CN1782724A - 基于脉冲电流法的合成绝缘子在线检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于脉冲电流法的合成绝缘子在线检测仪，其技术方案是：环形宽频带电流传感器套在高压输电线路杆塔接地线上，获得合成绝缘子局部放电脉冲电流信号，信号送至滤波器，再经放大器和数据采集卡转换为数字信号，送入计算机统计该信号。流过接地线的泄漏电流通过采样电阻提取用工频信号传输线送入信号适配器，产生一个与工频电流同步的方波信号触发数据采集卡，控制采集脉冲电流信号的起始时间，为采集到的数据提供一个准确的相位基准。脉冲电流信号通过计算机分析以后，可用来判断绝缘子运行状况，具有操作简便安全，结构简单，体积小，成本低的特点。

Description

基于脉冲电流法的合成绝缘子在线检测仪

技术领域

本发明涉及一种带电检测高压输电线路上的合成绝缘子的检测装置，用于地面检测合成绝缘子的运行状况，特别涉及基于脉冲电流法的合成绝缘子在线检测仪。

现有技术

目前用于合成绝缘子在线检测的主要有以下几种方法：

1.观察法：最为常用，用双筒望远镜在塔下观察可以发现常见的表面缺陷，包括绝缘伞裙受侵蚀、变粗糙，外覆层侵蚀的沟槽和痕迹，绝缘伞裙闪络，伞裙或外覆层开裂，外覆层破碎，芯棒外露等，但地面观察不够可靠，还要登塔检测而且难以发现内绝缘故障。

2.紫外成像法：用于检测绝缘子表面的局部放电。微小但稳定的表面局部放电会导致绝缘子外覆层严重侵蚀，而这些放电现象可以通过夜视装置观测到。这种方法的不足之处是要求夜间操作且检测时正好发生局部放电。

3.红外测温法：检测局部放电、泄漏电流流过绝缘物质时的介电损耗或电阻损耗等引起绝缘子局部温度升高，可以用于地面检测，但仪器复杂且易受阳光、大风、潮气、环境温度及一些能引起绝缘子表面温度急剧变化的因素(如阵风、飘动的云等客观因素)的影响。

4.声波法：检测绝缘子局部放电发出的声波，灵敏度低于红外成像法。难点在于实测时高压端金具经常发生电晕，产生的背景噪音会淹没绝缘子缺陷所发出的声波。

5.电场测量法：华北电力大学研制成功了基于电场测量法的DL-1型合成绝缘子检测仪。该检测仪包括测量电场用的探头、安装探头的托架、绝缘杆以及数据显示系统等。探头内有电场测量、数据采集、数据存储等电路和与微机通讯的RS232接口、记录伞片位置的发光二极管电路。检测时用绝缘杆将探头沿绝缘子来回滑动一周，将绝缘子轴向电场数值存入探头中的存储器，经RS232接口传入计算机，做出电场分布曲线并据其形状判断内绝缘缺陷。

电压分布检测的特点在于直观、能准确的判断绝缘子性能的变化。光学测量方法消除了以前测量方法的准确度不高、读数困难等缺点，虽然已研制出自爬式绝缘子检测仪，相对减轻了现场操作人员的劳动强度，但每次测量必须登高才能完成，操作人员的劳动强度依然较大、工作安全性较差。

现有技术中红外测温法、紫外线成像法和声波法对环境要求高，测量精度容易受到环境因素干扰，而且设备价格昂贵。观察法和电场测量法如果要实现较精确测量需要工作人员登高操作，操作人员劳动强度大，安全性差。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于脉冲电流法的合成绝缘子在线检测仪，无需登杆塔就可实现地面检测合成绝缘子，测量结果精确，降低了工作人员的劳动强度，操作安全，而且成本低，不易受干扰。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明包括环形宽频带电流传感器和采样电阻，环形宽频带电流传感器套入杆塔接地引线取出脉冲电流信号，经过高通滤波器滤除无效检测频带，通过高频放大器对有效信号进行放大，放大后的信号输入到数据采集卡对脉冲信号进行采样，采样数据通过USB数据传输线进入计算机；通过采样电阻提取流过接地线的泄漏电流，泄漏电流信号输入放大器进行放大，其信号输出到带通滤波器，滤波后的信号输入到移相电路进行相位调整，然后通过方波转换电路形成方波信号，方波信号送到数据采集卡的外部触发端口。

