CN115754643A - 一种劣化复合绝缘子检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种劣化复合绝缘子检测装置及检测方法，所述检测装置包括待测复合绝缘子、电场测量传感器和信号处理模块，所述电场测量传感器用于测量所述待测复合绝缘子的轴向电场；所述信号处理模块用于获取所述电场测量传感器的轴向电场数据并绘制电场分布曲线，并根据所述电场分布曲线的平滑程度评价所述待测复合绝缘子的劣化程度。本发明采用逆压电光纤光栅传感器作为电场测量传感器，该传感器可对传统光学电场传感器无法测量的直流工况进行电场测量，测量精度更高且应用范围广。本申请的检测方法结果直观可靠、灵敏度高且其装置轻便、操作便捷，有利于对复合绝缘子运行状态及劣化程度进行长期连续的检测与评价。

Description

一种劣化复合绝缘子检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于线缆检测装置技术领域，特别涉及一种劣化复合绝缘子检测装置及检测方法。

背景技术

随着运行年限的增加，复合绝缘子的绝缘性能与机械性能在紫外线、温度、湿度、应力、污秽等多种的因素的综合作用下会发生不同程度的下降，进而发展为断串、掉线等事故，严重影响电网的安全稳定运行。因此，掌握复合绝缘子的劣化程度对维护电网安全稳定运行尤为重要。复合绝缘子的故障大致可分为芯棒断裂、界面导致的内绝缘击穿、污秽和伞裙护套老化导致的外绝缘故障三类。现有的复合绝缘子劣化程度评价方法有紫外成像法、红外测温法、超声波法、泄漏电流测量法、憎水性测量法、电场分布法等方法。上述方法中，憎水性测量法可以通过护套伞裙老化程度判断外绝缘老化情况，泄露电流法可以通过在测量泄漏电流判断内绝缘界面老化情况，但这两种方法无法在运行状况下使用，只能用于故障检测；紫外成像法可以检测发生表面放电的故障类型，这种方法无法对界面老化程度进行评价；红外测温法可以对由于放电所产生的异常温升现象进行检测，若温升不显著则检测效果不明显，对仪器的要求较高同时受环境因素制约。电场测量法可以通过测量复合绝缘子表面的轴向电场分布有效检测出复合绝缘子的故障位置和劣化情况，可以有效检测出由内绝缘界面问题所导致的复合绝缘子缺陷，对天气条件的要求较低而且检测方式简单可靠便于巡检人员操作。正常运行工况下的复合绝缘子电场分布呈现U型分布规律的光滑曲线，劣化的复合绝缘子在缺陷处的轴向电场会降低，对应电场分布曲线的区域会发生畸变。

电场测量法常用的电场传感器主要有电容式电场传感器和分离元件式光学电场传感器两种。使用电容式电场传感器测量轴向电场会导致由于含有金属部件会导致电场发生畸变，同时因为传感器本身体积较大只能测量复合绝缘子大伞间的电场分布，导致测量的灵敏度较低。分离元件式光学电场传感器具有无源、频带较宽、测量范围较大、体积小、非接触式测量等优点，具有很高的检测灵敏度。但这种传感器无法测量直流信号且由于传感器含有多个分离式光学元件，容易受到振动、温度、应力等因素的影响，光学保偏点难以控制，影响传感器的稳定性。生产实践中，更需要一种测量精度高、不易受干扰、操作便捷、应用广泛的复合绝缘子检测装置，以利于对复合绝缘子运行状态及劣化程度进行长期连续的检测与评价，减少电网事故的发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种劣化复合绝缘子检测装置及检测方法，从而解决现有电场测量法复合绝缘子检测装置不能同时兼具测量精度高、不易受干扰、应用广泛等优点的技术问题，为及时开展复合绝缘子清扫、更换、复合绝缘子配置调整等防治工作提供保障。

