用于变压器套管的绝缘缺陷检测装置的制作方法

本发明涉及变压器套管，具体地涉及一种用于变压器套管的绝缘缺陷检测装置。

背景技术：

电气设备是电力系统中重要的组成元素，其正常稳定运行是电力系统安全、可靠运行的重要基础。然而，由于原材料、设计、制造工艺、运输、安装等原因造成绝缘问题上的瑕疵。如果不能及时发现，运行过程中可能会产生局部过热、甚至局部放电等缺陷，甚至将导致设备起火爆炸，严重影响电网和人身安全。目前，套管、互感器等电气设备运行状态下的状态检测手段主要有红外测温、相对介质损耗因数测量。红外测温能够灵敏地发现电流致热型缺陷和整体的电压致热型缺陷，但对小范围集中型的严重缺陷确难以发现，而这类缺陷恰恰可能发展迅速并导致恶性故障的发生；相对介质损耗因数测量需要对设备末屏进行改造，增加了设备运行风险，而且此类测量技术也难以发现小范围集中型的严重缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于变压器套管的绝缘缺陷检测装置，该绝缘缺陷检测装置能够对变压器套管的电场、磁场分布特征进行检测并判断出该变压器套管的缺陷类型。

为了实现上述目的，本发明实施方式提供一种用于变压器套管的绝缘缺陷检测装置，该绝缘缺陷装置可以包括：

量子传感器，设置在变压器套管的末屏处；

电子自旋共振谱仪，电子自旋共振谱仪可以包括激光发生器和微波收发器，用于：

控制激光发生器向量子传感器发射激光以激发量子传感器；

控制微波收发器向量子传感器发射微波信号并接收该量子传感器反馈的微波信号；

根据反馈的微波信号生成变压器套管的电场和/或磁场强度的分布特征；

处理器，用于根据该分布特征判断变压器套管是否存在缺陷以及在判断出变压器套管存在缺陷的情况下确定该缺陷的缺陷类型。

可选地，该量子传感器可以包括金刚石。

可选地，该激光发生器可以通过光纤向量子传感器发射激光，该微波收发器可以通过电缆发射并接收微波。

可选的，该绝缘缺陷检测装置还可以包括警报器和显示器。该处理器还可以用于在确定变压器套管属于严重缺陷的情况下启动该警报器。

可选地，该处理器还可以用于：将检测到的电场和/或磁场强度的分布特征与预先存储的电场和/或磁场强度在空间上的分布模型进行比对，根据比对结果判断该变压器套管是否存在缺陷以及在存在缺陷的情况下该缺陷的缺陷类型。

可选地，该分布模型可以是使用神经网络建模的分布模型。

可选地，该神经网络可以是径向基函数(Radial Basis Function，RBF)神经网络。

通过上述技术方案，该绝缘缺陷检测装置及方法能够对变压器套管的电场和/或磁场分布特征进行检测，通过将大量样本学习建立的电场和/或磁场强度的分布特征与检测到的电场和/或磁场强度的分布特征进行比对，从而判断出该变压器套管是否存在缺陷以及在存在缺陷的情况下的缺陷类型。

本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一实施方式的用于检测变压器套管的绝缘缺陷的方法的流程图；

图2是根据本发明的一实施方式的用于变压器套管的绝缘缺陷检测装置的示意图；

图3是根据本发明的一实施方式的用于变压器套管的绝缘缺陷检测装置的结构框图；

图4是根据本发明的一实施方式的用于变压器套管的绝缘缺陷检测装置的结构框图；以及

图5是根据本发明的一实施方式的用于变压器套管的绝缘缺陷检测装置的结构框图。

附图标记说明

10、变压器套管 20、量子传感器

30、电子自旋共振谱仪 31、激光发生器

32、微波收发器 40、处理器

50、警报器 60、显示器

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施方式的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施方式，并不用于限制本发明实施方式。

图1是根据本发明的一实施方式的用于检测变压器套管的绝缘缺陷的方法的流程图。在图1中，该方法可以包括：

在步骤S10中，设置量子传感器。在该实施方式中，可以是在如图2所示的变压器套管的末屏处设置量子传感器。对于该量子传感器的数量，可以是根据实际需要检测的电场和/或磁场强度的精度来确定。

