一种输电线路复合绝缘子缺陷检测的带电作业装置的制作方法

本发明涉及输电线路领域，具体为一种输电线路复合绝缘子缺陷检测的带电作业装置。

背景技术：

输电线路复合绝缘子因质量轻、安装方便、耐污性能好等优点在输电线路中被大量使用。但其在长期运行中容易受到电场、光照、湿度等因素的作用，而可能发生芯棒与护套界面、芯棒中等气隙形式的内部缺陷。复合绝缘子一旦存在内部缺陷，在工作中受场强的作用会有水分溢入气隙缺陷部分。水分渗入缺陷后，缺陷处的击穿场强变低，达到击穿场强时会发生放电现象。放电生成的活性气体如o2、no、no2等对芯棒和护套产生氧化和腐蚀作用，同时气体增加了缺陷处的扩张压力，会使气隙继续变大，如此恶性循环。

挂网运行中的复合绝缘子由于位置高、带电等特性较难直接检测，现有的测量方法大多在地面测量，无法准确的测量到微小的绝缘子内部缺陷。部分利用电场测量手段不能适应耐张串、v型绝缘子串的检测。设计一种简单、准确的复合绝缘子内部缺陷检测装置，帮助运行人员及时发现已经存在的内部缺陷，有助于提高输电线路运行稳定性。

技术实现要素：

针对10kv～500kv线路复合绝缘子内部缺陷监测，本发明提供一种输电线路复合绝缘子缺陷检测的带电作业装置，对输电线路挂网运行的复合绝缘子内部缺陷进行检测，帮助线路运维人员及时发现内部缺陷，有助于提高输电线路运行稳定性。尤其是适用竖直串、v型串复合绝缘子内部缺陷检测。

本发明采取的技术方案为：

一种输电线路复合绝缘子缺陷检测的带电作业装置，包括：光电电场传感器、绝缘杆、滑动轨道、升降机构、偏振光源模块、地面采集与计算模块。滑动轨道距离绝缘子大伞裙外表面一定距离，光电电场传感器沿滑动轨道由高压端往低压端匀速滑动，所述光电电场传感器与绝缘杆连接，绝缘杆与升降机构连接。偏振光源模块中的激光源经过起偏器、保偏光纤与光电电场传感器相连，偏振光在光电电场传感器中经过调制传输到下一级保偏光纤，再进入光电转换模块；光电转换模块将经过电场调制后的偏振光信号转换为电信号，电信号接入地面采集与计算模块的工控机采集卡中，通过labview采集软件进行记录，将记录的数据在labview中打开绘制电场强度数值曲线。偏振光源模块中的zigbee子模块与地面采集与计算模块中的工控机无线连接，由工控机控制光源的开断。

所述调角机构为两部分锯齿调角结构，单部分调角范围为0～180°、调节刻度为1°，调角机构用以调整、固定升降杆的角度，使滑动轨道与绝缘子大伞裙外表面保持平行。

所述升降机构用于控制绝缘杆匀速上升、下降的速度、以及与绝缘子大伞裙的距离。

所述滑动轨道其距离绝缘子大伞裙的距离d保持在10mm～15mm范围内，针对每串绝缘子测量时此距离固定，每串绝缘子布置两条滑动轨道，两条滑动轨道沿绝缘子芯棒对折重合。

一种输电线路复合绝缘子缺陷检测方法，在地面操纵升降机构、调角机构，控制绝缘杆匀速上升、下降的速度、与绝缘子大伞裙的距离，通过地面采集与计算模块中的工控机与偏振光源模块中的zigbee子模块进行无线连接，控制偏振光源的开断；光源打开时，激光经过起偏器和保偏光纤到达光电电场传感器，偏振光在光电电场传感器中经过复合绝缘子电场的调制传输到下一级保偏光纤，再进入光电转换模块，光电转换模块将经过电场调制后的偏振光信号转换为电信号，电信号接入工控机的采集卡中通过labview进行采集记录，将记录的数据在labview中打开绘制电场强度数值曲线，计算数值曲线畸变严重的位置，当畸变超过设定值时自动提示缺陷位置，再与预设曲线相比较，判断是否具有内部缺陷。

