CN113835040B - 基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置及方法 - Google Patents

基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电流检测技术的领域,尤其涉及基于法布里‑珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置及方法,该装置包括第一封装盒、取样器、F‑P光纤电流传感器、导线和后处理模块,不仅减少了外界环境对检测装置的干扰,提高了检测装置的检测精度,而且结构简单,有助于降低设备成本和维修成本,还提升了对操作人员的保护,使用较为便捷。本发明还公开了基于法布里‑珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测方法,可以对支柱绝缘子的泄漏电流进行较为精确的测量和监控,从而可以对支柱绝缘子的劣化状态进行评估,有助于辅助操作人员进行检测和进行维护。

Description

基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置及方法
技术领域
本发明涉及电流检测技术的领域,具体为基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置及方法。
背景技术
安装在变电站中的支柱绝缘子主要用于导电体和接地体之间的绝缘和机械固定连接,防止电流回地,起到良好的电气绝缘效果和支撑作用。然而,支柱绝缘子因长期受高压电场、日晒雨淋、污秽物、机械应力等作用,极有可能出现开裂、阻抗性能降低及污闪等故障,不仅会引起变电站中电力设备的损坏,甚至会导致工作人员在检修维护过程中出现伤亡,危及生命安全,严重影响了电力系统的安全稳定运行。
时至今日,国内外对于绝缘子常规检测方法有如下几种:脉冲电流法、超声检测法、激光多普勒振动法、紫外线成像法等多种方式。其中脉冲电流法在低压端测量时较为安全、精准度较高,但其易受外界的干扰,小信号提取复杂;超声检测法灵敏度较高、抗干扰能力较强、安全可靠,但其受耦合、衰减及超声换能器性能等问题的影响,并不适用于进行现场检测,多在实验室中使用。激光多普勒振动法能较为精确地判断绝缘子开裂情况、灵敏度高,但仪器体积较为庞大、操作和维修复杂并且成本高,无法进行广泛运用;紫外线成像法可进行远距离大面积的检测,但需要检测时绝缘子表面正在进行局部放电,此时局放故障已经产生,操作设备时也需在正常环境温度下进行并且设备成本昂贵、性价比较低。
发明内容
针对绝缘子常规检测方法中易受外界环境干扰、制造维修成本高、体积大等技术问题,本发明提供基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置及方法,该装置自身无源、结构简单、成本低、体积小,可在各种环境下对绝缘子泄漏电流进行实时检测。
本发明是通过以下技术方案来实现:
一种基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置,包括第一封装盒、取样器、F-P光纤电流传感器、导线和后处理模块,所述取样器、F-P光纤电流传感器设置于第一封装盒中,所述第一封装盒由导电金属材料制成;
所述取样器包括取样壳和采样电阻,所述采样电阻设置于取样壳体内部,所述取样壳由导电金属材料制成;
所述F-P光纤电流传感器包括外壳、电极板、压电材料片、联接件、光纤探头,所述外壳内部设有通孔,所述电极板连接于通孔内壁上;所述压电材料片连接于电极板的一侧;所述光纤探头位于电极板与压电材料片相对的一侧,所述联接件的一端与电极板连接,另一端与光纤探头连接;
所述外壳外侧还设有第二封装盒,所述第二封装盒由导电金属材料制成;
所述导线包括两根第一导线和两根第二导线,所述第一导线用于连接取样器和支柱绝缘子;所述第二导线用于连接取样器和F-P光纤电流传感器;
所述后处理模块用于收集和检测F-P光纤电流传感器传递的光信号。
通过上述技术手段,取样壳、第一封装盒和第二封装盒均采用导电金属材料制成,取样壳可以对采样电阻进行静电屏蔽,从而减少了外界环境对采样电阻的干扰,有助于获得干扰较小的泄漏电流,提高对泄漏电流的检测精度。第二封装盒可以对F-P光纤电流传感器进行静电屏蔽,可以进一步提高对泄漏电流的检测精度。第一封装盒使得F-P光纤电流传感器和取样器的抗电场干扰能力进一步得到增强,从而进一步提高了检测装置的检测精度,还使得检测装置能够在野外环境下进行测量,提高了检测装置的适用性和灵活性。
第一导线可以实现绝缘子和取样器的连接,以便于取样器获取泄漏电流。第二导线可以实现取样器与F-P光纤电流传感器进行连接,泄漏电流的电信号经过第二导线传递给F-P光纤电流传感器,F-P光纤电流传感器将电信号转换为光信号,并将光信号进行输出,以便于后处理模块进行后续的处理。