所述环形宽频带电流传感器采用罗哥夫斯基线圈结构，在NiZn铁氧体环形磁芯上绕制铜导线，NiZn铁氧体环形磁芯外部加有铜屏蔽壳，铜导线的出线端接积分电阻然后通过BNC连接器Q9头引出到铜屏蔽壳外，一螺杆穿过环形宽频带电流传感器几何中心，铜屏蔽壳与螺杆之间有绝缘物质隔离。

采样电阻与放大器之间通过工频信号传输线连接，工频信号传输线为同轴电缆，同轴电缆穿过两个叠在一起的环形NiZn铁氧体环形磁芯，并在其NiZn铁氧体环形磁芯上缠绕四圈形成一个滤波电感，电缆一端接口为BNC连接器Q9头，另一端芯线和接地屏蔽线分别接一个鳄鱼夹，并且两个鳄鱼夹由采样电阻相连。

所述数据采集卡为并行方式多通道A/D采集器USB-12406。

使用本发明可以实现对带电高电压输电线路上的合成绝缘子进行地面检测。此合成绝缘子在线检测装置外观体积较小，现场安装简便；采用UPS电源，可稳定的为数据采集卡供电6-7个小时，便于野外测量。测量时，数据通过USB传输线与计算机相连，可以尽可能多的采集脉冲电流数据，并保存到计算机的硬盘中，通过大量的统计分析形成有效判据，因此测量精度高、诊断效果良好。由于该套采集系统是通过测量接地引线的信号来实现对合成绝缘子的检测，避免了操作人员的登高操作，保证了试验人员的安全。本发明结构简单，体积小，所采用的电路均为普通常规电路，成本低。

附图说明

图1为本发明的电路框图；

图2为本发明的电路原理图；

图3为本发明的环形宽频带电流传感器示意图；

图4为本发明工频信号传输线示意图。

具体实施方式

参照图1所示，本发明由环形宽频带电流传感器1、信号适配器2、数据采集卡3、计算机4、工频信号传输线12和USB数据传输线13组成。信号适配器2由高通滤波器5、高频放大器6、放大器7、带通滤波器8、移相电路9、方波转换电路10组成。

宽频带电流传感器1采用罗哥夫斯基线圈结构，磁芯采用环形NiZn铁氧体，测量时将螺杆16串接入杆塔接地线。脉冲电流法检测系统利用环形宽频带电流传感器1套入杆塔接地引线取出局放脉冲电流信号，经过高通滤波器5滤除无效检测频带，通过高频放大器6对有效信号进行放大，经过预处理的信号通过同轴电缆输入到数据采集卡3对脉冲信号进行采样，数据通过USB数据传输线13进入计算机4。流过接地线的泄漏电流通过采样电阻11提取，通过工频信号传输线12输入放大器7进行放大，然后输出到带通滤波器8，滤波后的信号输入到移相电路9进行相位调整，然后通过方波转换电路10形成一个与工频电流同步的方波信号送到数据采集卡3的外部触发端口，控制数据采集卡采集脉冲电流信号的起始时间，为采集到的数据提供一个准确的相位基准，从而能够实现脉冲的相位统计。由于工频信号通过带通滤波器8时会产生相移，为解决这一问题，本发明在带通滤波器后边设计了一个移相电路9来补偿带通滤波器造成的相位偏移。脉冲电流信号数据最后进入计算机，由计算机计算并统计一个工频周期里的电流脉冲发生幅值和相位，通过多次采集，用统计法得到脉冲(幅值超过一定大小)发生次数、幅值在相位上的分布情况，由此形成绝缘子脉冲电流的模式用以在线检测合成绝缘子的状况。

