CN208125871U - 紫外探测高压设备电晕放电可视装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种紫外探测高压设备电晕放电可视装置及系统，涉及电力行业领域，高压电源电路将外接电源的直流输入电压转换为高直流电压，为紫外光敏管提供驱动电压，以使设置于待检测高压设备的指定位置的紫外光敏管采集待检测高压设备电晕放电产生的传感信号；信号调理电路对传感信号进行滤波、电流电压转换、放大及信号采集处理，得到可以被主控电路精确识别的电压信号，主控电路根据信号调理电路处理后的电压信号，判断电压信号超过预设阈值时，触发摄像装置进行图像数据采集，并控制显示装置对图像数据进行显示，实现高压设备电晕放电的准确紫外探测及电晕放电图像数据的可视化，并且通过紫外光敏管的设置可以大大降低探测成本。

Description

紫外探测高压设备电晕放电可视装置及系统

技术领域

本实用新型涉及电力行业领域，尤其是涉及一种紫外探测高压设备电晕放电可视装置及系统。

背景技术

随着高压设备驱动电压等级的不断提升以及长期工作在恶劣的环境下，高压设备绝缘破损频繁发生，绝缘事故在整个电力系统事故中占比较大。在发生绝缘事故中，高压设备的某些绝缘部分会在强电场的作用下产生电晕放电，电晕放电会造成绝缘破损更加严重、产生高次谐波干扰通讯、在空气中发生化学反应等危害。因此，检测是否产生电晕放电能有效反映高压设备绝缘状态，提高电力系统安全运行而言具有重要意义。

根据高压设备电晕放电时伴随着声、热、光等物理现象，目前已经研究出了超声波检测法、红外成像检测法、紫外成像法等能判断电晕放电的位置或放电强度，其中使用最为普遍、性能最先进的是紫外成像仪，“太阳盲”紫外线成像探测器相机在电力设施中检测电晕放电方面已经有效地执行。然而紫外成像仪价格比较昂贵，在实际电晕放电检测中使用成本比较高，不适合在大范围内普及应用。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种紫外探测高压设备电晕放电可视装置及系统，能够实现高压设备电晕放电的准确紫外探测及电晕放电图像数据的可视化，并且通过紫外光敏管的设置可以大大降低探测成本，可以广泛应用于各种高压设备的电晕放电的检测及其他电力设备的安全检测中。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种紫外探测高压设备电晕放电可视装置，包括：依次连接的高压电源电路、紫外光敏管、信号调理电路、主控电路及显示装置；主控电路还与摄像装置连接；紫外光敏管设置于待检测高压设备的指定位置；

高压电源电路与外接电源连接，将外接电源的直流输入电压转换为高直流电压，为紫外光敏管提供驱动电压，以使紫外光敏管采集待检测高压设备电晕放电产生的传感信号；

信号调理电路对传感信号进行滤波、电流电压转换、放大及信号采集处理；

主控电路根据信号调理电路处理后的电压信号，判断电压信号超过预设阈值时，触发摄像装置进行图像数据采集，并控制显示装置对图像数据进行显示。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，高压电源电路包括：恒压电路、高压DC-DC转换电路；

恒压电路与外接电源连接，恒压电路将外接电源的直流输入电压转换为第一低直流电压输入至高压DC-DC转换电路；

高压DC-DC转换电路将第一低直流电压转换为高直流电压，为紫外光敏管提供驱动电压。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，信号调理电路包括：依次连接的滤波电路、电流电压转换电路、放大电路及A/D采集电路；

滤波电路对紫外光敏管所采集的传感信号进行滤波处理；

电流电压转换电路将滤波处理后的电流信号转换为电压信号；

放大电路对电压信号进行放大处理；

A/D采集电路对放大处理后的电压信号进行采集，并传输至主控电路。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括：集电极信号输出电路；

集电极信号输出电路分别与信号调理电路及主控电路连接；

信号调理电路通过集电极信号输出电路向主控电路输出电压信号，以使主控电路根据电压信号，判断待检测高压设备是否存在电晕放电。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括：SD卡、GPS/北斗模块；

SD卡与GPS/北斗模块分别与主控电路连接；

SD卡用于存储图像数据；

GPS模块用于按照设定频率采集紫外光敏管的位置信息。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，还包括：线性降压电路；