优选的,所述电极板的材质为铜。铜质的电极板具有良好的可塑性,可以提升对泄漏电流的检测精度。
优选的,所述压电材料片的材质为压电陶瓷。压电陶瓷自身介电和压电系数高、机电耦合系数高以及能量转换率高的优势,可以更精准、更灵敏地对微小泄漏电流进行测量,保证了检测的准确性和高灵敏度。
优选的,所述压电材料片的横截面积小于电极板的横截面积。
优选的,所述后处理模块包括光纤、光纤解调仪、网线和监控计算机,所述光纤解调仪与F-P光纤电流传感器通过光纤连接,所述光纤解调仪与监控计算机通过网线连接。光纤解调仪将光纤传递的光信号解调成电信号,并经过网线上传至监控计算机,从而完成了泄漏电流的信号收集。
优选的,所述光纤解调仪中设置有ASE宽带光源、3db耦合器和光纤传感信号模块,所述ASE宽带光源的输出端和光纤的输出端均与3db耦合器的输入端连接,所述3db耦合器的输出端与光纤传感信号模块的输入端连接,所述光纤传感信号模块的输出端与网线的输入端连接。
ASE宽带光源发射的光信号和由光纤传输过来的光信号一起通过3db耦合器发射至光纤传感信号模块,将光信号转换为电信号,从而实现了光信号的解调。
优选的,所述监控计算机设置有监控模块和预警模块,所述监控模块的输入端与网线的输出端连接,所述监控模块的输出端与预警模块的输入端连接。监控模块可以对泄漏电流的测量值进行监控,并在与设定的阈值进行比较后,在测量值即将超出阈值时由预警模块发出预警信号,便于操作人员提前进行支柱绝缘子的检修和维护。
一种基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测方法,包括如下步骤;
S1,将检测装置放置于支柱绝缘子的近地端,并利用导线进行连接,以获得泄漏电流;
S2,泄漏电流在F-P光纤电流传感器进行电信号到光信号的转换;
S3,利用后处理模块对F-P光纤电流传感器传递的光信号进行收集和检测。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
1、本发明中的检测装置相比于常规检测方式中使用激光多普勒仪和紫外成像仪,第一封装盒和第二封装盒不仅可以对其内部零件进行静电屏蔽,尺寸的灵活性较强,从而减少了外界环境对采样电阻的干扰,有助于获得干扰较小的泄漏电流,提高对泄漏电流的检测精度,并且体积更小、成本更低、结构也更简单,维修也更为方便。
2、本发明中的检测装置采用光学传感技术,具有更快的传播速度和更小的传输损耗,实时监测能力更强。
3、本发明的检测装置中,F-P光纤电流传感器自身无源,不仅可以为操作人员提供保护,还可以提升检测绝缘子的安全性。抗强电场干扰能力强,还能在复杂的野外条件环境下进行测量,外界环境干扰因素少,很适用于现场测量。
4、本发明中的检测装置通过检测绝缘子表面泄漏电流来对绝缘子的劣化状态进行评估,正常情况下绝缘子泄漏电流较小,但利用压电陶瓷自身介电和压电系数高、机电耦合系数高以及能量转换率高的优势,可以更精准、更灵敏地对微小泄漏电流进行测量,保证了检测的准确性和高灵敏度。
附图说明
图1为本发明一种基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置的整体结构示意图。
图2为本发明一种基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置中F-P光纤电流传感器的结构示意图。
图3为本发明一种基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置的与支柱绝缘子的装配示意图。
图中:1、第一导线;2、第二导线;3、取样器;4、F-P光纤电流传感器;5、光纤;6、外壳;7、光纤探头;8、联接件;9、电极板;10、压电材料片;11、支柱绝缘子;12、光纤解调仪;13、监控计算机;14、网线;15、铁架;16、第一封装盒;17、第二封装盒。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明公开了一种基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置,参照图1、2,包括第一封装盒16、取样器3、F-P光纤电流传感器4、导线和后处理模块。
取样器3包括取样壳和采样电阻,采样电阻安装于取样壳体内部,取样壳由导电金属材料制成,取样壳是为了对采样电阻进行静电屏蔽,本实施例中取样器3呈长方体,长度为60mm,宽度为40mm,高度为25mm,壁厚为3mm,由不锈钢材料制成;采样电阻的阻值为2K欧姆。取样壳可以对采样电阻进行静电屏蔽,从而减少了外界环境对采样电阻的干扰,有助于获得干扰较小的泄漏电流,进而提高了检测装置的检测精度。
导线包括两根第一导线1和两根第二导线2,第一导线1的一端与取样器3焊接,另一端伸出第一封装盒,且用于与支柱绝缘子11连接,其中一根第一导线1与支柱绝缘子11的底座连接,另一根与支柱绝缘子11的支撑铁架15连接,本实施例中第一导线1的直径为4mm。第一导线1可以实现绝缘子和取样器3的连接,以便于取样器3获取泄漏电流。
