专利名称：绝缘子污秽放电监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型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监测装置。
技术背景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
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足和存在的问题，而提出一种绝缘子污秽放电监测装置，即利用声发射技术，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。
本实用新型的目的通过下述装置实现的绝缘子污秽放电监测装置，由聚焦抛物面声传感器、前置放大电路、补偿放大电路、滤波电路、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，其输出端连接补偿放大电路的输入端，补偿放大电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波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数据处理电路的输入端，数据采集电路的一个输出端连接补偿放大电路的输入端，另一个输出端连接通信电路的输入端，通信电路的输出端连接终端的输入端。
上述的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，压电陶瓷晶片工作频率为20——60kHz。
上述压电陶瓷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。
本实用新型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实用的监测装置，本装置可以填补这方面的空白；②本监测装置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本监测装置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本监测装置成本低，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-补偿放大电路，3.3-滤波电路，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。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本实用新型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，再经过补偿放大电路3.2放大，补偿放大的放大倍数由数据处理电路3.5控制，补偿声信号在空气中传播时发生的衰减，信号经滤波电路3.3去除工频噪声之后，再经数据采集电路3.4转换为数字信号，由数据处理电路3.5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3.6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。
本发明的实施例一串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，压电陶瓷晶片工作频率为20kHz～60kHz，振动模式为弯曲振动方式。
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，补偿放大电路3.2由可编程放大器AD625和数字电位器X9221构成，由数据处理电路改变X9221的阻值来控制放大倍数，滤波电路3.3，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20kHz～60kHz，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，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。监测装置与计算机之间采用GSM无线传输技术，利用其短消息功能设置参数和回报数据。
权利要求1.一种绝缘子污秽放电监测装置，其特征在于它由聚焦抛物面声传感器、前置放大电路、补偿放大电路、滤波电路、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，其输出端连接补偿放大电路的输入端，补偿放大电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波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数据处理电路的输入端，数据采集电路的一个输出端连接补偿放大电路的输入端，另一个输出端连接通信电路的输入端，通信电路的输出端连接终端的输入端。
2.根据权利要求1所述的绝缘子污秽放电监测装置，其特征在于所述的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。
3.根据权利要求2所述的绝缘子污秽放电监测装置，其特征在于所述压电陶瓷晶片工作频率为20-60kHz。
4.根据权利要求2或3所述的绝缘子污秽放电监测装置，其特征在于压电陶瓷晶片的振动模式为弯曲振动方式。
专利摘要本实用新型提供了一种绝缘子污秽放电监测装置。它由聚焦抛物面声传感器、前置放大电路、补偿放大电路、滤波电路、数据采集电路、信号处理电路、通信电路构成。该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。本实用新型可以在线监测，安全可靠，适用于所有类型的绝缘子，安装和操作都简单易行，成本低，易于推广。
文档编号G01R31/02GK2699311SQ20042001795
公开日2005年5月11日 申请日期2004年4月30日 优先权日2004年4月30日
发明者舒乃秋, 刘敏, 李明, 舒畅, 李红玲 申请人:武汉大学