在步骤S11中，激光发生器向设置在变压器套管外表面的量子传感器发射激光以激发量子传感器。在该实施方式中，可以是采用电子自旋共振谱仪中的激光发生器向该量子传感器发射激光以激发该量子传感器。

在步骤S12中，微波收发器向量子传感器发射微波信号并接收该量子传感器反馈的微波信号。在该实施方式中，可以例如是采用电子自旋共振谱仪中的微波收发器来对该量子传感器发射微波信号并接收该量子传感器反馈的微波信号。

在步骤S13中，电子自旋共振谱仪根据反馈的微波信号得到变压器套管器的电场和/或磁场强度在空间上的分布特征；在该实施方式中，可以是采用电子自旋共振谱仪通过该反馈的信号的微波频率来确定该处(量子传感器的设置位置)的电场和/或磁场强度，结合量子传感器的设置位置来确定该变压器套管的电场和/或磁场强度在空间上的分布特征。

在步骤S14中，处理器根据分布特征判断变压器套管是否存在缺陷以及在判断出该变压器套管存在缺陷的情况下确定该缺陷的缺陷类型。在本实施方式中，可以例如将检测到的电场和/或磁场强度的分布特征与预先存储的电场和/或磁场强度在空间上的分布模型进行比对，以判断在该电场和/或磁场强度的分布特征下该变压器套管是否存在缺陷。在该实施方式中，该预设的电场和/或磁场强度在空间上的分布模型可以是通过对大量的变压器套管样本的电场和/或磁场强度的分布特征进行学习而建立的。更进一步地，还可以是根据通过大量样本学习建立的电场和/或磁场强度的在空间上的分布模型来判断该变压器套管的具体缺陷类型。这样便于工作人员对该变压器套管做出有效的措施。此外，也可以在通过大量样本学习建立的电场和/或磁场强度的分布模型中选取一部分作为预警缺陷。在确定该变压器套管存在预警缺陷时，此时说明该变压器套管很可能会在短时间内出问题，这样便于工作人员及时做出预警，避免事故的发生。此外，为了提高运算效率，上述与通过大量样本学习建立的电场和/或磁场强度的分布模型可以例如使用神经网络建模的分布模型，更进一步地，该神经网络可以是RBF(Radial Basis Function，径向基函数)神经网络。

图3是根据本发明的一实施方式的用于变压器套管的绝缘缺陷检测装置的结构框图。在图3中，该绝缘缺陷检测装置可以包括：

量子传感器20，可以设置在变压器套管10的末屏处。在一个示例中，量子传感器20可以是设置在如图2所示的变压器套管10的外表面上。该量子传感器20的数量可以例如是6个，但是实际检测时的数量可以是根据需要检测的电场和/或磁场强度的精度来确定的。在本发明的该实施方式中，该量子传感器20可以是包括金刚石。

电子自旋共振谱仪30，该电子自旋共振谱仪30可以是包括激光发生器31和微波收发器32。该激光发生器31通过对量子传感器20发射激光来激发该量子传感器20。优选地，该激光发生器31可以是通过光纤向该量子传感器20发射激光，通过这样的方式可以避免因为环境中的灰尘等导致激光的反射和折射，从而提高了激光的光照效率。该微波收发器32向量子传感器20发送微波信号同时接收该量子传感器20反馈的微波信号。优选地，可以通过电缆向量子传感器20发送并接收微波信号，通过这样的方式能够避免众多外界干扰信号的影响，从而提高该绝缘缺陷检测装置的准确性。

电子自旋共振谱仪30通过测量接收到的反馈的微波信号的频率测定该处(量子传感器20设置的位置)的电场和/或磁场强度，并结合该量子传感器20的位置得到该变压器套管10的电场和/或磁场强度的分布特征。

该处理器40与电子自旋共振谱仪30连接，用于接收该分布特征。根据该变压器套管10的电场和/或磁场强度的分布特征判断该变压器套管10是否存在缺陷。在该实施方式中，该处理器40中可以预设有多种存在缺陷的变压器套管10的电场和/或磁场强度的分布模型，将检测出的电场和/或磁场强度的分布特征与预设的电场和/或磁场强度的分布模型进行比对，根据比对结果判断该变压器套管10是否存在缺陷以及在判断出存在缺陷的情况下，进一步判断该变压器套管10存在的缺陷类型。