参照图2所示，通过环形电流传感器1获得杆塔接地线上的脉冲电流信号送入到高通滤波器5，高通滤波器5采用的是六阶巴特沃斯滤波器，有三个二阶滤波节串联而成。高通滤波器5的输出接到高频放大器6，高频放大器6由两个同相输入比例放大器串联来实现，最终信号输出到数据采集卡3。流过杆塔接地线的泄漏电流信号通过采样电阻11提取送入放大器7，该放大器7由两个同相输入比例放大器串联来实现；经放大的信号送入带通滤波器8进行滤波得到工频信号，带通滤波器8选用高Q值的双T网络构成的带通滤波器；滤波以后的信号送入移相电路9进行相位校正，移相电路9为一全通滤波电路，可通过调节电位器调节移相大小；然后信号进入方波装换电路10形成方波，方波转换电路10为同相过零比较器，用高速比较器芯片LM361实现；所得方波信号送到数据采集卡3的外部触发端口。

参照图3所示，环形宽频带电流传感器1采用罗哥夫斯基线圈结构，环形磁14材料选用NiZn铁氧体，铜导线8绕在NiZn铁氧体环形磁芯上，绕有线圈的磁芯外部加有铜屏蔽壳15，铜导线8的出线端接积分电阻19，然后通过BNC连接器(Q9头)引出到铜屏蔽壳15外，一螺杆16穿过环形宽频带电流传感器1的几何中心，铜屏蔽壳15与螺杆16之间有绝缘物质17隔离，使用时将螺杆16串接入杆塔接地线。

参照图4所示，工频信号传输线12包括同轴电缆20，在其中部该同轴电缆穿过两个叠在一起的NiZn铁氧体环形磁芯14，并在其环体上缠绕四圈形成一个滤波电感，电缆一端接口为BNC连接器Q9头23，另一端芯线和接地屏蔽线分别接一个鳄鱼夹22，并且两个鳄鱼夹22由采样电阻11相连。

本发明工作原理是：合成绝缘子在承受工频高电压时，金属端头连接处的芯棒如果微小空气间隙、杂质或因压装金具时受到损坏，在芯棒端部存在纵向裂痕；或护套与芯棒粘接不牢，界面出现缝隙。如果端头密封不严，缝隙吸入潮气形成导体或半导体通道。又由于合成绝缘子的结构特点，在两金属端头处电场强度十分集中，平均工频场强一般达到10kV/cm，受潮导电缺陷将高电位引向前方时，在缺陷尖端处场强更高，以至引起尖端处发生局部放电，会产生脉冲电流，该电流流过杆塔接地线，因此可以从接地线上获取该脉冲电流信号。在长期工频电压下合成材料逐步受到腐蚀及形成碳化的电树枝通道使导电性缝隙逐步伸长形成劣化，使局部放电加剧，从而导致流过合成绝缘子的脉冲电流增强，此时从接地线测得的电流脉冲的个数、强度和相位分布等特征与合成绝缘子没有劣化时不同，通过统计这些特征量可以检测合成绝缘子的状况。

脉冲电流法检测系统利用宽频带电流传感器套入杆塔接地引线取出合成绝缘子的脉冲电流信号，经过高通滤波器滤除无效检测频带，对有效信号进行放大。经过预处理的脉冲电流信号通过数据采集卡3及计算机组成的采集系统对脉冲信号进行采集，统计一个工频周期里的脉冲发生的幅值和相位。通过多次采集，用统计法得到脉冲(幅值超过一定大小)发生的次数、幅值以及在相位上的分布情况，进而得到脉冲的N--Q谱图，据此来对合成绝缘子运行状况做出判断。

本发明所测的线路包括：捞黑上线63#、捞黑上线62#、捞中洲32#，榔红双回线24#、沙黎1、2回路58#、榔窑钢线3#，表1给出各杆塔绝缘子参数、投运时间及各线路的测量数据。采集100个工频周期的信号。

                 表1杆塔资料及实验数据

杆塔名称	型号	投运日期	最大放电量(mV)	最小放电量(mV)	平均放电量(mV)	最大放电次数
							捞黑上线63#	FXB3-110/100	2001.04	0.334	0.103	0.334	2
捞黑上线62#	FXB3-110/100	2001.04	0.709	0.084	0.305	4
							榔红双回线24#	FXBW4-220/100	2003.12	0.240	0.046	0.239	4
沙黎双回路58#	FXBW4-220/100	2004.06	0.356	0.060	0.356	21
							捞中洲32#	XSH70/110	1989.03	0.332	0.123	0.272	61
榔窑钢线3#	XSH70/110	1999.06	1.279	0.043	0.243	51

