一种电气设备局部放电检测方法及其检测装置与流程

本发明涉及一种能够快速、准确地检测变电站电气设备局部放电故障的方法及该检测方法的专用检测装置，属于检测技术领域。

背景技术：

电气设备局部放电故障一般会伴有电晕、电弧和电痕。电晕和初期的电痕不会产生热量，并且环境高温也会掩饰了这些现象，用日常的红外热像仪无法检测，但它却会产生超声波信号，用超声波电气设备局部放电巡检装置可以远距离进行检测。电弧和严重的电痕在产生超声波的同时也会产生高热量，因此用红外和超声波的方法都可以进行测试，但当局放发生在设备内部时，用红外的方法则无法发现，用超声波电气设备局部放电巡检装置在电气设备的表面或结合面处可以进行检测。但现有的局部放电检测方法需要在现场安装大量的传感器，不仅费时费力，容易发生安全事故，而且不能给出故障的精确位置，因此有必要加以改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种电气设备局部放电检测方法，以提高局部放电故障的定位精度，本发明同时还给出了专门用于检测局部放电故障的超声波局放巡检器。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种电气设备局部放电检测方法，所述方法利用一个局放检测装置，在局放检测装置内设有超声波局放巡检装置和激光发射器；设置超声波发射方向中心线与激光发射方向的中心线重合，在空间选定的一个位置将巡检装置对准待测电气设备，通过调整探测方向，使其接收到的超声波信号最强，记录激光发射器的位置和电气设备上的激光光斑位置，进而得到激光发射器的激光束轨迹，激光束轨迹即为超声波发射方向的中心线；调整激光束轨迹使其与激光光斑处的设备表面垂直，用摄像头拍下激光光斑在被测设备上的位置，得到记录了激光光斑的被测设备图片。

上述电气设备局部放电检测方法，在变更激光束轨迹获取设备表面激光光斑的过程中，调整激光束轨迹使其与激光光斑处的设备表面垂直，用摄像头拍下激光光斑在被测设备上的位置，得到记录了激光光斑的被测设备图片，被测设备图片上的激光光斑处的垂线即为局放故障点发射的一条超声波波束，局部放电故障点也必然存在于激光光斑处的垂线的延长线上；

改变巡检装置的位置再次进行检测，求得两次检测所得激光束轨迹延长线的交点，即得到局部放电故障点的空间具体位置。

上述电气设备局部放电检测方法，两次检测所得激光束轨迹之间的夹角为80～100度。

一种用于上述电气设备局部放电检测的超声波局放巡检器，所述超声波局放巡检器的构成中包括喇叭形聚波器、超声传感器、显示屏、金属外壳及安装在金属外壳内的超声前置放大板、金属屏蔽罩、激光发射器和主控板，所述金属外壳的前壁为金属安装座，后壁安装显示屏；所述聚波器固定在金属安装座前部；所述超声传感器嵌装在金属安装座的通孔中并位于聚波器的焦点上，所述超声前置放大板安装在金属安装座与金属屏蔽罩围成的空腔内，超声传感器的输出端通过超声前置放大板与主控板的输入端连接，所述主控板的输出端接显示屏；所述激光发射器安装在金属屏蔽罩的后部，激光发射器发出的激光依次穿过金属屏蔽罩、超声前置放大板和金属安装座上的激光过孔后照射在被检测的电气设备上，所述金属安装座的激光过孔由透光镜密封。

上述超声波局放巡检器，构成中还包括GPS模块，所述GPS模块安装在金属外壳的顶部，GPS模块的输出端接主控板的输入端。

上述超声波局放巡检器，构成中还包括摄像头，所述摄像头安装在金属外壳的顶部并与被检测的电气设备相对应，摄像头的信号输出端接主控板的输入端。

上述超声波局放巡检器，所述金属外壳上设有与主控板连接的温湿度传感器用USB座。

上述超声波局放巡检器，所述金属外壳的下部设有手持柄式电池盒，安装在电池盒内的电池通过设置在金属外壳内的电源板给超声前置放大板、激光发射器、GPS模块、摄像头、主控板和显示屏供电。

上述超声波局放巡检器，所述聚波器的内反射面为抛物面。

本发明将激光发射器与超声波局放巡检器巧妙地结合在一起，利用激光光斑快速、准确地确定故障方向，进而得到局部放电故障的具体位置，不仅可以保证故障的定位精度，而且操作十分方便，既省时省力，又消除了事故隐患。

附图说明

图1是超声波局放巡检器的结构示意图；

图2是摄像显示部分的立体图；

图3是聚波器部分的分解图；

图4是局部放电故障检测原理图。

图中各标号表示为：1、聚波器，2、金属安装座，3、超声传感器，4、透光镜，5、超声前置放大板，6、金属屏蔽罩，7、激光发射器，8、电源板，9、金属外壳，10、GPS模块，11、摄像头，12、主控板，13、显示屏，14、电池盒，15、温湿度传感器用USB座，16、电气设备，17、超声波局放巡检器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参看图1，本发明所采用的超声波局放巡检器主要包括聚波器1、金属安装座2、超声传感器3、超声前置放大板5、金属屏蔽罩6、激光发射器7、电源板8、金属外壳9、GPS模块10、摄像头11、主控板12、显示屏13、电池盒14、温湿度传感器用USB座15。聚波器1呈喇叭形，使用时，使聚波器指向待测位置，从而充分利用其抛物面反射并集中定向局部放电产生的发散角度的超声波；金属安装座2与聚波器1相连，金属材质，有两孔，分别嵌入超声传感器3和激光发射透光镜4，其中，超声传感器将超声信号转换为电信号，透光镜用来透过激光射线和阻止外界尘埃进入；超声前置放大板5固定在金属安装座2上，用于接收超声传感器3的电信号并将其放大，板上有一圆孔与透光镜4同轴等大；金属屏蔽罩6与金属安装座2配合，给超声前置放大板5形成屏蔽保护层，屏蔽罩6上亦有一圆孔与透光镜4同轴等大；激光发射器7位于屏蔽罩6后侧，发射光线依次通过金属屏蔽罩6、超声前置放大板5上圆孔及透光镜4，用于指示探测位置；电源板8同超声前置放大板5、金属屏蔽罩6、激光发射器7均包覆在金属外壳9内部，为其他各模块提供所需电源。