所述电场强度数值曲线中电场强度e的单位为kv/m，沿绝缘子位移s的单位为cm，s的值通过时间t和输入滑动速度v计算得出s＝t*v。

畸变计算公式为：tanθδs＝δe/δs，即tanθ(s1-s2)＝(es1-es2)/(s1-s2)、tanθ(s2-s3)＝(es2-es3)/(s2-s3)…tanθ(sn-s(n+1))＝(esn-es(n+1))/(sn-ss(n+1))(n≧1,n∈z)；

δs根据现场调研可能出现的内部缺陷长度选取为0.5mm，畸变值计算输出结果为tanθδs的绝对值，当输出值大于设置时提示缺陷存在，再根据时间t和速度v计算出存在缺陷的位置。

畸变比较值d设置在4～7范围内进行自动识别畸变严重位置，并进行提示缺陷位置，并与预设曲线比较判断是否存在内部缺陷及缺陷类型。

光电电场传感器在高压端时开始记录数据，当滑动到低压端部时单次测量结束并保存数据，为了测量准确每串绝缘子、每个测量轨道测量多次，进行对比分析。

本发明一种输电线路复合绝缘子缺陷检测的带电作业装置，有益效果是：利用质量轻、无高压绝缘问题的光电电场传感器，采用多臂伸缩调速、锯齿调角以适应垂直串、耐张串、v型串绝缘子的检测，通过地面远程操作对挂网运行的复合绝缘子进行近距离的缺陷检测。单次检测完成后利用采集与记录软件快速计算电场强度畸变值，并与设定值比较，判断是否存在内部缺陷及缺陷类型。

附图说明

图1为本发明装置的测试示意图；

其中101-均压环，102-芯棒，103-绝缘子大伞裙。

图2为正常电场强度变化曲线图。

图3缺陷处电场强度变化曲线图。

具体实施方式

如图1所示，一种输电线路复合绝缘子缺陷检测的带电作业装置，包括：光电电场传感器201、滑动轨道203、升降机构204、偏振光源模块205、地面采集与计算模块209。滑动轨道203距离绝缘子大伞裙103外表面一定距离，光电电场传感器201沿滑动轨道203由高压端往低压端匀速滑动，所述光电电场传感器201与绝缘杆202连接，绝缘杆202与升降机构204连接。偏振光源模块205中的激光源经过起偏器、保偏光纤20与光电电场传感器201相连，偏振光在光电电场传感器201中经过调制传输到下一级保偏光纤，再进入光电转换模块208；光电转换模块208将经过电场调制后的偏振光信号转换为电信号，电信号接入地面采集与计算模块209的工控机采集卡中，通过labview采集软件进行记录，将记录的数据在labview中打开绘制电场强度数值曲线。计算数值曲线畸变严重的位置，当畸变值超过设定值时自动提示缺陷位置。工控机为研华的3072la,采集卡为凌华的9812。

所述数值曲线中电场强度e的单位为kv/m，沿绝缘子位移s的单位为cm，s的值通过时间t和输入滑动速度v计算得出s＝t*v。

所述的畸变计算公式为：tanθδs＝δe/δs，即tanθ(s1-s2)＝(es1-es2)/(s1-s2)、tanθ(s2-s3)＝(es2-es3)/(s2-s3)…tanθ(sn-s(n+1))＝(esn-es(n+1))/(sn-ss(n+1))(n≧1,n∈z)。

δs根据现场调研可能出现的内部缺陷长度选取为0.5mm。畸变值计算输出结果为tanθδs的绝对值。

所述畸变比较值d设置在4～7范围内，进行自动识别畸变严重位置并进行提示缺陷位置，并与预设曲线比较判断是否存在内部缺陷及缺陷类型。

畸变值表达了电场强度在气隙或导通性缺陷处的快速变化程度，电场强度传感器移动到缺陷点时，由于正常和缺陷部位场强发生突变形成较大场强差。根据试验得出缺陷场强差最小约为2～3.5，导通性缺陷的场强差绝对值相对较大。在通过大伞裙和小伞裙连接处时场强会发生微小波动，较小的场强波动属于正常现象，为了防止误提示，设置一个临界范围。即设置一个临界值，当大于此临界值时提示可能存在内部缺陷，并根据滑动时间和速度计算缺陷位置并提示。