为实现上述目的，本发明提供了一种劣化复合绝缘子检测装置，包括：

待测复合绝缘子：所述待测复合绝缘子为运行工况下的复合绝缘子；

电场测量传感器：用于测量所述待测复合绝缘子的轴向电场；

信号处理模块：用于获取所述电场测量传感器的轴向电场数据并绘制电场分布曲线，并根据所述电场分布曲线的平滑程度评价所述待测复合绝缘子的劣化程度。

优选的，所述电场测量传感器包括：单模光纤、光纤布拉格光栅和逆压电材料层，所述光纤布拉格光栅刻在所述单模光纤上，所述逆压材料层涂覆或粘贴在所单模光纤外层。所述逆压材料层可降低试干扰提高测量的准确性。

优选的，所述信号处理模块包括：光纤波长解调仪、通讯光纤和显示终端，所述光纤波长解调仪通过所述通讯光纤与所述显示终端电连接，

所述光纤波长解调仪用于获取所述电场测量传感器的轴向电场数据并绘制电场分布曲线，所述显示终端显示所述电场分布曲线。

优选的，所述光纤波长解调仪包括：宽带光源、隔离器、耦合器、可调谐F-P滤波器、信号发生器、光电检测器、信号转换器和光纤布拉格光栅。

优选的，还包括绝缘杆，所述绝缘杆平行于所述复合绝缘子的轴向方向设置，所述电场测量传感器通过绝缘绳与所述绝缘杆滑动连接。使用时，所述电场测量传感器沿所述绝缘杆移动，对所述复合绝缘子进行测量。

优选的，还包括导轨，所述导轨平行于所述绝缘杆设置，所述电场测量传感器通过绝缘绳同时与所述导轨及所述绝缘杆滑动连接。具体，所述导轨有两条平行的轨道，两条平行的轨道分为设于所述绝缘杆的两侧，所述电场测量传感器中部通过绝缘绳与所述绝缘杆连接，电场测量传感器两端通过绝缘绳与所述导轨的两条轨道分别连接。导轨的设置使电场测量传感器可以稳定沿绝缘杆(复合绝缘子轴向方向)移动，确保测量不同点位时与绝缘子的距离一致。

本申请的另一种技术方案：一种劣化复合绝缘子检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，平行于待测复合绝缘子的轴向方向移动电场测量传感器，从而测量待测复合绝缘子的轴向电场；

步骤S2，电场测量传感器将测量获得的轴向电场数据传输至信号处理模块，所述信号处理模块汇总轴向电场数据并绘制电场分布曲线，并根据电场分布曲线的平滑程度评价复合绝缘子的劣化程度，所述平滑程度包括光滑和不光滑；若光滑则没有发生劣化，若不光滑则发生劣变。

优选的，所述电场测量传感器包括光纤布拉格光栅，应力作用会导致光纤弹性形变、光纤弹光效应和由光纤内部应力引起的波导效应，引起所述光纤布拉格光栅布拉格波长漂移，轴向应变引起的布拉格漂移可由下式表示

Δλ_β＝λ_β(1-P_e)ε＝K_B,εε

式中，P_e为光纤弹光系数，ε为光纤轴向应变变化量，K_B,ε为布拉格光栅的轴向应变灵敏系数，λ_β为布拉格波长，Δλ_β为布拉格波长变化量。

优选的，所述信号处理模块包括通讯光纤、光纤波长解调仪和显示终端，所述光纤波长解调仪包括：宽带光源、隔离器、耦合器、可调谐F-P滤波器、信号发生器、光电检测器、信号转换器和光纤布拉格光栅，

所述信号处理模块的工作步骤包括：

所述宽带光源发出的光经过所述隔离器、耦合器后分为两路，

一路光纤射入所述光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅会根据纤芯折射率相应反射窄带光，窄带光经过所述耦合器进入所述光电检测器；

