专利名称：绝缘子污秽放电超声监测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电气设备故障诊断领域，特别涉及一种绝缘子污秽放电超声监测方法及装置。
背景技术：
绝缘子是电力系统中数量最多而且最为重要的元件之一，在电力系统中有着十分重要的地位。空气中存在的固体悬浮微粒会沉积在绝缘子的表面，日积月累形成污秽层，遇到毛毛雨、雾、露等气候条件时，污秽受潮后形成薄薄的导电层，使绝缘子的绝缘水平下降，导致绝缘子放电，称为污闪。污闪对电网运行的危害极大，而且随着工业的发展和输电电压的提高而日趋严重。截至目前为止，六大电网都发生过大面积污闪引起的大面积停电，不仅造成了巨大的经济损失，而且产生负面社会影响。
目前，国内外主要采用等值盐密法、电导率法和泄漏电流法进行绝缘子污秽监测，等值盐密法和电导率法操作较复杂且不能在线监测，不能实时监测绝缘子污秽程度，泄漏电流法需要给绝缘子装上集流环、电流传感器等，操作复杂，工作量大，而且现场安装和维护也不方便，所以，这三种方法还无法满足现场工作的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足和存在的问题，而提出绝缘子污秽放电超声监测方法和装置，即利用声接受技术，通过监测绝缘子污秽放电时发出的超声波信号实现绝缘子污秽放电的监测和污闪的预警。
本发明的目的通过下述方法和装置实现的绝缘子污秽放电超声监测方法，其特征在于采用聚焦抛物面声传感器对准被测绝缘子方向，获得绝缘子污秽放电产生的超声波信号；对超声传感器获得的信号进行放大、滤波等处理并转换为数字信号；对信号进行处理，判断绝缘子污秽放电的强弱程度；通过通信电路发出绝缘子污秽放电的预警信息。
如上所述的监测方法，其特征在于所述通信电路有两种工作方式，在变电站、发电厂等监测点分布密集的工作场所，采用总线工作方式，将数据传输至监测中心；在输电线路等监测点分布稀疏的工作场所，采用无线的通信方式，将数据传输至巡线人员的手持终端。
当发生绝缘子污秽放电时，伴随着放电会有电磁波、声波、光波及热等物理现象的出现。当绝缘子没有放电时，无声波信号发射。随着绝缘子污秽放电程度的发展，放电逐步增强，声波发射信号从无到有，由弱变强，其频率范围在10KH至几兆赫。因此，通过检测绝缘子污秽放电所产生的声波信号，就可以监测污秽放电的强弱并判断对绝缘的危害；绝缘子污秽放电超声监测装置，其特征在于由聚焦抛物面声传感器、前置放大电路、滤波电路、次级放大电路、数据采集电路、信号处理电路、通信电路构成；其中前置放大电路的输入端连接聚焦抛物面声传感器的输出端，滤波电路的输入端连接前置放大电路的输出端，滤波电路的输出端连接次级放大电路的输入端，次级放大电路的控制端连接单片机，次级放大电路的输出端连接数据采集电路的输入端，数据采集电路的输出端连接信号处理电路的输入端，信号处理电路的输出端连接通信电路的输入端。
如上所述的监测装置，其特征在于聚焦抛物面声传感器由压电陶瓷晶片和聚焦抛物反射面构成，晶片振荡频率为20-60kHz。
如上所述的监测装置，其特征在于晶片振荡频率为40kHz。
如上所述的监测装置，其特征在于晶片的振动模式为弯曲振动方式。此模式可以有较高的灵敏度。
本发明具有以下优点和积极效果①目前对于绝缘子污秽放电还没有有效的在线监测方法和实用的监测装置，本方法可以填补这方面的空白；②本监测方法无需与高压设备有电气上的接触，因此安全可靠，不会对设备和工作人员造成任何伤害；③本监测方法无需对绝缘子进行任何改造和变动，适用于所以类型的绝缘子，应用范围非常广泛；④本监测装置的安装和操作都简单易行，容易被工作人员接受和掌握；⑤本方法成本低，易于推广。
图1为绝缘子污秽放电超声监测原理框图。
图2为超声监测装置工作原理框图。
图中1-绝缘子，2-聚焦抛物面声传感器，3-监测电路，3.1-前置放大电路，3.2-滤波电路，3.3-次级放大电路，3.4-数据采集电路，3.5-数据处理电路，3.6-通信电路，4-终端。
具体实施例方式
下面结合附图和实例对本发明的工作原理作进一步说明。
理论研究指出，污闪的放电过程可以分为三个阶段。起始阶段，干燥区大，单位长度上的电压比较低，电场强度不足以使空气电离产生局部放电，泄漏电流一般不超过几百微安；第二阶段，如果湿度增加，或者有过电压产生，使干燥区的电场强度增大到使该区域表面的空气电离并发生局部放电，此时放电电弧具有上升的伏安特性，放电通道的电阻随着局部放电电弧的发展而增大，从而使泄漏电流减小。同时，被电弧短接的干燥区重新变得湿润恢复导电性，然后放电电弧消失。如果外界条件不变，整个过程将不断重复下去。在这种情况下，泄漏电流通常只有几个毫安或几十个毫安，绝缘子在这种情况下运行是没有危险的；第三阶段，如果湿度和电压继续增大，局部放电电弧将具有下降的伏安特性，这种局部放电被称为局部闪络。在这种情况下，泄漏电流大约为几百毫安，污闪就很可能发生。
