CN213581224U - 一种用于放电检测的光电传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于放电检测的光电传感器，包括传感器外壳、窗口、二次窗片、紫外光敏元件和信号处理电路，紫外光敏元件和信号处理电路设置在传感器外壳中，传感器外壳上设有窗口，窗口处设置有用于将窗口封闭并导入紫外光信号的二次窗片；紫外光敏元件包括元件壳体、敏感单元和一次窗片，敏感单元位于元件壳体内，一次窗片位于敏感单元正上方，二次窗片位于敏感单元和一次窗片的正上方，紫外光敏元件与信号处理电路相连；二次窗片能透过280nm以下的紫外光，二次窗片为硬质平板玻璃，或者硬质凸透镜、菲涅尔透镜、非球面透镜中的一种，其在使用过程中能够进行表面清洁，不损害核心光敏元件，使用寿命较长，可以降低使用成本。

Description

一种用于放电检测的光电传感器

技术领域

本实用新型涉及光电检测技术领域，尤其涉及一种用于放电检测的光电传感器。

背景技术

电力领域中，10kV、35kV等中压开关柜、环网柜、箱式变压器（装于柜内）以及干式变压器（装于柜内）是目前常用的高压设备。这些高压设备经常会因为柜内湿度过高或者凝露等问题而出现放电现象，而放电会产生对地短路，严重时甚至会引起燃烧爆炸。为了保证这些高压设备的安全使用，需要对这些高压设备的放电现象进行检测。

放电过程中通常会产生波段为80-280nm的紫外光，而太阳光中该波段的紫外光在穿越大气层时，会被臭氧层吸收殆尽，到达地面时这个波段的光强基本为零，普通的照明灯具一般不会产生这个波段的光，因此，在放电过程中对该波段的紫外光进行检测，能够成功避免太阳光和普通灯光的干扰，可实现对高压设备放电现象的检测，且误检和误报率极低。此外，由于紫外光检测无需接触高电压部件，使用起来非常安全。故此，当前基于紫外光来检测放电现象的技术得到了广泛的研究。

现有的用于柜内空间放电检测的光电传感器通常采用紫外光敏元件来实现，但为了使用方便，通常采用的紫外光敏元件经过一次窗片封装后直接裸露设置在高压设备的柜内。一次窗片是紧靠核心探测器敏感单元上的一层玻璃介质，其与光敏元件一起封装作为一个整体，一旦出现问题，需要将光敏元件和一次窗片整体进行更换，更换成本较高。此外，高压设备会持续带电运行几年时间才做检修，长时间的连续运行，元件表面发生积灰、凝露现象的概率非常高，由于紫外光敏元件属于比较脆弱敏感而且贵重的光学元件，当其表面被严重污染后，会影响检测灵敏度。如果检修时采用擦拭等方式来清洁其表面灰垢，极易划伤甚至损坏贵重的光敏元件，若直接更换光敏元件，代价又非常高。另外，现有的放电紫外检测技术对告警标准并没有明确规定，这给高压设备运维检修人员带来使用困扰。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种在使用过程中能够进行表面清洁，不损害核心光敏元件，使用寿命较长，可以降低使用成本的用于放电检测的光电传感器。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于放电检测的光电传感器，其特征在于，包括传感器外壳、窗口、二次窗片、紫外光敏元件和信号处理电路，所述的紫外光敏元件和所述的信号处理电路设置在所述的传感器外壳中，所述的传感器外壳上设有窗口，所述的窗口处设置有用于将窗口封闭并导入紫外光信号的二次窗片；所述的紫外光敏元件与信号处理电路相连，所述的二次窗片为硬质平板玻璃，或者硬质凸透镜、菲涅尔透镜、非球面透镜中的一种。

