CN113419149A - 一种故障绝缘子在线检测装置及检测方法 - Google Patents

一种故障绝缘子在线检测装置及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种故障绝缘子在线检测装置及检测方法，所述的一种故障绝缘子在线检测装置包含能接收故障绝缘子高压放电电磁波的磁天线，磁天线与信号放大电路相连接，放大电路与信号调理电路相连接，调理电路与高速数据采集模块相连接，高速数据采集模块与微处理器模块相连接，微处理器模块与计算机相连接。本发明所说的检测方法包括：a、使磁天线接收信号最强方向对准被测绝缘子，采集信号并获得频谱图1；b、平移磁天线，使其接收信号的零点方向对准被测绝缘子，采集信号并获得频谱图2；c、频谱图1与频谱图2各对应值相减取模获得差值谱线图，对谱线做功率积分并由积分值判断绝缘子有无故障。该方法不断电检测，操作简便，检测效果好。

Description

一种故障绝缘子在线检测装置及检测方法
技术领域
本发明属于绝缘子检测技术，尤其涉及一种故障绝缘子在线检测装置及检测方法。
背景技术
目前电力系统输电线路及变电站使用巨量的瓷质绝缘子。瓷绝缘子长期受工频电压、日晒雨淋、灰盐霾、机械应力、雷电等作用，会发生劣化现象，劣化绝缘子由于内绝缘低于外绝缘，在雷击、工频、污闪等过程中发生内绝缘击穿，由此引发绝缘子掉串，严重威胁电网的安全运行。
当前工作中绝缘子现场检测主要采用火花间隙法、超声波法、红外测温法、红外成像法，依靠人工检测方式进行。主要存在以下问题：火花间隙法涉及安全、劳动强度大，需要听声音观火花；超声波法、红外测温法、红外成像法易受环境天气干扰，误判率高、检测效率低；这些不足使运检人员在检测周期内难以完成对运行中的绝缘子的覆盖检测，运行中绝缘子状态处于未知状态，通常依靠经验安排运检工作，针对性、预控性差，往往事故发生后被动处理。
停电检测虽然较为准确，但对电网影响较大，因此有必要开发一种有效的绝缘子低零值带电检测装置，实现输电线路和变电站瓷绝缘子低零值的有效不停电检测。
带电高压运行中的低(零)值绝缘子必定产生放电电磁波是其故障的本质物理现象，并且电磁波信号会在空间传播，其主要频率分量在3MHz—5MHz之间。目前的检测方法是基于侦测高压放电产生的电磁脉冲信号。现有获取高压放电产生的电磁脉冲信号的途径是在绝缘子承载铁塔接地线上检测，通过一个磁感应环来耦合特定的电磁脉冲信号，当铁塔有多个接地线时，要切割掉其余的几个，操作十分不方便。另外，接地线会耦合各种外部干扰和噪声，检测结果不准确。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种故障绝缘子在线检测装置及检测方法，在无需停电情况下，实现绝缘子状态的准确、安全、高效、及时、方便检测，及时发现并定位故障绝缘子；本发明的另一个目的是提供该在线检测装置的绝缘子故障检测的方法
本发明的技术方案是：
本发明所述的一种故障绝缘子在线检测装置，包含能接收故障绝缘子高压放电电磁波的磁天线，磁天线与信号放大电路相连接，信号放大电路与信号调理电路相连接，调理电路与高速数据采集模块相连接，高速数据采集模块与微处理器模块相连接，微处理器模块与计算机相连接。装置以微处理器为控制核心，通过磁天线实现了对故障绝缘子高压打火放电产生电磁波信号的接收，再经过信号放大电路的放大和信号调理电路的调理处理，经过高速数据采集模块对调理处理后的信号做高速采集，采集后的数字信号经过微处理器发送给外部的计算机，由计算机完成各种数据的处理分析并做出有无故障绝缘子存在的判断。
根据大量的实验数据分析，故障绝缘子放电电磁波的频率范围在3-5MHz，所以选用了接收信号的带宽为3-5MHz磁天线。由于检测装置所采用的检测方法利用磁天线方向图的零点，零点越深，零点指向的外部信号就不会被磁天线接收；零点越深，就要求磁天线的纯磁性能越高，所述磁天线在信号接收带宽内的纯磁性能大于30dB。为获得更好的磁天线宽带效果，在磁天线的天线体内填充了导磁率为200的磁性材料。
为满足检测方法所需要的频率分辨率和检测灵敏度，必须提高采样速率和采样的分辨率，所述高速数据采集模块采样速率40MHz，分辨率为16bit。
微处理器模块与计算机相连接包括RS-422口的有线连接和无线WIFI方式的连接，两种连接方式增加了连接的可靠性和连接的便捷性。
一种故障绝缘子在线检测装置的检测方法，包括以下步骤：
步骤1、使磁天线接收信号最强方向对准被测绝缘子；
步骤2、采集信号s1(i)，i＝1...N，i表示时间序号，N表示采集信号总的长度；
步骤3、对s1(i)做谱分析并获得其频谱图X1(i)，i＝1...N；
步骤4、平移磁天线，直到接收信号的零点方向对准被测绝缘子；
步骤5、采集信号s2(i)，i＝1...N；
步骤6、对s2(i)做谱分析并获得其频谱图X2(i)，i＝1...N；
步骤7、计算
Figure BDA0003163906310000031
其中||.||为取模运算；
步骤8、设定阈值V，若m大于V，则判断为被测绝缘子存在故障，否则，被测绝缘子为正常。
步骤3和6中：对采集的数据采用了快速傅里叶变换的方法做谱分析。阈值V是根据所开展的存在故障绝缘子和不存在故障绝缘子所采集的实验数据分析来确定。
本发明有益效果：
本发明可实现电力线路故障绝缘子在线检测，不需要切断电源供应；对放电电磁波的检测采用了无线接收的方式，不需要切割铁塔的接地线，检测方便，检测效率有效提升。
附图说明
图1是本发明的一种故障绝缘子在线检测装置结构框图；
图2是本发明的检测方法流程图；
图3是磁天线平移示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种故障绝缘子在线检测装置，该装置包含能接收故障绝缘子高压放电电磁波的磁天线，磁天线的指标要求有：接收信号的带宽3-5MHz，纯磁性能大于30dB，为减小体积和改善带宽要求，天线体内填充了导磁率为200的磁性材料。磁天线与信号放大电路相连接，信号放大电路对磁性天线所接收的信号做有效的放大，采用了可编程增益放大器件，放大倍数可达到40dB。信号放大电路与信号调理电路相连接，信号调理电路前半部分是一个3-5MHz的带通滤波器，有效滤除带外干扰和噪声，后半部分是阻抗变换和极性变换电路，使得输出的信号阻抗为50欧姆，并且是双极性的信号。信号调理电路与高速数据采集模块相连接，高速数据采集模块把模拟信号转化为数字信号，其输入为50欧姆输入阻抗的差分，采样的频率为40MHz，采样分辨率为16bit，满足采样信号的带宽要求和动态范围的要求。高速数据采集模块与微处理器模块相连接，微处理器模块控制数据的采集处理过程，并暂时缓存所采集到的数据。微处理器模块与计算机相连接，计算机发送采集指令，微处理模块接收指令并采集数据，把数据打包通过RS-422口或其WIFI口把数据传给计算机，计算机还要对数据进行分析处理，给出检测结论。
检测方法包括：(1)使磁天线接收信号最强方向对准被测绝缘子；
(2)采集信号s1(i)，i＝1...N，i表示时间序号，N表示采集信号总的长度；
(3)对s1(i)做谱分析并获得其频谱图X1(i)，i＝1...N；
(4)平移磁天线，直到其接收信号的零点方向对准被测绝缘子；
(5)采集信号s2(i)，i＝1...N；
(6)对s2(i)做谱分析并获得其频谱图X2(i)，i＝1...N；
(7)计算
Figure BDA0003163906310000051
其中||.||为取模运算；
(8)设定阈值V，若m大于V，则判断为被测绝缘子存在故障，否则，被测绝缘子为正常。
在步骤(3)和(6)中，对采集的数据采用了快速傅里叶变换的方法做谱分析。步骤(7)中m的意义代表了两个谱图能量的差异性。步骤(8)中阈值V是根据所开展的存在故障绝缘子和不存在故障绝缘子所采集的实验数据分析来确定；图3给出了步骤(1)与(4)天线移动的示意图，磁天线在位置1可以最大获得被测绝缘子方向的电磁波；而在位置2几乎不能够获得被测绝缘子方向的电磁波。