从污闪的放电过程中可以看出，从第二阶段开始，绝缘子表面发生局部放电。理论和实验结果都表明，局部放电过程伴随有电磁波、声波、光波及热等物理现象的发生。局部放电过程实际上是能量突然释放的过程，从宏观上来看会对周围的介质产生压力，这一压力使空气振动，就产生了声波，即绝缘子污秽放电引起的声发射现象。
当绝缘子没有放电时，无声波信号发射。随着绝缘子污秽放电过程度的发展，放电逐步增强，声波发射信号从无到有，由弱变强。该声波信号可视为点声源，在空气介质中以球面波的形式向周围传播。由于该声波信号的能量是污秽放电所释放能量的一部分，因此，声波信号能量与放电能量之间存在定量关系，声波信号的幅值与放电能量的平方根成正比。因此，通过检测绝缘子污秽放电所产生的声波信号的幅值，就可以监测污秽放电的强弱并判断对绝缘的危害。
使用一个聚焦抛物面声传感器2对准被测绝缘子1方向，获得绝缘子污秽放电产生的超声波信号，通过前置放大电路3.1使聚焦抛物面声传感器2与监测电路3实现阻抗匹配，获得较大的信号，再经过滤波电路3.2去除工频噪声之后，信号被次级放大电路放大，次级放大的放大倍数由数据处理电路的反馈信号控制，使信号放大到一个合适的水平，信号经信号采集电路3.3转换为数字信号，由数据处理电路3.4进行分析、处理，判断绝缘子污秽放电的强弱程度，分析结果通过通信电路3.5发出，传输到终端4，反映出绝缘子放电的强弱程度和发展趋势，实现绝缘子污秽放电的预警。
具体实施例方式一串110kV悬式绝缘子的污秽放电超声监测装置。
聚焦抛物面声传感器由PZT-5压电陶瓷晶片和聚焦抛物反射面构成，晶片振荡频率为40kHz，振动模式为弯曲振动方式。
前置放大电路3.1，滤波电路3.2，次级放大电路3.3，由模拟电子电路和数字电路构成，数据采集电路3.4，数据处理电路3.5，通信电路3.6由单片机系统构成，通过终端4软件编程，进行数据处理，反映出绝缘子放电的强弱程度和发展趋势，实现绝缘子污秽放电的预警。
前置放大电路3.1由AD524构成，实现传感器和电路的阻抗匹配。
滤波电路3.2采用MAX274构成的六阶切比雪夫带通滤波器，中心频率40kHz，通频带为35kHz～45kHz。
次级放大电路3.3由AD524构成一个指数放大器，实现对信号在空气中传播时产生的衰减进行补偿。
数据采集电路3.4和数据处理电路3.5由以80C32为核心的单片机系统构成，数据存储器RAM的内存为256K。
单片机与计算机之间采用RS-232串行通信接口进行数据传输。
权利要求
1.绝缘子污秽放电超声监测方法，其特征在于采用聚焦抛物面声传感器对准被测绝缘子方向，获得绝缘子污秽放电产生的超声波信号；对超声传感器获得的信号进行放大、滤波等处理并转换为数字信号；对信号进行处理，判断绝缘子污秽放电的强弱程度；通过通信电路发出绝缘子污秽放电的预警信息。
2.如权利要求1所述的监测方法，其特征在于所述通信电路有两种工作方式，在变电站、发电厂等监测点分布密集的工作场所，采用总线工作方式，将数据传输至监测中心；在输电线路等监测点分布稀疏的工作场所，采用无线的通信方式，将数据传输至巡线人员的手持终端。
3.绝缘子污秽放电超声监测装置，其特征在于由聚焦抛物面声传感器、前置放大电路、滤波电路、次级放大电路、数据采集电路、信号处理电路、通信电路构成；其中前置放大电路的输入端连接聚焦抛物面声传感器的输出端，滤波电路的输入端连接前置放大电路的输出端，滤波电路的输出端连接次级放大电路的输入端，次级放大电路的控制端连接单片机，次级放大电路的输出端连接数据采集电路的输入端，数据采集电路的输出端连接信号处理电路的输入端，信号处理电路的输出端连接通信电路的输入端。
4.如权利要求3所述的监测装置，其特征在于聚焦抛物面声传感器由压电陶瓷晶片和聚焦抛物反射面构成，晶片振荡频率为20-60kHz。
5.如权利要求4所述的监测装置，其特征在于晶片振荡频率为40kHz。
6.如权利要求4、5所述的监测装置，其特征在于晶片的振动模式为弯曲振动方式。
全文摘要
绝缘子污秽放电超声监测方法及装置，采用聚焦抛物面声传感器对准被测绝缘子方向，获得绝缘子污秽放电产生的超声波信号；对超声传感器获得的信号进行放大、滤波等处理并转换为数字信号；对信号进行处理，判断绝缘子污秽放电的强弱程度；通过通信电路发出绝缘子污秽放电的预警信息。本发明可以在线监测，安全可靠，适用于所以类型的绝缘子，安装和操作都简单易行，成本低，易于推广。
文档编号G01N29/00GK1558225SQ20041001265
公开日2004年12月29日 申请日期2004年1月13日 优先权日2004年1月13日
发明者舒乃秋, 李明, 刘敏, 舒畅 申请人:武汉大学