参照图2,F-P光纤电流传感器4包括同轴设置的外壳6、电极板9、压电材料片10、联接件8和光纤探头7,外壳6内部设有通孔,本实施例中外壳6为黑色泡沫套管,内径为17.5mm,外径为35.5mm,厚度为8.5mm,长度为80mm。
参照图3,电极板9通过胶水垂直设置于通孔内壁上,本实施例中电极板9的材质为铜,铜质的电极板9具有良好的可塑性,可以提升对泄漏电流的检测精度,电极板9的形状为圆形,直径为17.5mm,厚度为1.5mm,电极板9与外壳6同轴设置。
压电材料片10通过胶水粘接于电极板9的一侧,压电材料片10的材质为压电陶瓷,压电材料片10的横截面积小于电极板9的横截面积,本实施例中压电材料片10的形状为圆形,直径为13mm,压电材料片10与电极板9同轴设置。第二导线2的一端与取样器3远离第一导线1的一端焊接,另一端与F-P光纤电流传感器4连接,其中一个第二导线2与压电材料片10焊接,另一个与电极板9表面焊接,本实施例中第二导线2的直径为1mm。第二导线2可以实现取样器3与F-P光纤电流传感器4进行连接,泄漏电流的电信号经过第二导线2传递给F-P光纤电流传感器4,F-P光纤电流传感器4将电信号转换为光信号,并将光信号进行输出,以便于进行后续的处理。
光纤探头7位于电极板9与压电材料片10相对的一侧,联接件8的一端与电极板9粘接,另一端与光纤探头7粘接,本实施例中联接件8由塑料制成,呈圆筒状,内径为7mm,外径为8mm,长度为10mm。
当电流信号通过第二导线2传递到电极板9和压电材料片10时,压电材料片10带有逆压电效应,电信号引起压电材料片10的表面产生机械变形,从而使得联接件8内的法珀腔长发生改变,从而使任意两束光的相位差发生改变,实现电信号到光信号的转换,以便于进行后续的信号处理。
参照图2,F-P光纤电流传感器4的外壳6外侧还设有第二封装盒17,第二封装盒17由导电金属材料制成,本实施例中第二封装盒17呈长方体状,长度为100mm,宽度为60mm,高度为55mm,壁厚为4mm,由不锈钢材料制成,第二封装盒17是为了对F-P光纤电流传感器进行封装,可以进一步提高对泄漏电流的检测精度,其尺寸可根据F-P光纤电流传感器的尺寸进行改变。
参照图2,取样器3、F-P光纤电流传感器4设置于第一封装盒中,第一封装盒16由导电金属材料制成,本实施例中第一封装盒16呈长方体状,长度为180mm,宽度为80mm,高度为70mm,壁厚为4mm,由不锈钢材料制成,第一封装盒16的大小是为了将取样器3和F-P光纤电流传感器4放置在一起,便于对取样器3和F-P光纤电流传感器4进行进一步静电屏蔽,尺寸可以根据实际需要进行修改。不锈钢制成的第一封装盒16使得F-P光纤电流传感器4和取样器3的抗静电干扰能力进一步得到增强,还使得检测装置能够在野外环境下进行测量,提高了检测装置的适用性和灵活性。
参照图1,后处理模块包括光纤5、光纤解调仪12、网线14和监控计算机13,光纤解调仪12与F-P光纤电流传感器4通过光纤5连接,光纤解调仪12中设置有ASE宽带光源、3db耦合器和光纤传感信号模块,ASE宽带光源的输出端和光纤5的输出端与3db耦合器的输入端连接,3db耦合器的输出端与光纤传感信号模块的输入端连接,光纤传感信号模块的输出端与网线14的输入端连接。
光纤解调仪12与监控计算机13通过网线14连接,监控计算机13设置有监控模块和预警模块,监控模块的输入端与网线14的输出端连接。光纤解调仪12将光纤5传递的光信号与ASE宽带光源发射的光信号通过3db耦合器一起发送至光纤传感信号模块,将光信号转换为电信号,从而将光信号解调成电信号,解调后的电信号经过网线14上传至监控计算机13,从而完成了泄漏电流的信号收集。
监控计算机13中还设有预警模块,监控模块的输出端与预警模块的输入端连接,可以对泄漏电流的测量值进行监控,在泄漏电流测量值即将超过阈值时系统即提示报警,提前对支柱绝缘子11进行维护检修。
本发明一种基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置的具体实施原理是:当支柱绝缘子11产生泄漏电流时,泄漏电流经第一导线1进入取样器3的采样电阻,进行泄漏电流电信号的采集,再经第二导线2进入F-P光纤电流传感器4,使得压电材料片10产生机械变形,进而,联接件8内的法珀腔长发生改变,从而使任意两束光的相位差发生改变,实现电信号到光信号的转换。
光信号经过光纤5从F-P光纤电流传感器4中输出,并进入光纤解调仪12,光信号和ASE宽带光源通过3db耦合器解调成电信号,解调后的电信号通过网线14输入到监控计算机13,监控计算机13对泄漏电流的测量值进行监控,以便于操作人员提前进行支柱绝缘子11的检修和维护。本发明一种基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置不仅减少了外界环境对检测装置的干扰,提高了检测装置的检测精度,而且结构简单,有助于降低设备成本和维修成本,还提升了对操作人员的保护,使用较为便捷。