作为优选方案之一，所述的紫外光敏元件包括元件壳体、敏感单元和一次窗片，所述的敏感单元位于所述的元件壳体内所述的一次窗片位于敏感单元正上方，所述的二次窗片位于所述的敏感单元和所述的一次窗片的正上方，所述的一次窗片和二次窗片能透过280nm以下的紫外光。

作为优选方案之一，所述的紫外光敏元件包括元件壳体和敏感单元，所述元件壳体可透过280nm的紫外光，所述的二次窗片位于所述的敏感单元和所述的元件壳体的正上方。

作为优选方案之一，所述的二次窗片通过螺纹圈压接在窗口上或者通过粘结方式固定在窗口上。

作为优选方案之一，所述的紫外光敏元件为半导体紫外探测器、光电倍增管、光电雪崩二极管中的一种，且对280nm以下的紫外光敏感。

作为优选方案之一，所述的信号处理电路包括紫外信号调理电路、数据采集电路和通信电路，所述的紫外信号调理电路与所述的紫外光敏元件连接，所述的数据采集电路与所述的紫外信号调理电路连接，所述的通信电路与所述的数据采集电路连接，所述的紫外信号调理电路用于为所述的紫外光敏元件提供工作电源并获取所述的紫外光敏元件的输出脉冲或者电压信号发送给所述的数据采集电路，所述的数据采集电路用于将所述的紫外光敏元件的输出脉冲或者电压信号发送给所述的通信电路，所述的通信电路用于将所述的紫外光敏元件的输出脉冲信号或者电压信号传输至监测中心。

作为优选方案之一，所述的紫外信号调理电路采用高压电路或者偏置电路来实现。

作为优选方案之一，所述的通信电路留有有线通信接口或者无线通信接口，采用有线通信方式或者无线通信方式将所述的紫外光敏元件的输出脉冲信号或者电压信号传输至监测中心。

综上所述，运用本实用新型用于放电检测的光电传感器的技术方案，至少具有如下的有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点在于所述放电检测的光电传感器表面采用的二次窗片，便于擦除灰尘、灰垢，保护贵重的紫外光敏元件不被灰尘和露滴影响；也可以通过更换二次窗片，避免直接更换核心的紫外光敏元件，降低更换成本。另外，本实用新型的放电检测告警方法通过实际测量信号与阈值进行比较，并通过统计高于阈值信号的次数进行严重放电告警，告警依据更为科学。

为使本实用新型构思和其他实用新型目的、优点、特征及作用能更清楚易懂，将在下文具体实施方式中特举较佳实施例，并配合附图，作出详细展开说明。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为带二次窗片（平板玻璃或聚光透镜）的光电传感器结构示意图；

图2为紫外光敏元件第一种实施方式的结构示意图；

图3为紫外光敏元件第二种实施方式的结构示意图；

图4为聚光透镜类型的二次窗片的第一种实施方式结构示意图；

图5为聚光透镜类型的二次窗片的第二种实施方式结构示意图；

图6为聚光透镜类型的二次窗片的第三种实施方式结构示意图；

图7为信号处理电路的结构框图；

图8为放电检测告警方法与步骤的流程图。

附图标记说明：1-传感器外壳，2-传感器外壳窗口，3-二次窗片，31-凸透镜，32-菲涅尔透镜，33-非球面透镜，4-紫外光敏元件，41-元件壳体，42-敏感单元，43-一次窗片，5-信号处理电路，51-紫外信号调理电路，52-数据采集电路，53-通信电路。

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。

在本实施例中，为了更清楚的描述，作出如下说明：文中术语“纵向”、“横向”、“正上方”、“正下方”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接,也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“一次”、“二次”仅用于为了清楚区分或简化描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或数量。