Claims (9)

1.一种故障绝缘子在线检测装置，其特征在于：包含能接收故障绝缘子高压放电电磁波的磁天线，磁天线与信号放大电路相连接，信号放大电路与信号调理电路相连接，信号调理电路与高速数据采集模块相连接，高速数据采集模块与微处理器模块相连接，微处理器模块与计算机相连接。
2.根据权利要求1所述的一种故障绝缘子在线检测装置，其特征在于：所述磁天线接收信号的带宽为3-5MHz。
3.根据权利要求1或2所述的一种故障绝缘子在线检测装置，其特征在于：所述磁天线在信号接收带宽内的纯磁性能大于30dB。
4.根据权利要求1所述的一种故障绝缘子在线检测装置，其特征在于：所述磁天线的天线体内填充了导磁率为200的磁性材料。
5.根据权利要求1所述的一种故障绝缘子在线检测装置，其特征在于：所述高速数据采集模块采样速率40MHz，分辨率为16bit。
6.根据权利要求1所述的一种故障绝缘子在线检测装置，其特征在于：所述微处理器模块与计算机相连接，包括RS-422口的有线连接和无线WIFI方式的连接。
7.一种基于权利要求1所述的故障绝缘子在线检测装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、使磁天线接收信号最强方向对准被测绝缘子；
步骤2、采集信号s1(i)，i＝1...N，i表示时间序号，N表示采集信号总的长度；
步骤3、对s1(i)做谱分析并获得其频谱图X1(i)，i＝1...N；
步骤4、平移磁天线，直到接收信号的零点方向对准被测绝缘子；
步骤5、采集信号s2(i)，i＝1...N；
步骤6、对s2(i)做谱分析并获得其频谱图X2(i)，i＝1...N；
步骤7、计算
Figure FDA0003163906300000021
其中||.||为取模运算；
步骤8、设定阈值V，若m大于V，则判断为被测绝缘子存在故障，否则，被测绝缘子为正常。
8.根据权利要求7所述的一种故障绝缘子在线检测装置的检测方法，其特征在于：步骤3和6中：对采集的数据采用了快速傅里叶变换的方法做谱分析。
9.根据权利要求7所述的一种故障绝缘子在线检测装置的检测方法，其特征在于：阈值V是根据所开展的存在故障绝缘子和不存在故障绝缘子所采集的实验数据分析来确定。
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