一种超声波遥测局放检测装置的制作方法

本实用新型涉及检测技术领域，尤其涉及一种超声波遥测局放检测装置。

背景技术：

局部放电是指当外加电压在电气设备中产生的场强足以使绝缘部分区域发生放电，但在放电区域内未形成固定放电通道的放电现象，这种放电以进造成导体间的绝缘局部短接而不形成导电通道为限；每一次局部放电对绝缘介质都会有一些影响，而强烈的局部放电，则会使绝缘强度很快下降，这是使高压电力设备绝缘损坏的一个重要因素；当绝缘发生局部放电时就会影响绝缘寿命，当局部放电超过一定程度时，应将设备退出运行，进行检修或更换；

当下的10kv配网线路绝大多数为绝缘线路，而绝缘故障多半为隐蔽故障，绝缘子击穿时，巡视人员难以通过肉眼判断，实际检测过程中通常需要登杆并停电作业，测量时间长，大面积的配网线路带电检测工作量巨大，常规检测手段难以实现，不仅需耗费大量人力物力，还需将线路停电，这将极大影响配网供电可靠性；进一步的，由于局放产生的超声波能量很低，在传播过程中还会发生衰减、反射、吸收，传感器接收到的信号很微弱；现有技术中采用的聚波器对超声信号进行汇聚，但其面积较小，直径通常为16cm，并没有明显提高检测的准确性的效果；

鉴于此，为克服上述缺陷，提供一种超声波遥测局放检测装置成为本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了提供一种超声波遥测局放检测装置，采用非接触式测量方式，线路无需断电，测量方便快捷，检测准确性高。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为：一种超声波遥测局放检测装置，所述检测装置包括：聚波器和连接于聚波器信号输出端的信号处理设备；

所述聚波器包括聚波器本体和超声波传感器；所述聚波器本体呈喇叭形，所述超声波传感器设于聚波器本体内部中心；所述聚波器本体的内反射面为抛物面，所述抛物面用于将远处的局放超声信号聚集到超声波传感器，所述抛物面直径大于65cm；

所述信号处理设备包括壳体和设于壳体内的信号处理系统；所述信号处理系统用于将超声波传感器检测的信号进行放大采集，所述信号处理系统包括供电单元、放大单元和信号采集单元；所述供电单元的信号输入端外接220v交流电，所述供电单元的信号输出端与放大单元和信号采集单元的电源端连接；所述放大单元的信号输入端连接于超声波传感器的信号输出端，所述放大单元的信号输出端连接于所述信号采集单元的信号输入端，所述信号采集单元的信号输出端连接于另设的上位机；所述放大单元包括依次连接的前置放大电路、滤波电路和增益放大电路。

按以上方案，所述聚波器本体外侧设有把手，方便操作人员手持及变换聚波器本体的朝向，操作方便快捷。

按以上方案，所述超声波传感器的信号接收距离大于25米；实现非接触式测量时超声信号的远距离接收。

按以上方案，所述供电单元包括开关电源、第一电压转换电路和第二电压转换电路；所述开关电源的输入端外接220v交流电用于将220v交流电转换为+24v直流电，所述第一电压转换电路的信号输入端连接于开关电源的信号输出端用于将+24v直流电转换为+5v直流电，所述第二电压转换电路的信号输入端连接于第一电压转换电路的信号输出端用于将+5v直流电转换为-5v直流电。

按以上方案，所述前置放大电路包括运算放大器u1和连接于运算放大器u1的外部电阻rg；所述运算放大器u1的型号为ad620，运算放大器u1的输入端连接于超声波传感器的信号输出端；运算放大器u1的正电源端连接于第一电压转换电路的信号输出端，运算放大器u1的负电源端连接于第二电压转换电路的信号输出端；运算放大器u1的外部电阻连接端连接外部电阻rg，前置放大电路的放大倍数为：g＝49.9kω/rg+1。

