CN114966329A - 局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器 - Google Patents

局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器。所述局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器包括：柔性薄膜式压电材料，敷设在柔性薄膜式压电材料两侧的第一金属电极结构和第二金属电极结构，与第一金属电极结构连接的第一导线，与第二金属电极结构连接的第二导线。本发明通过选择柔性薄膜式压电材料作为介质底板，与敷设其上的金属电极结构构成压电式超声传感器和特高频传感器，金属电极结构的输出端能同时输出超声波信号与特高频信号，当检测电力设备局部放电绝缘缺陷时，可内置于电力装备金属外壳内壁，根据输出的超声波信号与特高频信号到达时间的不同或者二者对应频率的不同进行区别分析，做到准确定位局放位置。

Description

局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器
技术领域
本发明实施例涉及局部放电检测技术领域，尤其涉及一种局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器。
背景技术
当前电网运行时长不断增加，对供电系统安全性以及可靠性方面的要求也越来越高。然而，制造、运输高压电力设备时不可避免的产生绝缘缺陷，这些缺陷在运行过程中会导致绝缘劣化甚至绝缘失效。在绝缘劣化的前期阶段会产生局部放电现象。局部放电是指当局部区域的绝缘设备电场强度达到该区域的击穿场强时，该区域就会出现放电，但这一放电现象并没有造成击穿。局部放电对绝缘设备的破坏是一个缓慢的发展过程，是一种典型的绝缘隐患。因此局部放电检测被用作检测绝缘缺陷的方法，在局部放电前期对存在缺陷的高压电气设备及时做出停电和检修安排，可以避免主绝缘击穿进而导致电力系统的恶性停电事故。针对局放过程中的上述现象，相关检测方法一方面由于超声信号在电力设备常用绝缘材料中的衰减较大，导致检测范围有限；同时高压电气设备外壳较厚、内部结构复杂，均增加了器现场检测的难度。另一方面，由于不能准确定位局部放电源的位置，尤其是当放电源处于设备的盆式绝缘子周围时，往往不能准确判断放电源所处的气室，导致设备的检修以及养护等相关工作的复杂性和成本增加。因此，开发一种局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，可以有效克服上述相关技术中的缺陷，就成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器。
第一方面，本发明的实施例提供了一种局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，包括：柔性薄膜式压电材料，敷设在柔性薄膜式压电材料两侧的第一金属电极结构和第二金属电极结构，与第一金属电极结构连接的第一导线，与第二金属电极结构连接的第二导线。
在上述装置实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述第一金属电极结构和第二金属电极结构均用于输出超声波信号与特高频信号。
在上述装置实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述第一金属电极结构和第二金属电极结构铺设在柔性薄膜式压电材料的一侧。
在上述装置实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述柔性薄膜式压电材料为聚偏氟乙烯压电薄膜。
在上述装置实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述第一金属电极结构为第一铜制插指电极，所述第二金属电极结构为第二铜制插指电极，在所述聚偏氟乙烯压电薄膜一侧印刷第一铜制插指电极和第二铜制插指电极。
在上述装置实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述聚偏氟乙烯压电薄膜介电常数为6，损耗正切角为0.04，可弯曲。
在上述装置实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述第一金属电极结构能同时接收超声波信号与特高频信号。
在上述装置实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述第二金属电极结构能同时接收超声波信号与特高频信号。
在上述装置实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述第一金属电极结构的输出端能同时输出超声波信号与特高频信号。
在上述装置实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述第二金属电极结构的输出端能同时输出超声波信号与特高频信号。
本发明实施例提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，通过选择柔性薄膜式压电材料作为介质底板，与敷设其上的金属电极结构构成压电式超声传感器和特高频传感器，金属电极结构的输出端能同时输出超声波信号与特高频信号，当检测电力设备局部放电绝缘缺陷时，可内置于电力装备金属外壳内壁，根据输出的超声波信号与特高频信号到达时间的不同或者二者对应频率的不同进行区别分析，做到准确定位局放位置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
图1为本发明实施例提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器结构示意图；
图3为本发明实施例提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器具体实例示意图；
图4为本发明实施例提供的天线驻波比效果示意图；
图5为本发明实施例提供的聚偏氟乙烯压电薄膜在不同频率作用下产生的位移效果示意图；
图6为本发明实施例提供的聚偏氟乙烯压电薄膜在20KHz-80KHz频段的局部放大位移效果示意图；
图7为本发明实施例提供的聚偏氟乙烯压电薄膜在100KHz-170KHz频段的局部放大位移效果示意图；
图8为本发明实施例提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器与电力设备弧形结构内表面共形简化示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明实施例提供了一种局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，参见图1，该装置包括：柔性薄膜式压电材料101，敷设在柔性薄膜式压电材料101两侧的第一金属电极结构102和第二金属电极结构103，与第一金属电极结构102连接的第一导线104，与第二金属电极结构103连接的第二导线105。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述第一金属电极结构和第二金属电极结构均用于输出超声波信号与特高频信号。需要说明的是，特高频信号是指频率在300MHz-3GHz的信号。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述第一金属电极结构和第二金属电极结构铺设在柔性薄膜式压电材料的一侧。具体可以参见图2，第一金属电极结构102和第二金属电极结构103铺设在柔性薄膜式压电材料101的一侧，与第一金属电极结构102连接的第一导线104，与第二金属电极结构103连接的第二导线105。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述柔性薄膜式压电材料为聚偏氟乙烯压电薄膜。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述第一金属电极结构为第一铜制插指电极，所述第二金属电极结构为第二铜制插指电极，在所述聚偏氟乙烯压电薄膜一侧印刷第一铜制插指电极和第二铜制插指电极。