线性降压电路与恒压电路的输出端连接；

线性降压电路将恒压电路输出的第一低直流电压转换为第二低直流电压，为SD卡和GPS/北斗模块供电。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，温湿度采集模块；

温湿度采集模块与主控电路连接；

温湿度采集模块用于按照设定频率采集待检测高压设备所处环境的温度信息和湿度信息。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，还包括：报警电路；

报警电路与主控电路连接；

主控电路在判断判断电压信号超过预设阈值时，控制报警电路发出警报。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，报警电路包括：蜂鸣报警电路、灯光报警电路、语音播报电路中至少一种。

第二方面，本发明实施例还提供一种紫外探测高压设备电晕放电可视系统，包括：高压设备以及如第一方面所述的紫外探测高压设备电晕放电可视装置。

本实用新型实施例提供的技术方案带来了以下有益效果：

本实用新型实施例所提供的紫外探测高压设备电晕放电可视装置中，高压电源电路将外接电源的直流输入电压转换为高直流电压，为紫外光敏管提供驱动电压，以使设置于待检测高压设备的指定位置的紫外光敏管采集待检测高压设备电晕放电产生的传感信号；信号调理电路对传感信号进行滤波、电流电压转换、放大及信号采集处理，得到可以被主控电路精确识别的电压信号，主控电路根据信号调理电路处理后的电压信号，判断电压信号超过预设阈值时，触发摄像装置进行图像数据采集，并控制显示装置对图像数据进行显示，实现高压设备电晕放电的准确紫外探测及电晕放电图像数据的可视化，并且通过紫外光敏管的设置可以大大降低探测成本。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种紫外探测高压设备电晕放电可视装置的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种紫外探测高压设备电晕放电可视装置中信号调理电路的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种紫外探测高压设备电晕放电可视装置工作原理示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种紫外探测高压设备电晕放电可视装置中恒压电路的电路图；

图5为本实用新型实施例提供的一种紫外探测高压设备电晕放电可视装置中GPS/北斗模块的电路图；

图6为本实用新型实施例提供的另一种紫外探测高压设备电晕放电可视装置的示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种紫外探测高压设备电晕放电可视系统的示意图。

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，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

考虑到现有的高压设备电晕放电检测中，较好的方式为通过紫外成像仪进行探测，而紫外成像仪在实际电晕放电检测中使用成本比较高，不适合在大范围内普及应用。基于此，本实用新型实施例提供了一种紫外探测高压设备电晕放电可视装置及系统，能够实现高压设备电晕放电的准确紫外探测及电晕放电图像数据的可视化，并且通过紫外光敏管的设置可以大大降低探测成本，可以广泛应用于各种高压设备的电晕放电的检测及其他电力设备的安全检测中。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种紫外探测高压设备电晕放电可视装置进行详细介绍。

本实用新型实施例提供一种紫外探测高压设备电晕放电可视装置，参见图1所示，该装置包括：依次连接的高压电源电路11、紫外光敏管12、信号调理电路13、主控电路14及显示装置15；主控电路14还与摄像装置连接；紫外光敏管12设置于待检测高压设备的指定位置。

其中，高压电源电路11与外接电源连接，将外接电源的直流输入电压转换为高直流电压，为紫外光敏管12提供驱动电压，以使紫外光敏管12采集待检测高压设备电晕放电产生的传感信号；信号调理电路13对传感信号进行滤波、电流电压转换、放大及信号采集处理；主控电路14根据信号调理电路13处理后的电压信号，判断电压信号超过预设阈值时，触发摄像装置进行图像数据采集，并控制显示装置15对图像数据进行显示。

高压设备在电晕放电过程中，会辐射出光波、声波、臭氧及紫外线等，并产生温度变化。本实用新型实施例中，通过在待检测高压设备的指定范围内设置紫外光敏管12，来实现高压设备电晕放电所产生的传感信号，这里的紫外光敏管12可以设置一个或者多个，采用选择型号为R2868的紫外光敏管12，R2868能够检测到非常弱的紫外线，对可见光和红外光不敏感(太阳盲特性)，可靠性高，使用寿命长(10000小时的持续放电操作)，高速响应(几毫秒)，低电流下操作，通过R2868紫外光敏管12的设置，可以提高电晕放电的检测速度及检测精度，而且降低检测成本。