所示预设曲线是在实验室多次试验，模拟复合绝缘子正常、缺陷情况下的电场强度变化曲线，找出其各自情况下的变化规律。

所述光电电场传感器201在高压端时开始记录数据，当滑动到低压端部时单次测量结束并保存数据，为了测量准确每串绝缘子、每个测量轨道测量3次进行对比分析。

从高压端向低压端滑动是为了确定一个滑动方向，每次滑动完保存一次数据是为了多次滑动的数据可以直观的对比分析。对提示缺陷的复合绝缘子可以将多次数据绘制在一幅绝缘子场强从高压端向低压端变化的图中，方便多次比对场强波动位置从而验证缺陷。

偏振光源模块205中的zigbee子模块与地面采集与计算模块209中的工控机无线连接，由工控机控制光源的开断。zigbee子模块为zigbeecc2530开发套件，实现点对点控制光源开断。

所述调角机构206为两部分锯齿调角结构，单部分调角范围为0～180°、调节刻度为1°，调角机构206用以调整、固定升降杆的角度，使滑动轨道203与绝缘子大伞裙103外表面保持平行。

调角机构206主要包括：步进电机和减速齿轮、调角齿轮。zigbee连接步进电机，步进电机连接减速齿轮，减速齿轮连接调角齿轮，在调角齿轮上固定升降机构。通过地面控制zigbee开断脉冲信号，使步进电机带动减速齿轮，步进电机的转动角度由输入脉冲数决定，每次脉冲使减速齿轮转动1°，减速齿轮与调角齿轮保持相等刻度旋转。调角齿轮的调角范围为0～180°、调节刻度为1°。

所述升降机构204用于控制绝缘杆202匀速上升、下降的速度、以及与绝缘子大伞裙103的距离。

升降机构204类似于竹节式电动推杆。包括：电动机、减速齿轮、丝杆螺母、推杆。电动机连接减速齿轮，减速齿轮咬合丝杆螺母，丝杆螺母连接推杆。减速齿轮位于丝杆螺母的侧部。zigbee远程控制模块控制电动机的转动和转动方向，电动机经齿轮减速后带动丝杆螺母做伸缩运动。把电机的旋转运动变成直线运动，利用电动机正反转完成推杆动作。

所述滑动轨道203为距离绝缘子大伞裙103的距离d保持在10mm～15mm范围内，测量点较近测试准确。滑动测量时，光电电场传感器201保持匀速滑动，速度v保持在0.5cm/s～1.5cm/s范围内，由高压端往低压端滑动。

滑动轨道203是距离绝缘子一定距离设置的一个滑动轨道，距离绝缘子太远场强不够大，太近局部变化不明显，通过试验表明10mm～15mm相对比较容易识别内部缺陷。

滑动轨道203针对每串绝缘子测量时，距离d固定，每串绝缘子布置两条滑动轨道203，布置一条滑动轨道很难识别滑动测量点对面的缺陷故障，每串绝缘子布置两条滑动轨道203就会解决这个问题。两条滑动轨道203沿绝缘子芯棒102对折重合。

所述光电电场传感器201为质量较轻的bgo晶体材料、光纤传输测量信号无需考虑绝缘问题，高空带电测量方便。输出光功率其中pi为输入线偏振光的光功率；为传感器固有相位差；为电场的调制相位差。

一种输电线路复合绝缘子缺陷检测方法，包括以下步骤：

a.现场调节光电电场传感器201距离复合绝缘子伞裙外表面的距离、滑动速度；以及滑动轨道203。

b.光电电场传感器201按步骤a设计参数，沿绝缘子全长滑动测量电场强度随绝缘子长度的变化情况。

c.将单次测量的电场强度数据利用labview采集软件记录、保存在工控机中。

d.通过labview采集软件将保存的数据打开，绘制电场强度与复合绝缘子长度的电场强度数值曲线。

e.对绘制的电场强度曲线进行畸变程度计算。

f.将畸变值与设定值比较，当畸变值大于设定值时自动提示缺陷位置。再与预设曲线相比较，判断是否具有内部缺陷。

本发明适用竖直串、v型串复合绝缘子内部缺陷检测。在竖直串的绝缘子情况下，与绝缘子表面保持平行滑动相对简单。对于v型串或者耐张串绝缘子，绝缘子不是竖直排列的而是倾斜的，单个调角机构很难调节传感器在绝缘子串表面滑动时与绝缘子表面保持平行，设置的两个调角机构参与调节角度，可以调节传感器在绝缘子串表面滑动时与绝缘子表面保持平行。