另一路宽带光进入所述可调谐F-P滤波器，在所述信号发生器发出的锯齿波控制下进行滤波处理，不同电压幅值的锯齿波能解调出中心波长不同的窄带光再射入所述光电检测器；

所述信号转换器将所述光电检测器的波长变化转换成电场信号输出给显示终端，并通过数据处理程序绘制复合绝缘子随轴向距离变化的电场分布曲线。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本检测装置的电场测量传感器包括逆压电材料和光纤布拉格光栅传感器，可对传统光学电场传感器无法测量的直流工况进行电场测量，测量精度更高且应用范围更广。同时测量装置每次可测试复合绝缘子表面轴向电压的完整分布，测试结果准确。

2、与现有的劣化绝缘子评价方法相比，本申请的检测评价方法结果直观可靠、灵敏度高且其装置轻便、操作便捷，有利于对复合绝缘子运行状态及劣化程度进行长期连续的检测与评价，应用范围广，为及时开展复合绝缘子清扫、更换、复合绝缘子配置调整等防治工作提供保障。

附图说明

图1是根据本发明劣化复合绝缘子检测装置的结构示意图。

图2是根据本发明所述电场测量传感器的结构示意图。

图3是根据本发明光纤波长解调仪的检测原理图。

图4是根据本发明劣化复合绝缘子检测的流程图。

图5是根据本发明电场测量装置的轴向电场分布曲线示意图。

主要附图标记说明：1、待测复合绝缘子；2、电场测量传感器；3、绝缘杆；4、导轨；5、信号处理模块；6、单模光纤；7、光纤布拉格光栅；8、逆压电材料层。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

实施例

如图1所示，一种劣化复合绝缘子检测装置，包括：待测复合绝缘子1、电场测量传感器2、绝缘杆3、导轨4和信号处理模块5。

所述待测复合绝缘子1为运行工况下的复合绝缘子。

所述电场测量传感器2用于测量所述待测复合绝缘子1的轴向电场，所述电场测量传感器2通过通讯光纤与所述信号处理模块5电连接。

所述绝缘杆3平行于所述复合绝缘子的轴向方向设置，所述电场测量传感器2通过绝缘绳与所述绝缘杆3滑动连接。

所述导轨4平行于所述绝缘杆3设置，所述电场测量传感器2通过绝缘绳同时与所述导轨4及所述绝缘杆3滑动连接。

所述信号处理模块5用于获取所述电场测量传感器2的轴向电场数据并绘制电场分布曲线，并根据所述电场分布曲线的平滑程度评价所述待测复合绝缘子1的劣化程度。

结合图1，所述导轨4两端固定在所述绝缘杆3上。所述导轨4有两条平行的轨道，两条平行的轨道分为设于所述绝缘杆3的两侧，所述电场测量传感器2中部通过绝缘绳与所述绝缘杆3连接，电场测量传感器2两端通过绝缘绳与所述导轨4的两条轨道分别连接。导轨4的设置使电场测量传感器2可以稳定沿绝缘杆3(复合绝缘子轴向方向)移动，并保持电场测量传感器2在测量轴向电场过程中离复合绝缘子的径向距离保持不变，从而提高测量精准度。

结合图2，所述电场测量传感器2包括：单模光纤6、光纤布拉格光栅7和逆压电材料层8，所述光纤布拉格光栅7刻在所述单模光纤6上，所述逆压材料层涂覆或粘贴在所单模光纤6外层。所述逆压材料层可降低试干扰提高测量的准确性。

具体的，应力作用会导致单模光纤弹性形变、单模光纤弹光效应和由光纤内部应力引起的波导效应，引起光栅布拉格波长漂移，轴向应变引起的布拉格漂移可由下式表示

Δλ_β＝λ_β(1-P_e)ε＝K_B,εε

式中，P_e为光纤弹光系数，ε为光纤轴向应变变化量，K_B,ε为布拉格光栅的轴向应变灵敏系数，λ_β为布拉格波长，Δλ_β为布拉格波长变化量。

逆压电材料层8在电场的作用下会发生形变，进而对光纤光栅区域产生轴向作用力，光纤光栅受到应力作用导致传输光谱中心的波长发生偏移。通过无源补偿性封装，如使用陶瓷管封装光栅作为参考光栅，参考光栅可消除温度、应力共同作用所产生的交叉敏感现象，降低试干扰提高测量的准确性。