请一并参阅图1至图7，本实施例提供一种用于放电检测的光电传感器，包括传感器外壳1、窗口2、二次窗片3、紫外光敏元件4和信号处理电路5，所述的紫外光敏元件4和所述的信号处理电路5设置在所述的传感器外壳1中，所述的传感器外壳1上设有窗口2，所述的窗口2处设置有用于将窗口封闭并导入紫外光信号的二次窗片3，所述的二次窗片3能透过280nm以下的紫外光；所述的紫外光敏元件4包括元件壳体41、敏感单元42和一次窗片43，所述的敏感单元42位于所述的元件壳体41内，所述的一次窗片43位于敏感单元42正上方，所述的二次窗片3位于所述的敏感单元42和所述的一次窗片43的正上方，所述的紫外光敏元件4与信号处理电路相连。

请参阅图2，在其中一实施例中，所述的紫外光敏元件4包括元件壳体41、敏感单元42和一次窗片43，所述的敏感单元42位于所述的元件壳体41内所述的一次窗片43位于敏感单元42正上方，所述的二次窗片3位于所述的敏感单元42和所述的一次窗片43的正上方，所述的一次窗片能透过280nm以下的紫外光。

请参阅图3，在其中一实施例中，所述的紫外光敏元件4包括元件壳体41和敏感单元42，所述元件壳体41可透过280nm的紫外光，这时元件壳体41可作为一次窗片43进行使用，从而节省了一次窗片43，所述的二次窗片3位于敏感单元42和元件壳体41的正上方。

请参阅图4至图6，在其中一实施例中，所述的二次窗片3为硬质平板玻璃，或者硬质凸透镜31、菲涅尔透镜32、非球面透镜33中的一种。

具体地，所述的二次窗片3通过螺纹圈压接在窗口2上或者通过粘结方式固定在窗口2上。

在其中一实施例中，所述的紫外光敏元件4为半导体紫外探测器、光电倍增管、光电雪崩二极管中的一种，且对280nm以下的紫外光敏感。

请参阅图7，具体地，所述的信号处理电路5包括紫外信号调理电路51、数据采集电路52和通信电路53，所述的紫外信号调理电路51与所述的紫外光敏元件4连接，所述的数据采集电路52与所述的紫外信号调理电路51连接，所述的通信电路53与所述的数据采集电路52连接，所述的紫外信号调理电路51用于为所述的紫外光敏元件4提供工作电源,并获取所述的紫外光敏元件4的输出脉冲或者电压信号，发送给所述的数据采集电路52，所述的数据采集电路52用于将所述的紫外光敏元件4的输出脉冲或者电压信号发送给所述的通信电路53，所述的通信电路53用于将所述的紫外光敏元件4的输出脉冲信号或者电压信号传输至监测中心。

进一步地，所述的紫外信号调理电路51采用高压电路或者偏置电路来实现。

进一步地，所述的通信电路53留有有线通信接口或者无线通信接口，采用有线通信方式或者无线通信方式将所述的紫外光敏元件4的输出脉冲信号或者电压信号传输至监测中心。

请参阅图8，本实施例还提供了一种放电检测告警方法，包括以下步骤：

（1）开启光电传感器；

（2）光电传感器每轮进行P（3≤ P ≤20）次光电信号测量，设光电传感器测量得到的实际放电信号为x，并设定信号“放电”告警阈值为X₀，设定“注意”告警的信号阈值X₁，设信号高于“注意告警”阈值X₁的次数为n，0≤n≤P；其中，X₀和X₁数值由实验或者实际使用过程中总结获得；

（3）当任意一次测量值x ≥X₀时，发出“产生放电”告警；进一步，当任意一次测量值x≥ X₁时发出“注意值”告警的信号，“产生放电”告警和“注意值”告警分别属于一级告警和二级告警；

（4）当连续P次测量，测量值x≥ X₁的次数n高于（P-1）/2时发出“严重放电”告警，“严重放电”告警属于三级告警，此刻需要进行高压设备停电检修。

光电传感器实际工作时，紫外光信号会通过二次窗片3进入到传感器内部，并透过一次窗片43到达紫外光敏元件4的敏感单元42，从而感应出紫外光强信号，由信号处理电路5进行处理，并实现告警。进一步，在近距离测量放电信号时，二次窗片3可采用透紫外的平板玻璃；在较远距离测量放电信号时，可通过凸透镜31、菲涅尔透镜32、非球面透镜33等聚光透镜将紫外光信号汇聚到敏感单元42上。

