CN204964656U - 一种便携式绝缘子智能检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式绝缘子智能检测仪，其硬件部分包括电源模块、数据采集模块、MCU控制模块、液晶显示模块以及语音播放模块这五个部分。其中，电源模块由供电电源模块和高压直流电源模块组成，负责对整个装置系统提供可靠稳定的工作电源以及稳定的高压测试电源；数据采集模块主要对测试信号进行采集、处理并传输至MCU控制模块；MCU控制模块承担着对整个装置系统的各个功能模块进行分工、协调的工作，并能够对测量数据进行计算分析和状态诊断；输出模块有液晶显示和语音播放两个模块构成，可以方便测试人员记录查阅实验数据。本实用新型能够有效提高绝缘子检测的工作效率，降低其测试风险，从而间接地提高电网安全稳定性和供电可靠性。

Description

一种便携式绝缘子智能检测仪

技术领域

本实用新型涉及电力系统计量设计领域，尤其涉及一种便携式绝缘子智能检测仪。

背景技术

输电线路杆塔绝缘子串中如果存在劣化绝缘子，一旦有过电压出现，就会造成绝缘子内部击穿，瓷质完全丧失绝缘能力，从而产生低零值绝缘子。雷击和污闪产生的瞬时短路电流严重时可能会引起低零值绝缘子的过热爆炸，从而产生掉串事故，对输电线路安全运行构成极大威胁。在我国，瓷制绝缘子是使用最广泛的一种绝缘子，其年平均劣化率为6‰，远高于日本等发达国家的十万分之二到三。因此，必须定时地对线路绝缘子进行检测，并及时更换低零值绝缘子。

线路绝缘子的在线检测因其安装位置的特殊性及分布区域的广泛性，一直是绝缘在线监测的一个难点，若干年来，国内外一直在寻找有效的解决方法。根据对绝缘子产生劣化的原因及其发生劣化时的特征分析可知，劣化绝缘子在绝缘电阻值、局部放电现象、电压分布等多个方面与良好绝缘子相比，存在着一些差异；而根据以上特征和差异，便可采用相应的检测仪器，采用不同的检测方法对劣化绝缘子进行测量。目前，主要有以下几种典型的绝缘子检测方法。

1.电压分布法

这种传统的绝缘子检测方法目前在各供电单位采用较多，但具有劳动强度大、安全性差、效率低且受电磁干扰等缺点，场造成误检或漏检。而且对于超高压、特高玉线路中使用的超长绝缘子串的检测，即便某片绝缘阻值下降，其电压分布变化不大，无法判别某片绝缘子存在问题。

2.绝缘电阻测试法

在线路工频电压的作用下，绝缘子串中各个绝缘子的电压分布收到了自身对地电容以及其身对线路电容的影响，导致每片绝缘子所承受的电压并不相同；而根据这一特性利用劣化绝缘子的绝缘电阻值偏低，其分担电压将明显偏低的特点对进行检测。该方法需要带点测量，其主要测量工具有：短路叉、电阻电容分压杆、火花间隙放电叉等。当绝缘子发生劣化时，最显著的一个特点便是其绝缘电阻值明显降低，绝缘良好的干净绝缘子，即使湿度很大，其绝缘电阻仍可达数千兆欧以上；积污一般的良好绝缘子，在湿度不太大时，绝缘电阻也可达数百兆欧；有资料显示用电压分布法，检出运行线路上的劣质悬式绝缘子，并再对其进行绝缘电阻测定和击穿电压试验，证明了劣质绝缘子在表面清洁、干燥的状态下，其绝缘电阻多低于300M欧，当绝缘电阻大于300M欧时，其交流击穿电压一般在56kV以上，其绝缘性能多为良好；而零值或低值绝缘子，其绝缘电阻则往往低于300M欧，有时只有几兆欧到十几兆欧；瓷件头部有裂缝的绝缘子，一旦受潮或污染，其绝缘电阻大大下降，比良好绝缘子低很多，而且不易恢复根据这一特点，可利用兆欧表对绝缘子进行检测，从而判断其绝缘性能。

然而，上述方法存在一定局限，首先没有专门的检测工具进行试验，检测存在不便；另外，对个别或者少量绝缘子进行测量时较为方便，当对大量绝缘子进行检测时，其工作量很大，且需要停电检测；其次，对绝缘子绝缘电阻的测量需要在空气相对湿度较低的良好天气条件下进行。