电场测量传感器2将复合绝缘子轴向电场分布转换光栅光纤波长的偏移，通过单模通讯光纤传入信号处理模块5。具体的，所述信号处理模块5包括：光纤波长解调仪、通讯光纤和显示终端，所述光纤波长解调仪通过所述通讯光纤与所述显示终端电连接；所述光纤波长解调仪用于获取所述电场测量传感器2的轴向电场数据并绘制电场分布曲线，所述显示终端显示所述电场分布曲线。

结合图3，所述光纤波长解调仪包括：宽带光源、隔离器、耦合器、可调谐F-P滤波器、信号发生器、光电检测器、信号转换器和光纤布拉格光栅7。

所述光纤波长解调仪的检测法包括：所述宽带光源发出的光经过所述隔离器、耦合器后分为两路，一路光纤射入光纤布拉格光栅7，光栅会根据纤芯折射率相应反射窄带光，窄带光经过所述耦合器进入所述光电检测器；另一路宽带光进入所述可调谐F-P滤波器，在所述信号发生器发出的锯齿波控制下进行滤波处理，不同电压幅值的锯齿波能解调出中心波长不同的窄带光再射入所述光电检测器；所述信号转换器将所述光电检测器的波长变化转换成电场信号，并通过数据处理程序绘制复合绝缘子随轴向距离变化的电场分布曲线图输出给显示终端。

结合图4，劣化复合绝缘子的检测方法包括如下步骤：

步骤S1，检测前准备：通过绝缘绳将电场测量传感器2固定在绝缘杆3及导轨4上，且电场测量传感器2可相对绝缘杆3及导轨4滑动。将绝缘杆3固定在横担与杆塔间，保持绝缘杆3及将电场测量传感器2与复合绝缘子保持相对水平的位置且与绝缘子的距离保持不变。

步骤S2，平行于待测复合绝缘子1的轴向方向移动电场测量传感器2，从而测量待测复合绝缘子1的轴向电场。具体的，从高压端处第一个大伞开始进行电场测量，轴向电场数据通过单模光纤6传入信息处理模块。在进行15s-30s的测量后，滑动导轨4改变电场测量传感器2位置，对复合绝缘子下一个大伞位置进行电场测量，重复该过程直至测量结束，电场测量传感器2将测量获得的轴向电场数据传输至信号处理模块5。

步骤S3，测量结束后卸下电场测量传感器2及绝缘杆3，通过信号处理模块5对所测得轴向电场数据进行汇总并绘制点线图观察电场变化趋势，确认故障位置，对复合绝缘子是否还能继续运行及其劣化程度进行评估。

某次检测的电场分布曲线图如图5所示。由图可见，该复合绝缘子的电场分布曲线光滑，没有发生劣化。

综上所述，本发明采用逆压电光纤光栅传感器作为电场测量传感器2，该传感器可对传统光学电场传感器无法测量的直流工况进行电场测量，测量精度更高且应用范围广。本申请的检测方法结果直观可靠、灵敏度高且其装置轻便、操作便捷，有利于对复合绝缘子运行状态及劣化程度进行长期连续的检测与评价，应用范围广，为及时开展复合绝缘子清扫、更换、复合绝缘子配置调整等防治工作提供保障。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种劣化复合绝缘子检测装置，其特征在于，包括：