具体可以参见图3，第一金属电极结构为第一铜制插指电极302，第二金属电极结构为第二铜制插指电极303，在聚偏氟乙烯压电薄膜301一侧印刷第一铜制插指电极302和第二铜制插指电极303，第一铜制插指电极302的电极输出端304连接导线，第二铜制插指电极303的电极输出端305连接导线。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述聚偏氟乙烯压电薄膜介电常数为6，损耗正切角为0.04，可弯曲。
具体地，聚偏氟乙烯压电薄膜介电常数为6、损耗正切角(tanδ)为0.04，可弯曲，耐高温。如图4所示，通过矢量网络分析仪测出了其天线驻波比(VSWR)，其中取1.5GHz-3.0GHz频段驻波比小于5，性能较好。如图5所示，聚偏氟乙烯压电薄膜在不同频率作用下产生的位移。局部放电产生超声波频段一般为20KHz-200KHz，均有一定位移。如图6所示，为图5在20KHz-80KHz频段的局部放大位移。如图7所示，为图5在100KHz-170KHz频段的局部放大位移。
图8为局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器与电力设备GIS弧形结构内表面共形简化的示例，图8中灰色部分为电力设备GIS的弧形外壳。如图2所示柔性薄膜式压电材料101共形后可发生弧形弯曲形变，能更好的贴合在设备表面，便于安装。
上述所设计的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，可同时输出超声波信号与电磁波信号，且在局部放电超声波频段与特高频频段内，该传感装置仍然满足检测要求，性能良好。基于此局部放电绝缘缺陷超声、特高频一体化传感装置可解决现有的超声波传感器与特高频传感器分开检测，不能同时输出两个信号，不能弯曲地安装在电力装备金属外壳不平整内壁，不能精准定位的问题。提高了实际现场应用过程中操作简便性，线路简单化的问题，使电力装备局部放电绝缘检测检测更加精准与有效。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述第一金属电极结构能同时接收超声波信号与特高频信号。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述第二金属电极结构能同时接收超声波信号与特高频信号。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述第一金属电极结构的输出端能同时输出超声波信号与特高频信号。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，所述第二金属电极结构的输出端能同时输出超声波信号与特高频信号。
具体地，在发生局部放电现象时，局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器的第一金属电极结构和第二金属电极结构的输出端同时输出局放产生的超声波信号与特高频信号，记录下多组数据。不同类型的局部放电所产生的超声波信号与电磁波信号的脉冲幅值、数量、相位分布、频谱均不同，具有不同的谱图特征，也可根据超声波信号和电磁波信号到达时间不同或二者对应频率不同，区分超声波信号和电磁波信号。
本发明提供的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，通过选择柔性薄膜式压电材料作为介质底板，与敷设其上的金属电极结构构成压电式超声传感器和特高频传感器，金属电极结构的输出端能同时输出超声波信号与特高频信号，当检测电力设备局部放电绝缘缺陷时，可内置于电力装备金属外壳内壁，根据输出的超声波信号与特高频信号到达时间的不同或者二者对应频率的不同进行区别分析，做到准确定位局放位置。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
在本专利中，术语"包括"、"包含"或者其任何其它变体意在涵盖非排它性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，其特征在于，包括：柔性薄膜式压电材料，敷设在柔性薄膜式压电材料两侧的第一金属电极结构和第二金属电极结构，与第一金属电极结构连接的第一导线，与第二金属电极结构连接的第二导线。
2.根据权利要求1所述的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，其特征在于，所述第一金属电极结构和第二金属电极结构均用于输出超声波信号与特高频信号。
3.根据权利要求1所述的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，其特征在于，所述第一金属电极结构和第二金属电极结构铺设在柔性薄膜式压电材料的一侧。
4.根据权利要求3所述的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，其特征在于，所述柔性薄膜式压电材料为聚偏氟乙烯压电薄膜。
5.根据权利要求4所述的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，其特征在于，所述第一金属电极结构为第一铜制插指电极，所述第二金属电极结构为第二铜制插指电极，在所述聚偏氟乙烯压电薄膜一侧印刷第一铜制插指电极和第二铜制插指电极。
6.根据权利要求5所述的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，其特征在于，所述聚偏氟乙烯压电薄膜介电常数为6，损耗正切角为0.04，可弯曲。
7.根据权利要求6所述的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，其特征在于，所述第一金属电极结构能同时接收超声波信号与特高频信号。
8.根据权利要求7所述的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，其特征在于，所述第二金属电极结构能同时接收超声波信号与特高频信号。
9.根据权利要求6所述的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，其特征在于，所述第一金属电极结构的输出端能同时输出超声波信号与特高频信号。
10.根据权利要求9所述的局部放电绝缘缺陷一体化检测传感器，其特征在于，所述第二金属电极结构的输出端能同时输出超声波信号与特高频信号。
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