上述R2868紫外光敏管12的正常工作需要高压电源电路11为其提供较高的工作电压，具体的，本实施例中采用C10807来实现。上述高压电源电路11包括：恒压电路、高压DC-DC转换电路。恒压电路与外接电源连接，恒压电路将外接电源的直流输入电压转换为第一低直流电压输入至高压DC-DC转换电路；高压DC-DC转换电路将第一低直流电压转换为高直流电压，为紫外光敏管12提供驱动电压。

具体的，恒压电路将外接电源的直流输入电压12V转换为第一低直流电压5V，再通过高压DC-DC转换电路将5V转换为高直流电压350V，作为紫外光敏管12的驱动电压。C10807模块除了为紫外光敏管12提供驱动电压以外，还可以利用上述第一直流低电压5V为信号调理电路13供电，通过使用双面电路板可以减少传统驱动电路(如C3704系列)一半的面积。此外，该高压电源电路11还包括：线性降压电路，线性降压电路与恒压电路的输出端连接，线性降压电路将恒压电路输出的第一低直流电压转换为第二低直流电压3.3V，为其他设备(如SD卡和GPS/北斗模块)供电。

参见图2所示，信号调理电路包括：依次连接的滤波电路131、电流电压转换电路132、放大电路133及A/D采集电路134；滤波电路131对紫外光敏管12所采集的传感信号进行滤波处理；电流电压转换电路132将滤波处理后的电流信号转换为电压信号；放大电路133对电压信号进行放大处理；A/D采集电路134对放大处理后的电压信号进行采集，并传输至主控电路14。

紫外光敏管12在检测到紫外线时会产生4-20mA的微弱电流，为了提高信号采集的准确性，通过滤波电路对上述微弱电流进行滤波处理，然后再通过电流电压转换电路和放大电路将电流转换成单片机能检测到的0-5V电压，A/D采集电路将采集到的电压信号传输至主控电路14，这里的主控电路14可以是单片机(如型号为STM32F429的单片机)，也可以是电脑。

上述紫外探测高压设备电晕放电可视装置还包括：集电极信号输出电路；集电极信号输出电路分别与信号调理电路13及主控电路14连接；信号调理电路13通过集电极信号输出电路向主控电路14输出电压信号，以使主控电路14根据电压信号，判断待检测高压设备是否存在电晕放电。

高压电源电路11以及信号调理电路13安装在一块电路板上，当提供给C10807一个低直流电压时，C10807与相连的紫外光敏管12就可以作为一个能检测到紫外线的高灵敏度的紫外传感器，信号调理电路13能消除出现在紫外传感器中由自然激发光(宇宙射线、太阳紫外线等)产生的背景放电，能最大限度的减少检测中的错误。

如图3所示，首先给C10807提供一个直流低电压，经过恒压电路将外接电源的12V电压处理后得到稳定的+5V直流电压，再经过高压DC-DC转换电路将低电压+5V转换成高电压+350V，进而给R2868紫外光敏管12提供驱动电压，通过检测集电极信号输出电路所输出的信号就可以判断是否存在电晕放电进而可得出高压设备的绝缘状态，紫外光敏管12是将光信号转换为电信号，由输出信号波形可知经信号调理电路13后的电信号输出形式为高低电平，当是高电平时集电极信号输出电路的集电极开路输出会是正电压，反之低电平三极管就不能导通，由波形也可得知导通时间为10ms，因此在检测到集电极开路输出信号时，能检测到信号的时间应在10ms的范围内。如图4所示，恒压电路LM1117MPX-5为降压型开关稳压器，在保证精度的同时引入的纹波较小。

本实施例中，摄像装置通过ATK-OV5640实现，ATK-OV5640是ALIENTEK推出的一款高性能500W像素高清摄像头模块。该模块采用OmniVision公司生产的一颗1/4英寸CMOSQSXGA(2592*1944)图像传感器：OV5640。ATK-OV5640模块采用OV5640传感器作为核心部分，集成有源晶振和LDO，并且集成了自动对焦(AF)功能，带2个1W的高亮LED闪光灯，具有非常高的性价比。