GPS模块10位于金属外壳9上表面，自动存储坐标数据，提供GPS导航功能，方便查询及保存检测路径；摄像头11也位于金属外壳上表面，GPS模块10之后，可轻松对焦检测故障点，并对杆塔标识及故障设备拍照；可拆卸温湿度传感器可通过金属外壳右侧的温湿度传感器用USB座15灵活地接入与取下；手持柄式电池盒14位于金属外壳9下表面，通过导线与电源板8连接；屏幕模块在整机的最后，外有金属外壳包覆，内有主控板12和嵌入的显示屏13。

主控板12为整机的核心，其他各模块通过导线或排线连接至主控板12，进而实现数据的采集、控制、保存、分析等。

放电产生的低水平超声波信号由各种各样的角度发散,它们被聚波器利用其抛物面反射并聚焦在中心位置的超声传感器，并被该传感器接收。聚波器抛物面作为一个反射器可以加倍探测距离，精确定位散射在远距离的超声波信号，增加灵敏度，降低来自其他方向的干扰噪声，适合于使用者不能接近设备的场合。

超声传感器焊接在超声前置放大板上。局部放电信号微弱，现场环境复杂，很容易受外界干扰影响，因此对于仪器内部电路板要进行电磁屏蔽，这样既能防止其受外界电磁波的影响，又能减少线路板之间彼此的电磁干扰。

整机装配时，微调激光发射器及摄像头的角度，使激光指示点、超声探测点和摄像中心在一个位置。局放检测时，手持本装置，在被测设备上进行“扫描”式检测，当激光指示点接近电气设备局放位置时，显示屏上显示的放电量逐渐变大，且耳机发出的音量逐渐增大，找到该最大值对应的方向，即是发生局部放电可能性最大的方向，可对该方向进行拍照记录，同时根据屏幕上的放电图谱可进行局放类型的分析识别。该非接触式局放测量有效检测距离可达30米，可靠性高，使检测人员有的放矢，有针对性地对设备进行维修。

采用本装置对电气设备进行局部放电检测时，检测人员可以开车或步行采用非接触方式对变电站设备进行检测，将聚波器对准待测设备，装置中的超声波传感器会高效地接收频率为40±1kHz的超声波信号，信号经电气回路处理后异常超声波信号被转换为可听正弦信号和直观波形并输出，用户可根据声音和波形清晰分辨放电强度；当发现异常超声信号后，采用激光探测器或高清望远镜摄像头多角度寻找故障方向，准确定位要探测位置；之后可对隐患点进行数据采集和记录，如录制超声波数据波形、记录检测位置时间和数据文件、对隐患方向进行拍照记录等；用户还可以利用巡检后台软件建立数据库对数据进行分析，并打印相关报告。

显示屏为彩色触摸屏，可显示波形、dB值、温湿度以及GPS等信息。装置同时有多个外接口如耳机接口、SD卡插槽、RS232、备用USB接口、充电接口。耳机接口用于音频信号的输出，防止了外界声音对检测人员的干扰；SD卡槽用于插入SD存储卡，扩展存储容量；RS232为调试用串口；备用USB接口，既可用于调试也可外接鼠标键盘等；充电接口，用于插接充电器。装置由内置电池供电，无需外接电源。

超声波局放故障的检测步骤如下：

a.保持超声波局放巡检器的位置不变，将聚波器对准待测的电气设备并不断调整聚波器的轴线方向(即探测方向)，同时通过显示屏观察超声波传感器所接收的超声波信号的强度，当超声波信号的强度最大时，记录激光发射器的位置A1和电气设备上的激光光斑位置B1，则空间线段A1B1即为本次检测所得到的激光束轨迹；

在检测时，激光束轨迹可以有无数条，但只有一条是容易辨认的，即激光光斑处、与设备表面垂直的那一条激光束轨迹是最有价值的。因此，在寻找过程中，调整激光束轨迹使其与激光光斑处的设备表面垂直，用摄像头拍下激光光斑在被测设备上的位置，得到记录了激光光斑的被测设备图片。

这样，在维修人员利用上述照片寻找局放故障点时，被测设备图片上的激光光斑处的垂线即为局放故障点发射的一条超声波波束的方向，局部放电故障点也必然存在于激光光斑处的垂线的延长线上。

为了确定局放故障点的具体位置，仅有一个激光光斑是不够的，必须寻找第二个，为此，还必须采取下述步骤。

b.改超声波局放巡检器的位置，重复步骤a的操作，记录激光发射器的位置A2和电气设备上的激光光斑位置B2，得到第二次检测的激光束轨迹A2B2；

c.求线段A1B1与A2B2的延长线交点，此交点即为局部放电故障的具体位置。