该处理器40可以为通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心相关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、任何其它类型的集成电路(IC)、状态机等。在该实施方式中，该处理器40可以选用量子分析检测系统。虽然上述列出了几种处理器的选用示例，但是这些处理器的选用示例并不对本发明的技术方案构成限制，本领域技术人员也可以理解为其他处理器也是适用的。

在检测时，电子自旋共振谱仪30中的激光发生器31向该量子传感器20发射激光。该量子传感器20设置在该变压器套管10的末屏处，该量子传感器20的数量可以是例如4个。本领域技术人员也可以理解为根据实际的测算精度的需要，该量子传感器20的数量也可以是其他值。该量子传感器20(在本实施方式中，该量子传感器20可以包括金刚石。)在激光的照射下，氮-空位(NV)色心结构中的自由电子产生极化。此时，微波收发器32向该量子传感器20发射微波信号。该量子传感器20在该变压器套管10的电场和/或磁场以及微波信号的作用下引起电子自旋共振。此时，该量子传感器20反射出与自身电子自旋共振的频率相同的反馈微波信号。微波收发器32接收反馈的微波信号并将该反馈的微波信号传输给电子自旋共振谱仪30。该电子自旋共振谱仪50通过检测该反馈的微波信号的频率来计算该变压器套管10的电场和/或磁场强度。处理器40从电子自旋共振谱仪50接收电场和/或磁场强度的分布特征并根据检测出的电场和/或磁场强度的分布特征判断该变压器套管10是否存在缺陷以及在判断出该变压器套管10存在缺陷的情况下确定缺陷类型。

相对于现有技术中的测量技术，该量子传感器20所基于的量子精密测量技术是基于对电子的操控，对被测物体的内部电子极化所反映的物理特征非常敏感。因此，量子传感器20的测量精度对电场可以达到200mV/m(毫伏每米)，对磁场可以达到10^-13T/m(特斯拉每米)，从而获得被测设备运行时电场和/或磁场在空间上的精细分布模型。

图4是根据本发明的一实施方式的用于变压器套管10的绝缘缺陷检测装置的结构框图。与图3中示出的用于变压器套管10的绝缘缺陷检测装置不同之处在于，该绝缘缺陷检测装置可以进一步包括：警报器50，该警报器50与处理器40连接，可以用于启动以提示工作人员。该处理器40还可以用于在确定该变压器套管10属于严重缺陷的情况下启动该警报器50。例如，当处理器40判断出该变压器套管10存在缺陷，从而进一步判断该变压器套管10的缺陷类型，并判断该缺陷类型是否属于严重缺陷。在判断该缺陷类型属于严重缺陷的情况下，启动该警报器50通知工作人员做出相应措施，从而避免出现事故。该警报器50可以选用LED灯、蜂鸣器、语音装置等，本领域技术人员也可以认为其他的警报器也是适用的。

图5是根据本发明的一实施方式的用于变压器套管10的绝缘缺陷检测装置。与图4中示出的用于变压器套管10的绝缘缺陷检测装置不同之处在于，该绝缘缺陷检测装置还可以包括：显示器60，该显示器60可以与该处理器40连接，可以用于至少显示该变压器套管10的缺陷类型。例如，当处理器40检测到该变压器套管10存在缺陷，从而进一步检测该变压器套管10的缺陷类型。此时，处理器40通过该显示器60提示工作人员该缺陷的类型以让工作人员提前做出措施。当该处理器40判断该缺陷类型属于严重缺陷时，该处理器40可以一方面通过显示器60提示工作人员及时采取措施；另一方面也可以通过警报器50提示工作人员。这样通过两次的警报避免因为工作人员的疏忽而造成事故的发生。该显示器60可以选用LED、OLED显示屏等，本领域技术人员也可以认为其他的显示器也是适用的。

在本发明的一个实施方式中，基于如图5所示的用于变压器套管10的绝缘缺陷检测装置，该处理器40还可以被配置成：将检测到的电场和/或磁场强度的分布特征与预先存储的电场和/或磁场强度在空间上的分布模型进行比对，根据比对结果判断出在该电场和/或磁场强度的分布特征下的变压器套管10是否存在缺陷。在比对出存在缺陷的情况下，进一步将检测出的电场和/或磁场强度的分布特征与预先存储的电场和/或磁场在空间上的分布模型进行比对，从而识别出该缺陷的缺陷类型。