3.脉冲电流法

由于绝缘子的劣化将会导致其绝缘电阻值的降低，因此在在绝缘子串中劣化绝缘子两端所承受的电压将减少，而绝缘子串中其他绝缘良好的绝缘子所承受的电压将明显增加，此时绝缘子的电晕现象将进一步加剧，而其电晕脉冲电流也随之增大，脉冲电流法正是通过对绝缘子的这种电晕脉冲电流值的检测从而对其劣化情况进行判断。虽然该方法具有检测方便、工作效率高等优点，但是即便对于绝缘正常的绝缘子而言也可能存在一定的电晕脉冲电流，如何对检测电流进行信号分类和识别、劣化绝缘子所处的位置以及具体的劣化判断依据仍然需要进一步研究探索，因此，本方法也还处于理论讨论和研究阶段，暂时还不能得到大范围的应用和推广。

4.超声波测量法

存在劣化的不良绝缘子在工频电压作用下，其存在裂痕或者击穿的部分会发生局部放电现象，产生噪音。因此可以利用超声波探头对放电处产生的超声波进行采集，通过对接收到的超声波进行处理可检测出线路中存在劣质绝缘子。

这种方法的抗电磁干扰能力强，在强大的高压磁场下能够有效区别劣化放电信号，但是需要超声波探头靠近或者接触到线路绝缘子，一旦距离较远，其受到高压磁场的影响，无法对局部放电信号进行区分。目前，日本只将这种方法用于杆塔较低的配电线路中，我国近年来也对此类方法进行过研究，但总体还并不成熟。

5.红外成像法

由于绝缘子劣化时，随着泄露电流（内部穿透性泄露电流及表面泄漏电流）的增加，绝缘子的温度将会增加，而红外成像法是利用红外线检测技术对绝缘子的温度分布进行检测，通过对测量数据进行处理得到其热成像图，并根据绝缘子表面温度分布的变化对绝缘子的性能进行诊断评估。

此方法受环境影响较大，特别是太阳辐射等气象条件等均会对检测结果造成很大影响；另外，当绝缘子的绝缘电阻处于5~10MΩ时，其表面温度变化并不明显，很难通过红外热像对其进行区别，使得测量存在盲区。因此，在实际应用中还受到一些限制。

6.紫外成像法

当绝缘子发生劣化时，绝缘子表面附近的电场也将发生变化，由于其表面电场的变化会导致其电晕放电加剧，其中含有部分紫外脉冲也发生变化。因此可以将劣化的绝缘子看出一个紫外射线辐射源，通过测量紫外线强度的变化来分析其电场变化，从而判断绝缘子的绝缘情况。而根据该原理研制出的紫外成像仪能直接检测出绝缘子异常温升之前的放电过程，成为了国际上对绝缘子放电进行检测的重要方法之一，并在一些国家和地区也得到了应用。但是该方法无法对绝缘子的劣化进行早期预报，另外产品价格昂贵，国内对本技术的理论研究和实际开发均尚未成熟，其推广和应用存在一定困难。

由于国内外各种研究由于受试验室、现场试验和测量条件的一些限制，对于运行绝缘子的检测还不是很成熟，仍然存在误检、漏检的现象。目前来看，非接触式劣化绝缘子检测方法虽然为劣化绝缘子的检测提供了新的测量思路，大大缩短了测试时间并降低了测试工作的危险系数，但是测量影响因素多，有些仍需登打操作，工作量也比较大。另外，目前国内绝大部分县级供电公司对于配电网的检测并不具备带电作业能力，使得很多时候仍然需要停电对线路绝缘子进行检测，因此，对劣化绝缘子的停电检测装置的研究，进一步提高检测的可靠性、准确性，仍然有着重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种便携式的绝缘子智能检测仪，专门用于输电线路绝缘子状态的检测，可以提高绝缘子检测的工作效率，降低其测试风险，并通过检测可以减小劣化绝缘子的数量，降低其故障几率，从而间接地提高电网安全稳定性和供电可靠性，减少不必要的停电损失，可以创造一定的经济效益和社会效益，完全符合智能电网对测试设备的要求。

本实用新型的技术问题通过下述技术方案得到解决：

一种便携式绝缘子智能检测仪，包括液晶显示模块和语音播放模块、依次连接的电源模块、数据采集模块和MCU控制模块，所述的MCU控制模块分别和液晶显示模块、语音播放模块连接。