此外，光电传感器实际测量过程中，高电压环境会产生电磁干扰，会产生偶发性的测量值高于阈值情况，通过多次连续测量则可以排除偶发性的误报警，报警依据更为科学。

与现有技术相比，本实用新型的放电检测方法的优点在于所述放电检测的光电传感器表面采用的二次窗片3，便于擦除灰尘、灰垢，保护贵重的紫外光敏元件4不被灰尘和露滴影响；也可以通过更换二次窗片3，避免直接更换核心的紫外光敏元件4，降低更换成本。另外，本实用新型的放电检测告警方法通过实际测量信号与阈值进行比较，并通过统计高于阈值信号的次数进行严重放电告警，告警依据更为科学。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于放电检测的光电传感器，其特征在于，包括传感器外壳、窗口、二次窗片、紫外光敏元件和信号处理电路，所述的紫外光敏元件和所述的信号处理电路设置在所述的传感器外壳中，所述的传感器外壳上设有窗口，所述的窗口处设置有用于将窗口封闭并导入紫外光信号的二次窗片；所述的紫外光敏元件与信号处理电路相连，所述的二次窗片为硬质平板玻璃，或者硬质凸透镜、菲涅尔透镜、非球面透镜中的一种。

2.根据权利要求1所述一种用于放电检测的光电传感器，其特征在于，所述的紫外光敏元件包括元件壳体、敏感单元和一次窗片，所述的敏感单元位于所述的元件壳体内所述的一次窗片位于敏感单元正上方，所述的二次窗片位于所述的敏感单元和所述的一次窗片的正上方，所述的一次窗片和二次窗片能透过280nm以下的紫外光。

3.根据权利要求1所述一种用于放电检测的光电传感器，其特征在于，所述的紫外光敏元件包括元件壳体和敏感单元，所述元件壳体可透过280nm的紫外光，所述的二次窗片位于所述的敏感单元和所述的元件壳体的正上方。

4.根据权利要求1所述一种用于放电检测的光电传感器，其特征在于，所述的二次窗片通过螺纹圈压接在窗口上或者通过粘结方式固定在窗口上。

5.根据权利要求1所述一种用于放电检测的光电传感器，其特征在于，所述的紫外光敏元件为半导体紫外探测器、光电倍增管、光电雪崩二极管中的一种，且对280nm以下的紫外光敏感。

6.根据权利要求1所述一种用于放电检测的光电传感器，其特征在于，所述的信号处理电路包括紫外信号调理电路、数据采集电路和通信电路，所述的紫外信号调理电路与所述的紫外光敏元件连接，所述的数据采集电路与所述的紫外信号调理电路连接，所述的通信电路与所述的数据采集电路连接，所述的紫外信号调理电路用于为所述的紫外光敏元件提供工作电源并获取所述的紫外光敏元件的输出脉冲或者电压信号发送给所述的数据采集电路，所述的数据采集电路用于将所述的紫外光敏元件的输出脉冲或者电压信号发送给所述的通信电路，所述的通信电路用于将所述的紫外光敏元件的输出脉冲信号或者电压信号传输至监测中心。

7.根据权利要求6所述一种用于放电检测的光电传感器，其特征在于，所述的紫外信号调理电路采用高压电路或者偏置电路来实现。

8.根据权利要求6所述一种用于放电检测的光电传感器，其特征在于，所述的通信电路留有有线通信接口或者无线通信接口，采用有线通信方式或者无线通信方式将所述的紫外光敏元件的输出脉冲信号或者电压信号传输至监测中心。

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