按以上方案，所述滤波电路为压控电压源二阶高通滤波电路，包括运算放大器u2、滤波电容c8和c9、负载电阻r3和r4；滤波电容c8的输入端连接于运算放大器u1的输出端，滤波电容c8的输出端串联负载电阻r3后与运算放大器u2输出端相连，所述滤波电容c9的输入端连接于滤波电容c8的输出端，所述滤波电容c9的输出端串联负载电阻r4后接地，所述运算放大器u2的同向输入端与滤波电容c9的输出端相连；运算放大器u2的反向输入端与输出端相连配置成缓冲器；运算放大器u2的正电源端连接于第一电压转换电路的信号输出端，运算放大器u2的负电源端连接于第二电压转换电路的信号输出端。

按以上方案，所述增益放大电路包括运算放大器u3、第一分压电阻r7和第二分压电阻r8；所述运算放大器u3的型号为ad603，第一分压电阻r7和第二分压电阻r8串联连接，第一分压电阻r7和第二分压电阻r8的中间接点连接ad603的增益控制电压正相输入端，第一分压电阻r7的另一端连接于第一电压转换电路输出端，第二分压电阻r8的另一端接地；运算放大器u3的运放输入端连接于运算放大器u2的信号输出端；运算放大器u3的反馈网络连接端和运放输出端之间连接负载电阻r10；运算放大器u3的正电源端连接于第一电压转换电路的信号输出端，运算放大器u3的负电源端连接于第二电压转换电路的信号输出端；所述运算放大器u3的运放输出端连接于信号采集单元。

按以上方案，所述信号采集单元为数据采集卡，其型号为ad6021；采集精度高。

本实用新型具有如下有益效果：

一、本实用新型采用超声波传感器对局放产生的超声信号进行检测，在超声波传感器上加装喇叭状的聚波器本体，聚波器本体的内反射面为抛物面，抛物面用于将远处绝缘子局放产生的超声信号聚集到超声波传感器；所述抛物面直径大于65cm；抛物面面积越大，能够将绝缘子局放发出的分散的超声波更好的捕获到，提高了超声信号强度，从而提高局放测试强度的准确性；在远距离的情况下也能检测到局放产生的超声信号从而实现局放异常检测；本实用新型采用非接触式测量方式，在检测时，无需将线路断电，操作人员也无需登杆或采取安全措施，可省去登杆时间，可方便快捷地测量配网架空线路绝缘子局放异常，省时省力，检测准确性高；满足对电力设备运行抢修的需求，提高了运维人员的工作效率，减少了设备缺陷造成的停电时间，提升电网企业的管理水平和工程质量；

二、本实用新型的放大单元采用了依次连接的前置放大电路、滤波电路和增益放大电路，在进行放大的同时保证前后电路的阻抗匹配，保证信号的不失真；滤波电路对进行抑噪，使信号的能量集中在最佳检测频带，进一步提高检测的准确性。

附图说明

图1为本实用新型实施例整体结构示意图；

图2为本实施例中信号处理系统结构框图；

图3为本实施例中放大单元的结构框图；

图4为本实用新型中供电单元中第一电压转换电路的电路图；

图5为本实用新型中供电单元中第二电压转换电路的电路图；

图6为本实用新型中前置放大电路的电路图；

图7为本实用新型中滤波电路的电路图；

图8为本实用新型中增益放大电路的电路图；

图9为本实用新型的工作示意图。

附图标记：1、聚波器；101、聚波器本体；102、超声波传感器；103、把手；2、信号处理设备；201、壳体；202、信号处理系统；3、上位机；4、绝缘子。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

请参考图1至图9，本实用新型为一种超声波遥测局放检测装置，所述检测装置包括聚波器1和连接于聚波器1信号输出端的信号处理设备2；所述聚波器1包括聚波器本体101和超声波传感器102；所述聚波器本体101呈喇叭形，所述超声波传感器102设于聚波器本体101内部中心；所述信号处理设备2包括壳体201和设于壳体201内的信号处理系统202；所述信号处理系统202的信号输入端连接于所述超声波传感器102的信号输出端，所述信号处理系统202的信号输出端连接至上位机3。

