CN206818837U - 局部放电检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种局部放电检测装置，所述检测装置包含感应芯片、至少一个超声波传感器和至少一个聚焦反射面；所述聚焦反射面为抛物面天线，用于通过所述抛物面天线的凹形结构反射超声波；所述超声波传感器设置于所述聚焦反射面的焦点位置，用于接收所述聚焦反射面反射的超声波并生成超声波数据；所述感应芯片与所述超声波传感器相连，用于根据所述超声波数据获得局部放电信息。以此，在超声波信号接收过程中采用抛物面天线技术，将发散的局部放电信号通过反射重新聚焦到超声波传感器上，既有效地增强了信号，又抑制了干扰，从而实现了局部放电信号检测，具有良好的有效性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力安全检测领域，尤指一种电力系统中的局部放电检测装置。
背景技术
随着电力工业迅速发展，电网容量的增大，越来越多的高压电力设备采用在线诊断和检测技术确保安全可靠运行，同时可以降低维修费用。根据对局部放电信号的检测可以预测绝缘寿命，判断多种故障，从而有效地发现设备内部存在的早期绝缘缺陷。特别是，高压电气设备绝缘薄弱部位发生的非贯穿性放电现象称为局部放电(以下简称局放)。局放会加速绝缘劣化并最终导致整个绝缘击穿,用传统的绝缘实验方法很难发现局放故障,并且交流耐压实验还会损伤绝缘,影响设备今后的运行性能。随着电压等级的提高,这个问题更加严重。国内近年来发生的110kV以上的大型变压器事故中,有50％是正常运行中发生匝间或层间短路,造成突发事故,究其原因也是局放所致,因此,进行局放检测对电力设备安全运行具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种安全简易的高灵敏度局部放电检测装置，以准确检测电力系统中局部放电信号。
为达上述目的，本实用新型所提供的局部放电检测装置具体包含：感应芯片、至少一个超声波传感器和至少一个聚焦反射面；所述聚焦反射面为抛物面天线，用于通过所述抛物面天线的凹形结构反射超声波；所述超声波传感器设置于所述聚焦反射面的焦点位置，用于接收所述聚焦反射面反射的超声波并生成超声波数据；所述感应芯片与所述超声波传感器相连，用于根据所述超声波数据获得局部放电信息。
上述局部放电检测装置中，优选的，所述抛物面天线的口径半径为5.5cm至12cm。
上述局部放电检测装置中，优选的，所述抛物面天线的焦距为3cm-10cm。
上述局部放电检测装置中，优选的，所述抛物面天线通过金属材质或金属膜包覆的反射面反射超声波。
上述局部放电检测装置中，优选的，所述抛物面天线的超声波反射面的变性不大于超声波的单个波长。
上述局部放电检测装置中，优选的，所述感应芯片包含强度检测单元，所述强度检测单元用于根据所述超声波数据获得超声波强度，以及根据所述超声波强度获得局部放电的强度信息。
上述局部放电检测装置中，优选的，所述感应芯片包含定位单元，所述定位单元用于根据所述超声波数据获得超声波发射源，以及根据所述超声波发射源获得局部放电的位置信息。
上述局部放电检测装置中，优选的，所述检测装置还包含报警装置，所述报警装置与所述感应芯片相连，当根据所述超声波数据获得的局部放电的强度高于预定阈值时，输出报警信号。
上述局部放电检测装置中，优选的，所述超声波传感器与所述聚焦反射面一对一设置。
本实用新型所提供的局部放电检测装置在超声波信号接收过程中采用抛物面天线技术，将发散的局部放电信号通过反射重新聚焦到超声波传感器上，既有效地增强了信号，又抑制了干扰，从而实现了局部放电信号检测，具有良好的有效性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：
图1为本实用新型所提供的局部放电检测装置的结构示意图；
图2为本实用新型所提供的抛物面天线结构示意图；
图3A至图3B为本实用新型一优选实施例中的超声波传播示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