在本发明的一个实施方式中，基于对如图5中所示出的用于变压器套管10的绝缘缺陷检测装置，该分布模型可以是使用神经网络建模的，进一步的，该神经网络可以是RBF神经网络。使用神经网络对分布模型进行建模的方法可以是本领域技术人员所知的，本文不再阐述其细节。

以如图5中示出的用于变压器套管10的绝缘缺陷检测装置执行如图1所示的用于变压器套管10的绝缘缺陷检测装置。在工作过程中，量子传感器10可以设置在变压器套管10末屏处。该量子传感器20的数量可以是例如6个。本领域技术人员也可以理解为根据实际的测算精度的需要，该量子传感器20的数量也可以是其他值，该量子传感器20(在本实施方式中，该量子传感器20可以包括金刚石。)在激光的照射下，氮-空位(NV)色心结构中的电子发生极化。电子自旋共振谱仪30控制微波收发器32向该量子传感器20发射微波信号。该量子传感器20在该变压器套管10的电场和/或磁场以及微波信号的作用下引起电子自旋共振并反射与该共振频率的频率相同的微波信号。微波收发器32接收反馈的微波信号并将该反馈的微波信号传输给电子自旋共振谱仪50。该电子自旋共振谱仪50通过检测该反馈的微波信号的频率来计算该变压器套管10的电场和/或磁场强度并通过每个量子传感器20的设置位置来确定该电场和/或磁场强度的分布特征。处理器40中通过RBF神经网络建立预设有多种缺陷情形状态下变压器套管10的电场和/或磁场强度在空间上的分布模型。该处理器40将接收到的实际变压器套管10的电场和/或磁场强度在空间上的分布特征与预设的电场和/或磁场强度在空间上的分布模型进行比对，根据比对结果判断该变压器套管10是否存在缺陷。如果该变压器套管10存在缺陷，那么，处理器40则通过处启动警报器50通知工作人员。此外，该处理器40还可以进一步将检测到变压器套管10的电场和/或磁场强度在空间上的分布特征与预设的电场和/或磁场强度在空间上的分布模型进行比对，从而判断出该缺陷的类型。处理器40通过显示器60显示该变压器套管10存在缺陷并显示相应的缺陷类型。工作人员也可以预先在预设的多种缺陷的电场和/或磁场强度在空间上的分布模型中选出一种或几种作为严重缺陷，那么如果该缺陷属于严重缺陷，那么处理器40通过显示器60提示工作人员该变压器套管10存在严重缺陷。同时，该处理器40也会启动警报器80通知工作人员，从而避免因为工作人员的疏忽而造成事故的发生。

更进一步地，工作人员还可以根据严重缺陷出现的特点，在预设的多种缺陷的电场和/或磁场强度在空间上的分布模型中设置预警缺陷，该缺陷的出现标志着该变压器套管10很可能即将出现严重缺陷。因此，当处理器40比对出该变压器套管10的缺陷为预警缺陷时，也可以通过显示器60向工作人员做出预警，从而提前避免事故的发生。

通过上述技术方案，本发明提出的用于变压器套管10的绝缘缺陷检测装置及方法具有以下优点：

1、利用基于量子精密测量技术的量子传感器对变压器套管10进行测量。通过将通过大量样本学习建立的电场和/或磁场强度在空间上的分布模型与检测到的变压器套管10的电场和/或磁场强度在空间上行的分布特征进行比对，解决了现有技术中只能对变压器套管10整体状态进行测量的问题，实现了对变压器套管10的局部小范围缺陷的检测。

2、通过设置预警缺陷和严重缺陷，在检测到预警缺陷时，能够提示工作人员提前做出准备，避免了事故的发生。在检测到严重缺陷时，能够及时地提示工作人员，避免了事故的进一步恶化。

3、通过对变压器套管10局部小范围的检测，也能够对该变压器套管10缺陷的具体位置进行定位，便于变压器套管10的维修。

以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施方式的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。