CN205941462U - 一种基于振动响应分析的gis盆式绝缘子裂纹损伤的无损检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于振动响应分析的GIS盆式绝缘子裂纹损伤的无损检测系统，该系统包括激励信号发生器、信号功率放大器、功放供电电路、8路激励/采集信号通道选择电路、压电振荡器、电荷放大器和A/D转换电路。本系统通过在高频压电振荡器上施加高频大电压激励信号，产生Lamb波，压电传感器采集信号传至电荷放大器，经A/D输出电压信号，经过上位机软件对多周期的波形进行均值滤波，得到单周期的波形，根据此波形与标准波形之间的电压差值来实现GIS绝缘盆子裂纹损伤检测。本系统优点在于：采用主动激励式振动响应检测方法，实现了对细小裂纹的高灵敏度检测，具有很高的市场应用前景。

Description

一种基于振动响应分析的GIS盆式绝缘子裂纹损伤的无损检 测系统

技术领域

本实用新型属于基于振动响应分析的无损检测领域，主要涉及GIS盆式绝缘子裂纹的无损检测。

背景技术

盆式电力绝缘子是封闭式气体绝缘变电站(Gas Insulated Substation，简称GIS)的核心零部件，承担着隔离气室、支撑导体及绝缘的作用，其质量的好坏对于高压电器的稳定运行有着最直接的影响。绝缘子上发生的击穿故障占全部故障的10％。因为大多数故障是由于早期的绝缘子空穴问题造成的，所以固体绝缘的缺陷常发生在固体绝缘表面或内部。因此，监测绝缘子的健康状况对于电力系统的安全运行来说意义重大。而主动检测技术是一种在任意时刻都可以对设备进行在线监测的实用性技术，可以有效节约资源，降低检测成本，同时对环境噪声和干扰具有抑制能力。基于主动Lamb波的监测技术就是一种典型的、目前较为热门的主动监测方法。

目前，对于GIS的检测和试验有许多方法和方案，诸如：出厂前的型式试验、安装后的现场试验、运行后的监测方法、现场电气试验及气体质量和密度分析等。虽然GIS设备投入运行前的检测方法比较成熟，但是在设备运行后缺乏必要有效的监测和试验方法。随着经济的发展，社会对供电可靠性的要求越来越高，现场运行人员也急需方便而实用的在线检测方法，因此，对运行中的GIS的绝缘子状况进行在线检测研究，日益受到国内外的关注。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有盆式绝缘子裂纹损伤检测系统的不足，设计了一种基于振动响应分析的GIS盆式绝缘子裂纹损伤的无损检测系统，用于GIS盆式绝缘子的健康监测。

本实用新型的技术方案包括：设计了一种基于振动响应分析的GIS盆式绝缘子裂纹损伤的无损检测系统，包括：激励信号发生器、信号功率放大器、功放供电电路、8路激励/采集信号通道选择电路、单片机控制电路、高频压电振荡器、电荷放大器、A/D转换电路以及上位机控制系统，其特征在于：激励信号发生器的输出端连接到信号功率放大器的输入端，信号功率放大器的输出端子连接到8路激励/采集信号通道选择电路的激励通道公共端，采集通道的公共输出端连接到电荷放大器的输入端子，电荷放大器的输出端连接到A/D转换电路的输入端，A/D转换电路的输出端与上位机控制系统连接，8条激励/采集通道端子分别连接到16个高频压电振荡器，单片机控制电路的串口与上位机控制系统的串口相连，单片机控制电路的控制端子与功放供电电路和8路激励/采集信号通道选择电路的受控端子相连，功放供电电路的输出端连接到信号功率放大器的供电端。上位机控制系统可以通过上位机软件与单片机控制电路进行串口通信，以控制信号功率放大器的开断，激励-采集通道的选择，同时可以实现波形存储、数据处理、显示功能。

所述的信号功率放大器功率放大芯片选用Apex公司的PA85，电路由输入信号防反接、供电快速恢复、相位纠正电路组成。上位机控制系统通过串口与单片机控制电路进行通信， 实现包括信号功率放大器的开断控制，激励/采集通道的选择，同时可以实现波形存储、数据处理、显示功能。

所述系统中8路激励/采集信号通道选择电路使用了16个SongLe五脚常开/闭型继电器，控制电压为5V，交流电压的额定耐压值为250V。分为两组(每组8个)，分别用于激励、采集通道的切换。

与现有技术相比本实用新型的有益效果为：本系统可以选择任意一路信号通道进行检测，通过单片机控制继电器实现激励/采集信号的通道选择，能够全方位对盆式绝缘子的状况进行检测。通过将在线检测波形与无损伤时的波形标准进行波形对齐并做差运算即可实现检测过程。主动激励式振动响应检测方法，与被动式检测方法相比，能够实现在线监测，而且无需考虑被测系统运行时的噪声影响。同时，本系统也可以控制信号功率放大器的开断，节省功耗。

附图说明

图1是盆式绝缘子裂纹检测系统整体原理框图；

图2是功率放大电路原理图；

图3是功放供电电路原理图；

图4是上位机控制系统原理框图。

具体实施方式

本实用新型的绝缘子裂纹检测系统是一种增加激励开关控制，集成上位机控制平台，基于主动Lamb波声发射技术，能够在GIS运行状态下对盆式绝缘子进行在线检测的系统，其对于细小裂纹的检测非常敏感。由于采用主动激励式检测技术，只需将实时检测结果与绝缘子健康状态下的检测结果进行波形对齐并做差运算即可有效判断其健康状况，消除了环境噪声的干扰，提高了检测的准确度。在软件算法上，为了消除数据的偶然性，采用了均值滤波算法，对多周期采样的数据进行平均化处理，取单周期数据作为波形处理结果。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述，参阅图1至图4。