优选的，所述的电源模块包括高压控制电路、高压直流电源和保护电阻，所述的高压控制电路接高压直流电源两端，所述的高压直流电源正极接保护电阻后接待测电阻正极。

优选的，所述的数据采集模块包括依次连接的采样电路、放大电路和A/D转换电路；所述的采样电路一端接高压直流电源负极，另一端接待测电阻负极。

优选的，所述的语音播放模块包括WT558D语音电路。

优选的，所述的液晶显示模块采用带字库的中文图形液晶模块12864作为OLCD显示模块。

上述技术方案具有如下有益效果：

（1）多功能

采用可控高压直流电源设计方案，为装置提供种不同的测试电压，使得装置应用范围得到扩展；设置了语音功能，使得测试人员在高空作业时能够更方便的得到测试结果；同吋，本装置发了数据存储及查询系统，在需要对数据进行记录但又不方便记录时，可以通过装置自带的存储系统将测试数据逐一存储，然后待测试完毕后再进行数据的查询和记录，也进一步提高了工作效率。

（2）高精度、大量程

采用桥式采样电路减小了高压电源波动对测试结果的影响，另外通过数字滤波技术对测试数据进行处理，进一步提高了装置测量的精确度；采取精密的放大器及转换器以及釆用合适的采样电阻设置，使得装置的测试范围在电压下可达到。

（3）便于携带、续航能力强

通过电路设计时对的尺寸限制以及对装置内部空间的利用，使得装置的体积得到有效的控制，能够最大程度的方便测试人员随身携带进行爬杆操作；采用充电式大容量聚合物锂电池电池作为电源，提高了装置的便携性同时也增长了系统使用时间。

（4）抗干扰能力强、安全性高

通过对硬件电路采取的相应抗干扰措施，使得其刚干扰能力得到大幅提升；而利用在绝缘测量棒上添置一个高压电源的接触式开关，使得装置的高压输出将由测试人员完全控制，避免了高压测试中的不安全因素，提高了测试操作的整体安全性能。

附图说明

图1为本实用新型实施例一种便携式绝缘子智能检测仪的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一种便携式绝缘子智能检测仪的系统结构原理图；

图3为本实用新型应用实施例绝缘子测量原理示意图；

图4为本实用新型应用实施例测量界面示意图；

图中：11—电源模块，12—数据采集模块，13—MCU控制模块，14—液晶显示模块，15—语音播放模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，为本实用新型实施例一种便携式绝缘子智能检测仪的结构示意图，所述的便携式绝缘子智能检测仪，包括液晶显示模块14和语音播放模块15、依次连接的电源模块11、数据采集模块12和MCU控制模块13，所述的MCU控制模块13分别和液晶显示模块14、语音播放模块15连接。

如图2所示，所述的电源模块11包括高压控制电路、高压直流电源和保护电阻，所述的高压控制电路接高压直流电源两端，所述的高压直流电源正极接保护电阻后接待测电阻正极。电源模块11负责对整个装置系统提供可靠稳定的工作电源以及稳定的高压测试电源；

所述的数据采集模块12包括依次连接的采样电路、放大电路和A/D转换电路；所述的采样电路一端接高压直流电源负极，另一端接待测电阻负极。数据采集模块12主要对测试信号进行采集、处理并传输至MCU功能；所述的MCU控制模块13主要有MCU及其相关扩展电路组成，承担着对整个装置系统的各个功能模块进行分工、协调的工作，并能够对测量数据进行计算分析和状态诊断；

所述的语音播放模块15包括WT558D语音电路。

所述的液晶显示模块14采用带字库的中文图形液晶模块12864作为OLCD显示模块。

所述的电源模块11为数据采集模块、MCU控制模块、OLCD液晶显示屏模块和语音播放模块提供﹢5V以及为高压直流电源提供﹢24V的工作电源，为提高测量准确度，减小高压电源输出电压波动对测量精度的影响，所述的采样电路基于双支路电桥法对绝缘子绝缘电阻进行计算，所述的放大电路釆用放大器组成差分放大电路对采样信号进行数据放大，所述的A/D转换电路采用了AD7705转换芯片。

如图3所示，为本实用新型实施例一种便携式绝缘子智能检测仪的系统结构原理图。功能使用步骤如下：测试人员可随身携带进行登杆操作，当对绝缘子进行检测时，测试人员可利用装置所带绝缘测试棒将绝缘子检测装置的接线端L端测量探针、接地端端测量探针E端测量探针分别与被试绝缘子进行连接后使用装置进行测试，此时，高压直流电源与被试绝缘子、保护电阻、采样电路形成测试回路；然后利用采样电路将测试回路信号转换成该电压信号并进行数据处理后传入MCU控制模块，MCU控制模块对其分析、计算，并根据绝缘子劣化状态判据判断绝缘子的绝缘状态或劣化程度，然后将测试结来传送至液晶显示模块显示和语音播放模块进行播放，若发现被试绝缘子处于低值或者零值状态时，将同时播放预警提示音提示测试人员进行更换等工作。