ATK-OV5640模块的特点如下：

1)采用1.4um*1.4um像素大小。并且使用OmniBSI技术以达到更高性能(高灵敏度、低串扰、低噪声)。

2)自动图像控制功能：自动曝光(AEC)、自动白平衡(AWB)、自动消除灯光条纹、自动黑电平校准(ABLC)和自动带通滤波器(ABF)等。

3)支持RawRGB、RGB、CCIR656、YUV(422/420)、YCbCr(422)和压缩图像(JPEG)输出格式。

4)支持QSXGA(500W)图像尺寸输出，以及按比例缩小到其他任何尺寸。

5)支持数字视频接口(DVP)和MIPI接口。

6)集成有源晶振，无需外部提供时钟。

上述摄像头模块自带有源晶振，用于产生24M时钟作为OV5640的XCLK输入，模块的闪光灯(LED1&LED2)由OV5640的STROBE脚控制(可编程控制)。同时自带了稳压芯片，用于提供OV5640稳定的2.8V和1.5V工作电压，模块通过一个2*9的双排排针(P1)与外部通信。

在电晕放电检测时为了能直接反映检测结果以及方便人机交互，本实施例中的显示装置15采用七寸的液晶显示屏，将电晕放电的位置以及拍摄的照片等信息显示出来。LCD是一个通用的液晶模块接口，采用16位80并口，也称作MCU屏接口，仅支持MCU接口的液晶(不支持RGB接口的液晶)，LCD接口连接在STM32F429IGT6的FSMC总线上面，可以显著提高LCD的刷屏速度。

作为一种优选实施方式，参见图5所示，上述紫外探测高压设备电晕放电可视装置还包括：SD卡、GPS/北斗模块、温湿度采集模块和报警电路。

其中，SD卡与GPS/北斗模块分别与主控电路14连接；SD卡用于存储图像数据；GPS模块用于按照设定频率采集紫外光敏管12的位置信息。温湿度采集模块与主控电路14连接；温湿度采集模块用于按照设定频率采集待检测高压设备所处环境的温度信息和湿度信息。报警电路与主控电路14连接；主控电路14在判断判断电压信号超过预设阈值时，控制报警电路发出警报。报警电路包括：蜂鸣报警电路、灯光报警电路、语音播报电路中至少一种。

为了准确记录下电晕放电的位置，利用GPS/北斗模块定位后将采集的电晕放电位置数据传输给主控电路14(如单片机控制处理器)，经单片机处理后将数据显示在显示装置15上，并用外置SD卡进行数据存储。GPS/北斗定位模块选取的型号为ATK-S1216F8-BD GPS/北斗，其电路图如图6所示。

ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模块具有双模块定位功能，是GPS/北斗模块中的一款，具有高性能，其特点包括：

1)模块采用S1216F8-BD模组，模型较小，功能优异。

2)该模块的各个参数可通过串口进行设置，内部的FLASH也可以保存相关数据，方便使用。

3)模块自带IPX接口，可以连接各种有源天线，建议连接GPS/北斗双模有源天线。

4)该模块能提供3.3V和5V两种大小的电压，能满足外设工作时所需要的工作电压。

5)具有后备电池，在掉电充气时能保存数据。

该模块默认采用NMEA-0183协议输出GPS/北斗定位数据，并可以通过SkyTraq协议对模块进行配置。通过ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模块，使用3.3V/5V电源的单片机在GPS/北斗定位的实现上都十分方便。

紫外光敏管12在检测高压设备电晕放电产生的紫外线时，要存储放电时GPS/北斗模块记录下的位置和OV5640摄像模块拍摄的照片以便查询，对这些数据的存储需要SD卡以及外围辅助电路。SD卡的操作模式有两种：SD卡模式和SPI模式，可以通过跳线帽进行选择。由于在数据传输到上位机时使用的是SPI通讯方式，因此在SD卡通信方式的选择时使用了SD卡模式。SD卡的工作原理是每发送一个指令时，SD卡都会反馈一个应答，以此来给主机说明命令的执行情况，或者返回主机需要获取的数据，从以上可知SD卡与STM32F429控制器的通讯采用发送应答机制。SD卡既有外焊接也有内焊接，为了节省占用的空间，选择内焊接的方式。