如图1所示，该盆式绝缘子裂纹损伤的无损检测系统由激励信号发生器、信号功率放大器、功放供电电路、8路激励/采集信号通道选择电路、单片机控制电路、高频压电振荡器、电荷放大器、A/D转换电路，以及上位机控制系统组成。

激励信号发生器发出的激励信号为窄脉冲正弦调制信号，中心频率为200KHz，电压峰峰值为20V。

如图2所示，信号功率放大器功率放大芯片为PA85，电路由输入信号防反接、供电快速恢复、相位纠正电路组成，PA85型功放芯片的压摆率为1000V/us，满足激励信号的要求。输入信号防反接电路由D1、D2二极管组成；供电快速恢复电路由D5、D6二极管组成；相位纠正电路由R2、C2组成。

如图3所示，功放供电电路采用WRH12100D-8型稳压器，输入电压为直流12V，输出电压为直流±100V。

8路激励/采集信号通道选择电路由两组共16个SongLe五脚常开/闭型继电器及其驱动 电路组成，其作用是切换信号的通道，使信号可以与不同位置的高频压电振荡器相连接。

单片机控制电路是基于STC89C52单片机为控制核心的单片机电路，板载一路常开/闭型继电器，通过I/O口与板载继电器以及信号通道选择电路的16路继电器相连接，控制继电器的开闭；串口与上位机串口相连接，实现从机与上位机系统之间的双向通信。

电荷放大电路将高频压电振荡器采集到的信号进行放大，输出电压信号传至A/D转换电路。A/D转换电路采用10位转换器，将放大后的模拟信号转换成数字信号传至上位机。

如图4所示，上位机控制系统通过串口与单片机控制电路进行双向通信，A/D转换电路的输出端通过PCI连接至上位机，实现包括信号功率放大器的开断控制，激励/采集通道的选择，同时可以实现波形存储、数据处理、显示功能。上位机控制系统是基于LabView平台的软件集成控制平台，通过串口向单片机控制电路发送指令，可以控制信号功率放大器的开断以及激励/采集通道的选择。对采集到的波形数据能够实现存储、处理、调出显示以及信号做差分析功能。其中波形处理采用均值滤波算法，对采样得到的多周期信号进行平均化处理，消除数据的偶然性。调出显示功能可以实现存储波形的调出查看。在做差运算界面，通过检测无损伤的盆式绝缘子得到波形数据建立波形标准，再对在线运行中的绝缘子进行检测得到检测波形，调出这两组经过滤波后的单周期波形，采用峰值对齐法对齐两个信号波形，进行做差运算即可计算两个波形的电压差值，当此电压峰峰值超过一定阈值即认为绝缘子表面有裂纹存在。上位机控制系统通过串口与单片机控制电路进行通信，实现包括信号功率放大器的开断控制，激励/采集通道的选择，同时可以实现波形存储、数据处理、显示功能。

本系统使用了一套可以在上位机进行信号实时采集、波形存储、数据处理、显示功能的控制系统。该控制系统是以LabView为平台，对硬件部分的控制集成到软环境上，通过串口连接到单片机控制电路，实现对功率放大电路的开断控制；通过在上位机控制平台上选择激励-采集通道，开始采集信号后，信号经被选通道进入采集系统，经10位ADC采样转换成数字信号，通过PCI传输至上位机，选择存储波形选项可以对当前正在采集的波形进行存储，停止采集则存储结束，存储的波形是完整的原始波形。当使用显示波形功能时，控制系统首先对多个周期的数据进行均值滤波，最终得到一个周期的波形数据。调出采集的波形数据与无损伤时采集的波形数据通过峰值对齐显示在软件上，选择做差运算，可以计算出两个波形的电压幅值差，并将运算结果波形显示在软件上，最终可以通过电压差值幅值是否超过设定的阈值大小，来判断盆式绝缘子是否有裂纹存在。与被动检测方法相比，本系统能够实现在线监测，而且无需考虑被测系统运行时的噪声影响。可以实现信号功率放大器的开断，通过控制继电器能够实现激励/采集信号的通道选择，能够全方位对盆式绝缘子的状况进行检测。

Claims (2)

1.一种基于振动响应分析的GIS盆式绝缘子裂纹损伤的无损检测系统，包括：激励信号发生器、信号功率放大器、功放供电电路、8路激励/采集信号通道选择电路、单片机控制电路、高频压电振荡器、电荷放大器、A/D转换电路以及上位机控制系统，其特征在于：激励信号发生器的输出端连接到信号功率放大器的输入端，信号功率放大器的输出端子连接到8路激励/采集信号通道选择电路的激励通道公共端，采集通道的公共输出端连接到电荷放大器的输入端子，电荷放大器的输出端连接到A/D转换电路的输入端，A/D转换电路的输出端与上位机控制系统连接，8条激励/采集通道端子分别连接到16个高频压电振荡器，单片机控制电路的串口与上位机控制系统的串口相连，单片机控制电路的控制端子与功放供电电路和8路激励/采集信号通道选择电路的受控端子相连，功放供电电路的输出端连接到信号功率放大器的供电端。

2.根据权利要求书1所述的一种基于振动响应分析的GIS盆式绝缘子裂纹损伤的无损检测系统，其特征在于：所述的信号功率放大器的功率放大芯片选用Apex公司的PA85，电路由输入信号防反接、供电快速恢复、相位纠正电路组成。