请参考图1所示，本实用新型所提供的局部放电检测装置具体包含：感应芯片、至少一个超声波传感器和至少一个聚焦反射面；所述聚焦反射面为抛物面天线，用于通过所述抛物面天线的凹形结构反射超声波；所述超声波传感器设置于所述聚焦反射面的焦点位置，用于接收所述聚焦反射面反射的超声波并生成超声波数据；所述感应芯片与所述超声波传感器相连，用于根据所述超声波数据获得局部放电信息；其中，超声波传感器和聚焦反射面一对一设置；以此，通过上述结构以设备放电时所产生的超声波为基础，采取根据超声波判断是否存在局部放电的原理，利用上述结构可简单易行的检测设备中是否存在局部放电的情况。在上述实施例中，所述感应芯片为现有的单片机或微型计算芯片，其作用仅在于利用现有的超声波分析计算方法计算超声波的源头及强度等局部放电信息，该分析计算方法以及感应芯片均可由现有技术实现，为此本实用新型在此并不做限制，本领域相关技术人员可根据实际需要选择设置。
需要说明是，在实际使用时，抛物面天线有两个重要的特性，例如所有平行于焦轴(Z轴)入射的超声波经天线反射以后汇聚到焦点；所有从焦点到天线表面的路径长度是相等的。由于反射波到达传感器的时间滞后于入射波，并且等相位的反射波到达焦点的时间相同，所以不会对局部放电检测产生影响。取抛物面的顶点为坐标原点，并使抛物面的焦轴OF与Z轴重合，在直角坐标系(X，Y，Z)中，旋转抛物面的方程为：
x2+y2＝4F (1)
式中F＝OF是抛物面的焦距。
基于上述原理，请参考图2所示，在本实用新型一优选的实施例中，所述抛物面天线的口径半径为5.5cm至12cm；所述抛物面天线的焦距为3cm-10cm。
再请参考图2所示，在抛物面天线的另一个特性中，抛物面上由抛物面边缘所限定的那部分平面称为抛物面的口径，这个平面的半径为R0叫做口径的半径，而角度2ψ0叫做口径的张角(ψ0)是焦轴与从焦点到抛物面边缘的连线所夹的角度)天线的工作表面面积取决于口径尺寸和张角，大口径和大张角的抛物面有效反射面积更大，更有利于信号的采集。抛物面天线的性能还受限于天线表面的光洁度，表面变形δ应远小于一个波长，以避免口径中的相位误差；为此，在本实用新型一优选的实施例中，所述抛物面天线可利用金属膜来包覆的有机材料质地的反射面，以该金属膜来反射超声波，也可将所述抛物面天线设置为金属材质，例如铁、铝或者合金等钢性材质；且所述抛物面天线的超声波反射面的变性不大于超声波的单个波长。
在本实用新型一优选的实施例中，所述感应芯片包含强度检测单元和定位单元，所述强度检测单元用于根据所述超声波数据获得超声波强度，以及根据所述超声波强度获得局部放电的强度信息；所述定位单元用于根据所述超声波数据获得超声波发射源，以及根据所述超声波发射源获得局部放电的位置信息；在该实施例中，所述强度检测单元和定位单元可集成为具备探测超声波源以及超声波强度的超声波感应装置；也可分别为不同的感应芯片，因其探测超声波强度及超声波源的技术较多，实际使用时针对不同的去噪要求或其他限制，需采用不同的感应芯片或检测装置，对此本实用新型在此并不限制其具体型号。
在本实用新型一优选的实施例中，所述检测装置还包含报警装置，所述报警装置与所述感应芯片相连，当根据所述超声波数据获得的局部放电的强度高于预定阈值时，输出报警信号；其中所述报警信号可为声光信号或其他提示信号，工作人员在检测局部放电时，可根据该报警信号及时获知放电情况以防止漏检等人为失误导致未发现局部放电隐患的情况发生。
为更清楚的说明本实用新型所提供的局部放电检测装置，以下以具体实例对其原理做进一步说明：