本发明实施例还提供了一种电晕放电检测系统，如图7所示，该系统包括高压设备71及紫外探测高压设备电晕放电可视装置72。

本发明实施例提供的一种紫外探测高压设备电晕放电可视系统，与上述实施例提供的一种紫外探测高压设备电晕放电可视装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果，在此不再赘述。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种紫外探测高压设备电晕放电可视装置，其特征在于，包括：依次连接的高压电源电路、紫外光敏管、信号调理电路、主控电路及显示装置；所述主控电路还与摄像装置连接；所述紫外光敏管设置于待检测高压设备的指定位置；

所述高压电源电路与外接电源连接，将外接电源的直流输入电压转换为高直流电压，为所述紫外光敏管提供驱动电压，以使所述紫外光敏管采集所述待检测高压设备电晕放电产生的传感信号；

所述信号调理电路对所述传感信号进行滤波、电流电压转换、放大及信号采集处理；

所述主控电路根据所述信号调理电路处理后的电压信号，判断所述电压信号超过预设阈值时，触发所述摄像装置进行图像数据采集，并控制所述显示装置对所述图像数据进行显示。

2.根据权利要求1所述的紫外探测高压设备电晕放电可视装置，其特征在于，所述高压电源电路包括：恒压电路、高压DC-DC转换电路；

所述恒压电路与所述外接电源连接，所述恒压电路将所述外接电源的直流输入电压转换为第一低直流电压输入至所述高压DC-DC转换电路；

所述高压DC-DC转换电路将所述第一低直流电压转换为高直流电压，为所述紫外光敏管提供驱动电压。

3.根据权利要求1所述的紫外探测高压设备电晕放电可视装置，其特征在于，所述信号调理电路包括：依次连接的滤波电路、电流电压转换电路、放大电路及A/D采集电路；

所述滤波电路对所述紫外光敏管所采集的传感信号进行滤波处理；

所述电流电压转换电路将所述滤波处理后的电流信号转换为电压信号；

所述放大电路对所述电压信号进行放大处理；

所述A/D采集电路对所述放大处理后的电压信号进行采集，并传输至所述主控电路。

4.根据权利要求1所述的紫外探测高压设备电晕放电可视装置，其特征在于，还包括：集电极信号输出电路；

所述集电极信号输出电路分别与所述信号调理电路及所述主控电路连接；

所述信号调理电路通过所述集电极信号输出电路向所述主控电路输出电压信号，以使所述主控电路根据所述电压信号，判断所述待检测高压设备是否存在电晕放电。

5.根据权利要求2所述的紫外探测高压设备电晕放电可视装置，其特征在于，还包括：SD卡、GPS/北斗模块；

所述SD卡与所述GPS/北斗模块分别与所述主控电路连接；

所述SD卡用于存储所述图像数据；

所述GPS模块用于按照设定频率采集所述紫外光敏管的位置信息。

6.根据权利要求5所述的紫外探测高压设备电晕放电可视装置，其特征在于，还包括：线性降压电路；

所述线性降压电路与所述恒压电路的输出端连接；

所述线性降压电路将所述恒压电路输出的所述第一低直流电压转换为第二低直流电压，为所述SD卡和所述GPS/北斗模块供电。

7.根据权利要求1所述的紫外探测高压设备电晕放电可视装置，其特征在于，温湿度采集模块；

所述温湿度采集模块与所述主控电路连接；

所述温湿度采集模块用于按照设定频率采集所述待检测高压设备所处环境的温度信息和湿度信息。

8.根据权利要求1所述的紫外探测高压设备电晕放电可视装置，其特征在于，还包括：报警电路；

所述报警电路与所述主控电路连接；

所述主控电路在判断判断所述电压信号超过预设阈值时，控制所述报警电路发出警报。

9.根据权利要求8所述的紫外探测高压设备电晕放电可视装置，其特征在于，所述报警电路包括：蜂鸣报警电路、灯光报警电路、语音播报电路中至少一种。

10.一种紫外探测高压设备电晕放电可视系统，其特征在于，包括：高压设备以及如权利要求1-9任一项所述的紫外探测高压设备电晕放电可视装置。