根据上述系统结构，本实用新型实施例一种便携式绝缘子智能检测仪实现了数据采集、控制与数据处理以及输出显示等基本功能。其中，数据采集功能的主要是实现对绝缘子测量回路的电流分量进行检测，并将其转换为电压信号分量，经过滤波、放大以及模数转换之后传输至MCU控制模块；其主要由采样电路、差分放大电路以及A/D转换电路构成。而装置能否对绝缘子的绝缘电阻值进行准确检验决定于数据采集功能对测量信号的实时采集，其精度以及可靠性直接影响到装置系统性能的优劣以及测量的精确性。控制与数据处理功能主要由MCU控制模块发出控制信号，协调装置系统内部各个硬件电路完成测试工作，并对采集的数据进行量化计算以及绝缘子的绝缘状态进行诊断，并将相应的判断进行输出给测试人员，其主要流程为：由MCU控制模块通过测量开关端接收测试信号，然后控制高压电源模块的驱动电压使得高压电源输出电压达到测量要求值，控制数据采集模块对信号进行采集并传输至控制模块，最后进行数据分析处理和状态诊断，将结果通过液晶显示模块和语音播放模块输出。结果输出功能是采用液晶显示以及语音播放的多组输出方式对数据结果进行输出，能更为直观的告知测试人员当前绝缘子是否为低值或者零值绝缘子，利于测试人员对大量绝缘子进行检查，方便测量人员进行数据记录。

测试前，测试人员按下开机按钮，检测仪进行开机自检，在确保仪器状态正常后进行工作，测试人员将测量表笔接触待测绝缘子的两端，选择需要的电压档位，然后按下启动测量按钮，等待数秒钟之后，仪器会将测量结果呈现到液晶显示屏上，并且语音播报待测绝缘子状态是否正常，而且仪器会将测量结果进行存储，方便测量人员在测试结束之后进行查阅，图4为本实用新型应用实施例测量界面示意图。

输电线路杆塔绝缘子串中如果存在劣化绝缘子，一旦有过电压出现，就会造成绝缘子内部击穿，瓷质完全丧失绝缘能力，从而产生低零值绝缘子。雷击和污闪产生的瞬时短路电流严重时可能会引起低零值绝缘子的过热爆炸，从而产生掉串事故，对输电线路安全运行构成极大威胁。在我国，瓷制绝缘子是使用最广泛的一种绝缘子，其年平均劣化率为6‰，远高于日本等发达国家的十万分之二到三。因此，必须定时地对线路绝缘子进行检测，并及时更换低零值绝缘子。在符合《电力线路安全工作规程》的条件下，为了方便输电线路现场工作人员和提高仪器的抗干扰能力，设计了一种新型便携式绝缘子智能检测仪，通过对绝缘子阻值的测量更直观地判断绝缘子的工作状态。设计时考虑了工作环境的特殊性，采用了大量的抗干扰措施，保证了测量数据的准确性，同时在软件上对测量值与真实值进行了拟合，避免了系统内部因素带来的误差。大量的试验数据表明，不带电情况下检测仪误差小于2%，带电条件下误差小于4%，优于现在市场上同种类型的绝缘子检测设备。另外，还具有便于携带，易于操作，操作界面友好，经济实用等特点。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的，技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种便携式绝缘子智能检测仪，其特征在于：包括液晶显示模块（14）和语音播放模块（15）、依次连接的电源模块（11）、数据采集模块（12）和MCU控制模块（13），所述的MCU控制模块（13）分别和液晶显示模块（14）、语音播放模块（15）连接。

2.根据权利要求1所述的一种便携式绝缘子智能检测仪，其特征在于：所述的电源模块（11）包括高压控制电路、高压直流电源和保护电阻，所述的高压控制电路接高压直流电源两端，所述的高压直流电源正极接保护电阻后接待测电阻正极。

3.根据权利要求2所述的一种便携式绝缘子智能检测仪，其特征在于，所述的数据采集模块（12）包括依次连接的采样电路、放大电路和A/D转换电路；所述的采样电路一端接高压直流电源负极，另一端接待测电阻负极。

4.根据权利要求1所述的一种便携式绝缘子智能检测仪，其特征在于：所述的语音播放模块（15）包括WT558D语音电路。

5.根据权利要求1所述的一种便携式绝缘子智能检测仪，其特征在于：所述的液晶显示模块（14）采用带字库的中文图形液晶模块12864作为OLCD显示模块。