参阅图1，聚波器本体101的内反射面为抛物面，所述抛物面用于将远处的超声信号聚集到超声波传感器102；所述抛物面直径大于65cm，采用聚波器本体101后，超声信号强度增加了至少16倍；所述聚波器本体101外侧设有把手103；超声波传感器102的信号接收距离大于25米，本实施例中，超声波传感器102采用南京志得电力技术有限公司生产的空气超声波传感器102，型号为zd-aa04m，该传感器中心频率为40khz。超声波传感器102检测到的绝缘子4局放产生的超声波信号后传输至信号处理设备2进行数据处理后上传至另设的上位机3显示检测结果。

参阅图2，信号处理系统202包括放大单元、信号采集单元和供电单元；供电单元的信号输入端外接220v交流电，供电单元的信号输出端与放大单元和信号采集单元的电源端连接为放大单元和信号采集单元提供工作电压；放大单元的信号输入端连接于超声波传感器102的信号输出端对检测的微弱超声信号进行放大，放大单元的信号输出端连接于所述信号采集单元的信号输入端，信号采集单元的信号输出端连接于上位机3；信号采集单元对放大后的超声信号进行采集并上传至另设的上位机3获得检测结果。

参阅图2、图4和图5，供电单元满足电路中不同元器件正常工作的不同供电的需要，供电单元包括开关电源、第一电压转换电路和第二电压转换电路，开关电源的输入端外接220v交流电用于将220v交流电转换为+24v直流电，第一电压转换电路的信号输入端连接于开关电源的信号输出端用于将+24v直流电转换为+5v直流电，第二电压转换电路的信号输入端连接于第一电压转换电路的信号输出端用于将+5v直流电转换为-5v直流电。

本实施中，所述开关电源采用型号为nes-35-24的开关电源；第一电压转换电路包括ua78m05芯片，经开关电源转换后的+24v电压输入ua78m05芯片的输入端vin，输出端vout输出+5v电压，ua78m05芯片的输入端vin串联电容c15后接地，电容c15还并联有电容e1，ua78m05芯片的输出端vout串联电容c16后接地，电容c16还并联有电容e2，ua78m05芯片的的接地端接地；电容c15、c16、e1和e2均用作滤波，增强电路的抗干扰特性；第二电压转换电路包括tps60400芯片和3个滤波电容c17、c18和c18，c17、c18和c18均为1μf，tps60400芯片用于反转输入电压，tps60400芯片的输入端2脚连接ua78m05芯片的输出端vout获取+5v电压，tps60400芯片的输出端1脚输出-5v电压，tps60400芯片的接地端4脚接地，输入端2脚串联滤波电容c17后接地，输出端1脚串联滤波电容c18后接地，3脚和5脚之间设有滤波电容c19。

参阅图3、图6、图7和图8，放大单元包括前置放大电路、滤波电路和增益放大电路。

局部放电超声波传感器102输出的信号一般很微弱，因此要求放大电路具有高增益、低噪声的特点，所述前置放大电路包括运算放大器u1和连接于运算放大器u1的外部电阻rg；运算放大器u1的型号为ad620；本实施中的前置放大电路采用ad620作为前置放大器，电路连接简单、噪声小、灵敏度高；参阅图6，本实施例中，运算放大器u1即ad620的两个输入端2脚和3脚分别用无极性电容c1和c2交流耦合输入，为了减小环境中的低频干扰，例如50hz的工频干扰，两个耦合电容c1和c2分别和两个一端接地的负载电阻r1和r2组成高通滤波器。ad620芯片的7脚和4脚分别为正负电源供电端口，运算放大器u1的正电源端连接于第一电压转换电路的信号输出端，运算放大器u1的负电源端连接于第二电压转换电路的信号输出端；为了防止电源端噪声耦合进入运算放大器u1中，负电源端4脚串联瓷片电容c3后接地，瓷片电容c3两端并联有电解电容c4，正电源端7脚串联瓷片电容c5后接地，瓷片电容c5两端并联有电解电容c6；引脚5为基准引脚，为了保证芯片能正常工作，5脚接地即可；运算放大器u1的外部电阻连接端即1脚和8脚之间连接外部电阻rg，前置放大电路的放大倍数为：g＝49.9kω/rg+1；本实施例中，rg的阻值为5.1kω，g＝49.9kω/rg+1＝10，ad620对超声波传感器102的电压信号进行了10倍放大。