本发明还公开了一种基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测方法,包括如下步骤:
S1,将检测装置放置于支柱绝缘子11的近地端,并利用连接导线进行连接,以获得泄漏电流;
S2,泄漏电流在F-P光纤电流传感器4进行电信号到光信号的转换;
S3,利用后处理模块对F-P光纤电流传感器4传递的光信号进行收集和检测;利用光纤解调仪12对光信号进行解调,并输出解调电信号;利用监控计算机13对解调电信号进行实时监控。
本发明一种基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测方法可以对支柱绝缘子11的泄漏电流进行较为精确的测量和监控,可以对支柱绝缘子11的劣化状态进行评估,有助于辅助操作人员进行检测和进行维护。

Claims (8)

1.一种基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置,其特征在于,包括第一封装盒(16)、取样器(3)、F-P光纤电流传感器(4)、导线和后处理模块,所述取样器(3)和F-P光纤电流传感器(4)设置于第一封装盒(16)中,所述第一封装盒(16)由导电金属材料制成;
所述取样器(3)包括取样壳和采样电阻,所述采样电阻设置于取样壳体内部,所述取样壳由导电金属材料制成;
所述F-P光纤电流传感器(4)包括外壳(6)、电极板(9)、压电材料片(10)、联接件(8)、光纤探头(7),所述外壳(6)内部设有通孔,所述电极板(9)连接于通孔内壁上;所述压电材料片(10)连接于电极板(9)的一侧;所述光纤探头(7)位于电极板(9)与压电材料片(10)相对的一侧,所述联接件(8)的一端与电极板(9)连接,另一端与光纤探头(7)连接;
所述外壳(6)外侧还设有第二封装盒(17),所述第二封装盒(17)由导电金属材料制成;
所述导线包括两根第一导线(1)和两根第二导线(2),所述第一导线(1)用于连接取样器(3)和支柱绝缘子(11),所述第二导线(2)用于连接取样器(3)和F-P光纤电流传感器(4);
所述后处理模块用于收集和检测F-P光纤电流传感器(4)传递的光信号。
2.根据权利要求1所述的基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置,其特征在于,所述电极板(9)的材质为铜。
3.根据权利要求1所述的基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置,其特征在于,所述压电材料片(10)的材质为压电陶瓷。
4.根据权利要求1所述的基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置,其特征在于,所述压电材料片(10)的横截面积小于电极板(9)的横截面积。
5.根据权利要求1所述的基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置,其特征在于,所述后处理模块包括光纤(5)、光纤解调仪(12)、网线(14)和监控计算机(13),所述光纤解调仪(12)与F-P光纤电流传感器(4)通过光纤(5)连接,所述光纤解调仪(12)与监控计算机(13)通过网线(14)连接。
6.根据权利要求5所述的基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置,其特征在于,所述光纤解调仪(12)中设置有ASE宽带光源、3db耦合器和光纤传感信号模块,所述ASE宽带光源的输出端和光纤(5)的输出端均与3db耦合器的输入端连接,所述3db耦合器的输出端与光纤传感信号模块的输入端连接,所述光纤传感信号模块的输出端与网线(14)的输入端连接。
7.根据权利要求6所述的基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测装置,其特征在于,所述监控计算机(13)设置有监控模块和预警模块,所述监控模块的输入端与网线(14)的输出端连接,所述监控模块的输出端与预警模块的输入端连接。
8.一种基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子检测方法,采用如权利要求1-7所述的基于法布里-珀罗干涉原理的支柱绝缘子(11)检测方法,其特征在于,包括如下步骤;
S1,将检测装置放置于支柱绝缘子(11)的近地端,并利用导线进行连接,以获得泄漏电流;
S2,泄漏电流在F-P光纤电流传感器(4)进行电信号到光信号的转换;
S3,利用后处理模块对F-P光纤电流传感器(4)传递的光信号进行收集和检测。
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