，其可移动地设在所述外壳内，
导杆，其可移动地穿设于所述外壳内以撞击所述配重块，
电磁致动组件，其连接且致动所述导杆，使得所述导杆撞击所述配重块，
控制模块，其连接所述电磁致动组件，所述控制模块 控制所述电磁致动组件的致动力、碰撞动量以及冲击作用时间或冲击频率；
超声检测系统，其配置成测量气体绝缘组合电器GIS中金属微粒的振动信号，所述超声检测系统包括，
声发射传感器，其朝向所述气体绝缘组合电器GIS以采集金属微粒振动的超声信号；
计算机总控系统，其连接所述电磁式冲击振动施加装置和超声检测系统，
其发送振动指令到所述电磁式冲击振动施加装置使其外施预定参数的振动激励于气体绝缘组合电器GIS，以及生成基于所述预定参数的振动激励的超声数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置，其特征在于，优选的，所述外壳具有垂直于气体绝缘组合电器GIS的导向通道，所述导向通道包括所述开口端以及相对于所述开口端的底端，所述开口端和底端均具有收口以阻挡可移动设置于导向通道内的配重块脱出。
3.根据权利要求2所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置，其特征在于，所述导杆穿过所述底端且在所述导向通道中可移动，所述导杆和底端之间设有缓冲弹簧。
4.根据权利要求3所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置，其特征在于，所述导向通道为空心圆柱结构，空心圆柱结构的内径适配于配重块，所述收口包括卡槽。
5.根据权利要求4所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置，其特征在于，所述配重块为实心球形配重块，材料为铝质和不锈钢材质，配重块直径为40～65mm。
6.根据权利要求1所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置，其特征在于，所述电磁致动组件包括用于提供磁吸力的电磁铁，所述电磁致动组件连接电源模块，所述控制模块包括调节电压的交流调压器，所述交流调压器调节电压的幅值和频率以控制所述电磁致动组件的致动力、碰撞动量以及冲击作用时间或冲击频率。
7.根据权利要求1所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置，其特征在于，所述超声检测系统还包括用于放大超声信号的前置放大器和供电分离器，所述前置放大器连接声发射传感器，供电分离器一端连接供电前置放大器，另一端连接计算机总控系统以输出超声信号。
8.根据权利要求1所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置，其特征在于，所述声发射传感器为谐振式传感器，频带范围为15KHz-70KHz。
9.根据权利要求1所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置，其特征在于，所述计算机总控系统包括用于过滤来自所述超声检测系统的超声信号的滤波单元。
10.根据权利要求1所述的一种基于外施振动激励的GIS潜伏性金属微粒检测装置，其特征在于，所述预定参数包括振动周期和\或振动幅值，所述超声数据包括超声谱图。
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