首先，基于有限元软件进行了超声波半球形抛物面反射仿真，在原点设置脉冲激励元，频率120kHz,根据计算得出焦点位置为焦轴距原点90mm，仿真模型空间120mm×120mm×120mm，全反射边界条件。当前的局部放电理论是基于电子雪崩或流注理论，这种理论很好的解释了微秒级单脉冲现象，当气泡内发生局部放电时，气泡在脉冲电场力的作用下将产生衰减的振荡运动，在气泡振动的作用下周围的介质中产生超声波；根据牛顿定律和胡克定律，可得到超声波运动波动微分方程，设介质为理想流体，且介质中传播的是小振幅声波，转换到极坐标下求解，可知超声波的等相面是球面，说明局部放电产生的超声波以球面波的形式向外传播。以此，请参考图3A至图3B所示的模拟点局部放电源产生的超声波在空气介质中传播和反射过程示意图；由该图可以看出，模拟点局部放电源辐射的超声波呈球状扩散，到达抛物面钢壁后被反射回来，在焦点附近信号叠加后加强。电气设备中由于内部介质不同，主要有纵波、横波和表面波三种传播波型，不管是哪种波都遵循反射定律,可以应用抛物面天线进行增益。当超声波穿越不同介质界面的时候会发生反射，入射、反射遵循斯涅尔法则。局放超声波在两种介质的分界面可以用反射系数γ来表示：
γ＝(z1-z2)/(z1+z2) (2)
式中，z1，z2为介质1和介质2材料的特性阻抗，其中，z1＝ρ1c1，z2＝ρ2c2。由式可以看出特性阻抗相差越大，反射率越大；因此进行声反射试验的时候必须考虑反射面的材料问题。
经过实验证明，超声波在传播的过程中，抛物面天线材料表面较为粗糙时，粗糙的颗粒作为局放超声波的障碍物，如果障碍物的尺寸小于波长，局放超声波有一部分能量被这些障碍物散射掉，为此为保证超声波数据的完整及准确性，应将抛物面天线的超声波反射面的变性设置为不大于超声波的单个波长。
综上所述，本实用新型所提供的局部放电检测装置在超声波信号接收过程中采用抛物面天线技术，将发散的局部放电信号通过反射重新聚焦到超声波传感器上，既有效地增强了信号，又抑制了干扰，从而实现了局部放电信号检测，具有良好的有效性。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，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 (9)
1.一种局部放电检测装置，其特征在于，所述检测装置包含感应芯片、至少一个超声波传感器和至少一个聚焦反射面；
所述聚焦反射面为抛物面天线，用于通过所述抛物面天线的凹形结构反射超声波；
所述超声波传感器设置于所述聚焦反射面的焦点位置，用于接收所述聚焦反射面反射的超声波并生成超声波数据；
所述感应芯片与所述超声波传感器相连，用于根据所述超声波数据获得局部放电信息。
2.根据权利要求1所述的局部放电检测装置，其特征在于，所述抛物面天线的口径半径为5.5cm至12cm。
3.根据权利要求1所述的局部放电检测装置，其特征在于，所述抛物面天线的焦距为3cm-10cm。
4.根据权利要求1所述的局部放电检测装置，其特征在于，所述抛物面天线通过金属材质或金属膜包覆的反射面反射超声波。
5.根据权利要求1所述的局部放电检测装置，其特征在于，所述抛物面天线的超声波反射面的变性不大于超声波的单个波长。
6.根据权利要求1所述的局部放电检测装置，其特征在于，所述感应芯片包含强度检测单元，所述强度检测单元用于根据所述超声波数据获得超声波强度，以及根据所述超声波强度获得局部放电的强度信息。
7.根据权利要求1所述的局部放电检测装置，其特征在于，所述感应芯片包含定位单元，所述定位单元用于根据所述超声波数据获得超声波发射源，以及根据所述超声波发射源获得局部放电的位置信息。
8.根据权利要求1所述的局部放电检测装置，其特征在于，所述检测装置还包含报警装置，所述报警装置与所述感应芯片相连，当根据所述超声波数据获得的局部放电的强度高于预定阈值时，输出报警信号。
9.根据权利要求1所述的局部放电检测装置，其特征在于，所述超声波传感器与所述聚焦反射面一对一设置。
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|---|---|---|---|---|
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2017
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