待测复合绝缘子：所述待测复合绝缘子为运行工况下的复合绝缘子；

电场测量传感器：用于测量所述待测复合绝缘子的轴向电场；

信号处理模块：用于获取所述电场测量传感器的轴向电场数据并绘制电场分布曲线，并根据所述电场分布曲线的平滑程度评价所述待测复合绝缘子的劣化程度。

2.根据权利要求1所述的劣化复合绝缘子检测装置，其特征在于，所述电场测量传感器包括：单模光纤、光纤布拉格光栅和逆压电材料层，所述光纤布拉格光栅刻在所述单模光纤上，所述逆压材料层涂覆或粘贴在所单模光纤外层。

3.根据权利要求1所述的劣化复合绝缘子检测装置，其特征在于，所述信号处理模块包括：光纤波长解调仪、通讯光纤和显示终端，所述光纤波长解调仪通过所述通讯光纤与所述显示终端电连接；所述光纤波长解调仪用于获取所述电场测量传感器的轴向电场数据并绘制电场分布曲线，所述显示终端显示所述电场分布曲线。

4.根据权利要求3所述的劣化复合绝缘子检测装置，其特征在于，所述光纤波长解调仪包括：宽带光源、隔离器、耦合器、可调谐F-P滤波器、信号发生器、光电检测器、信号转换器和光纤布拉格光栅。

5.根据权利要求1所述的劣化复合绝缘子检测装置，其特征在于，还包括绝缘杆，所述绝缘杆平行于所述复合绝缘子的轴向方向设置，所述电场测量传感器通过绝缘绳与所述绝缘杆滑动连接。

6.根据权利要求5所述的劣化复合绝缘子检测装置，其特征在于，还包括导轨，所述导轨平行于所述绝缘杆设置，所述电场测量传感器通过绝缘绳同时与所述导轨及所述绝缘杆滑动连接。

7.一种劣化复合绝缘子检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，平行于待测复合绝缘子的轴向方向移动电场测量传感器，从而测量待测复合绝缘子的轴向电场；

步骤S2，电场测量传感器将测量获得的轴向电场数据传输至信号处理模块，所述信号处理模块汇总轴向电场数据并绘制电场分布曲线，并根据电场分布曲线的平滑程度评价复合绝缘子的劣化程度，所述平滑程度包括光滑和不光滑；若光滑则没有发生劣化，若不光滑则发生劣变。

8.根据权利要求7所述的劣化复合绝缘子检测方法，其特征在于，所述电场测量传感器包括光纤布拉格光栅，应力作用会导致光纤弹性形变、光纤弹光效应和由光纤内部应力引起的波导效应，引起所述光纤布拉格光栅布拉格波长漂移，轴向应变引起的布拉格漂移可由下式表示

Δλ_β＝λ_β(1-P_e)ε＝K_B,εε

式中，P_e为光纤弹光系数，ε为光纤轴向应变变化量，K_B,ε为布拉格光栅的轴向应变灵敏系数，λ_β为布拉格波长，Δλ_β为布拉格波长变化量。

9.根据权利要求7所述的劣化复合绝缘子检测方法，其特征在于，所述信号处理模块包括通讯光纤、光纤波长解调仪和显示终端，所述光纤波长解调仪包括：宽带光源、隔离器、耦合器、可调谐F-P滤波器、信号发生器、光电检测器、信号转换器和光纤布拉格光栅，

所述信号处理模块的工作步骤包括：

所述宽带光源发出的光经过所述隔离器、耦合器后分为两路，

一路光纤射入所述光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅会根据纤芯折射率相应反射窄带光，窄带光经过所述耦合器进入所述光电检测器；

另一路宽带光进入所述可调谐F-P滤波器，在所述信号发生器发出的锯齿波控制下进行滤波处理，不同电压幅值的锯齿波能解调出中心波长不同的窄带光再射入所述光电检测器；

所述信号转换器将所述光电检测器的波长变化转换成电场信号输出给显示终端，并通过数据处理程序绘制复合绝缘子随轴向距离变化的电场分布曲线。

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