从表1的数据可以看出，各杆塔的合成绝缘子的平均局放脉冲放电量相差不是很大，而且都很比较小，平均脉冲放电量在0.2～0.4mV之间，但个别情况下较大，如捞黑上线62#和榔窑钢线3#最大放电量分别达到0.709mV和1.29mV。但是各杆塔的脉冲放电次数相差很大，捞黑上线63#、捞黑上线62#、榔红双回线24#等几个杆塔的合成绝缘子的平均放电流脉冲个数都比较少，只有1-2次，最大也不过四次。沙黎1、2回路58#塔上合成绝缘子的最大放电次数达到21次，但平均放电次数却很小不到5。就目前的数据积累情况可以断定，这几个杆塔上的绝缘子为正常绝缘子。

而对于捞中洲32#、榔窑钢线3#两个杆塔上的绝缘子，平均电流脉冲个数相对较多，最大都达到100次即在某个相位窗内每个周期都有脉冲产生，而且最大放电量相对较大。对捞中洲32#、榔窑钢线3#两个杆塔上的绝缘子测量结果不同的是捞中洲32#上绝缘子幅值较大脉冲出现的次数较多，而榔窑钢线3#上绝缘子的脉冲电流幅值大的脉冲出现次数较多，放电量主要集中在0.1mV以下。从捞中洲32#杆塔上的绝缘子测量结果发现，脉冲发生的位置都集中在0°-45°、180°-220°和360°附近；从榔窑钢线3#杆塔上的绝缘子测量结果可以看出幅值较大的脉冲出现在180°-240°处。通过分析可判定这两个杆塔上的绝缘子因运行时间较长，存在故障隐患。

Claims (4)

1.一种基于脉冲电流法的合成绝缘子在线检测仪，包括环形宽频带电流传感器(1)和采样电阻(11)，其特征在于：环形宽频带电流传感器(1)套入杆塔接地引线取出脉冲电流信号，经过高通滤波器(5)滤除无效检测频带，通过高频放大器(6)对有效信号进行放大，放大后的信号输入到数据采集卡(3)对脉冲信号进行采样，采样数据通过USB数据传输线(13)进入计算机(4)；通过采样电阻(11)提取流过接地线的泄漏电流，泄漏电流信号输入放大器(7)进行放大，其信号输出到带通滤波器(8)，滤波后的信号输入到移相电路(9)进行相位调整，然后通过方波转换电路(10)形成方波信号，方波信号送到数据采集卡(3)的外部触发端口。

2.根据权利要求书1所述的基于脉冲电流法的合成绝缘子在线检测仪，其特征在于：所述环形宽频带电流传感器(1)采用罗哥夫斯基线圈结构，在NiZn铁氧体环形磁芯(14)上绕制铜导线(18)，NiZn铁氧体环形磁芯(14)外部加有铜屏蔽壳(15)，铜导线(18)的出线端接积分电阻(19)然后通过BNC连接器Q9头(22)引出到铜屏蔽壳(15)外，一螺杆(16)穿过环形宽频带电流传感器(1)几何中心，铜屏蔽壳(15)与螺杆(16)之间有绝缘物质(17)隔离。

3.根据权利要求书1所述的基于脉冲电流法的合成绝缘子在线检测仪，其特征在于，采样电阻(11)与放大器(7)之间通过工频信号传输线(12)连接，工频信号传输线(12)为同轴电缆(20)，同轴电缆(20)穿过两个叠在一起的环形NiZn铁氧体环形磁芯(14)，并在其NiZn铁氧体环形磁芯(14)上缠绕四圈形成一个滤波电感，电缆一端接口为BNC连接器Q9头(23)，另一端芯线和接地屏蔽线分别接一个鳄鱼夹(22)，并且两个鳄鱼夹由采样电阻(11)相连。

4.根据权利要求书1所述的基于脉冲电流法的合成绝缘子在线检测仪，其特征在于，所述数据采集卡(3)为并行方式多通道A/D采集器USB-12406。

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