在现场局部放电检测中，滤波电路进一步对环境中机械振动噪声或其他噪声的干扰进行滤除，保留有用信号；参阅图7，本实施例中的滤波电路为压控电压源二阶高通滤波电路，包括运算放大器u2、滤波电容c8和c9、负载电阻r3和r4；滤波电容c8的输入端连接于运算放大器u1的输出端，滤波电容c8的输出端串联负载电阻r3后与运算放大器u2输出端相连，所述滤波电容c9的输入端连接于滤波电容c8的输出端，所述滤波电容c9的输出端串联负载电阻r4后接地，所述运算放大器u2的同向输入端3脚与滤波电容c9的输出端相连；运算放大器u2的反向输入端2脚与输出端1相连配置成缓冲器；运算放大器u2的正电源端8连接于第一电压转换电路的信号输出端获得+5v电压，运算放大器u2的负电源端4脚连接于第二电压转换电路的信号输出端获得-5v电压。

超声波为振动频率高于20khz的声波，滤波电路要求高通滤波的截止频率为20khz，截止频率f＝1/(2πrc)，为方便计算，取c8＝c9＝c，r3＝r4＝r，取c8＝220pf，由上式得r3＝36kω。

增益放大电路用于对滤除噪声后的电压信号进一步放大；参阅图8，增益放大电路包括运算放大器u3、第一分压电阻r7和第二分压电阻r8；运算放大器u3的型号为ad603，第一分压电阻r7和第二分压电阻r8串联连接，第一分压电阻r7和第二分压电阻r8的中间接点连接ad603的增益控制电压正相输入端1脚，第一分压电阻r7的另一端连接于第一电压转换电路输出端，第二分压电阻r8的另一端接地，ad603的增益控制电压反相输入端2脚接地；运算放大器u3的运放输入端3脚串联电容c10后连接于运算放大器u2的信号输出端，交流耦合输入；运算放大器u3的反馈网络连接端5脚和运放输出端7之间连接负载电阻r10；运算放大器u3的正电源端8脚连接于第一电压转换电路的信号输出端，运算放大器u3的负电源端6脚连接于第二电压转换电路的信号输出端；为了防止电源端噪声耦合进入运算放大器u3中，负电源端6脚串联瓷片电容c12后接地，瓷片电容c12两端并联有电解电容c11，正电源端8脚串联瓷片电容c14后接地，瓷片电容c14两端并联有电解电容c13，瓷片电容和电解电容并联接地去耦，提高系统稳定，抑制自激；运算放大器u3的运放输出端7脚连接于信号采集单元。

增益放大电路的增益控制电压vg＝vcc*r8/(r7+r8)＝4.55v，vg在-0.5v至+0.5v内有效，大于+0.5v记为+0.5v，在30mhz带宽时，增益为ag＝40vg+20＝40×0.5+20＝40db，增益放大电路对滤波电路输出的电压信号进行了40倍放大。

放大单元实现了对超声波传感器102检测的局放电压信号放大的同时提高了抗干扰能力，保证了信号的检测能力。

放大单元放大后的电压信号输入至信号采集单元，信号采集单元连接至上位机3将电压信号通过上位机3进行局放检测结果的显示；本实施例中，信号采集单元为北京双诺测控技术有限公司生产的数据采集卡，所述数据采集卡型号为ad6021，采集精度高。

参阅图9，图9为本实施例超声波遥测局放检测装置工作时的示意图，操作人员将聚波器本体101朝向绝缘子4局放测试点，聚波器本体101将局放产生的超声波信号汇聚至超声波传感器102，超声波传感器102将检测到的超声信号经信号处理设备2放大后通过上位机3显示局放检测结果，无需登杆操作，可单人在杆塔底部测量，无需登杆或采取安全措施，并且测量方便快捷，省时省力。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。