叉指型结构的局部放电传感器结构及检测方法与流程

1.本发明涉及叉指型结构的局部放电传感器结构及检测方法。本发明涉及局部放电检测技术领域，更具体的说是涉及一种用于高压套管类设备内部放电源精确定位的传感器结构及检测方法。


背景技术：

2.高压套管在电力变压器、敞开式断路器、户外式避雷器、电流互感器、电压互感器等电力设备上使用非常广泛。近年来发生过多起高压套管绝缘故障，多数是由于套管内部发生局部放电现象，导致绝缘系统劣化甚至造成击穿性故障的发生，给电网的运行带来了极大的安全隐患。目前针对高压套管类设备的局部放电检测方法主要包括高频法、远场射频法和超声检测法。通过实际测试证明：高频法在现场受干扰影响较大，且存在现场检测点位置较高距离高压较近，地排与架构紧贴传感器不易安装等实际情况，现场使用难度较大；远场射频法(包括特高频检测法)具有一定的检测灵敏度，但无法通过单一传感器实现故障位置的确定，如需定位需采用多个传感器和高速示波器进行多点联合计算，通过方程求解，传感器布置要求高、计算复杂，定位精度较差，且一般检测现场具有很强的电磁干扰信号，远距离射频检测方法易受周边设备干扰信号影响；远程超声波法、声学成像法只能检测到套管外部的电晕、爬电能信号，无法检测到套管内部放电信号。
3.因此，如何提供一种针对套管结构特点设计的局部放电检测传感器结构及检测方法，能够实现在现场带电状态下对高压套管内部放电进行检测及对放电位置进行精确定位，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种叉指型结构的局部放电传感器结构及检测方法，具有灵敏度高，空间定位更精准，无需使用示波器等高速采集类处理设备。现场适用该传感器扫描需要检测的设备，利用传感器导向性和幅值差异实现精准空间定位。
5.为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
6.一种叉指型结构的局部放电传感器结构，包括支撑架部；在支撑架部上有传感器组件；传感器组件包括角度可调脉冲近磁场传感器；角度可调脉冲近磁场传感器包括电连接的第一线棒天线部及第二线棒天线。
7.作为上述技术方案的进一步改进：
8.第一线棒天线部及第二线棒天线采用铁氧体磁棒外部绕制漆包线制成，线棒天线外部使用硅橡胶整体浇筑；
9.第一线棒天线部的首端及第二线棒天线的末端接线连接到设置在支撑架部上的信号处理单元接口，将采集到的射频电磁波信号输出。
10.传感器组件包括超声传感组件，超声传感组件包括超声延长探头，超声延长探头电连接有局放超声传感器；超声延长探头连接局放超声传感单元；第一线棒天线部及第二线棒天线成v形、u型或c型开口角度结构，用于与待测高压套管接触；
11.超声延长探头与局放超声传感器接收端面采用陶瓷材料，在超声延长探头与局放超声传感器接收端面之间涂抹适量超声耦合剂并贴合；
12.在测试时，在超声延长探头前端涂抹适量超声耦合剂，超声延长探头的前端与被测套管紧密贴合，接收高压套管内部放电信号。
13.局放超声传感器包括屏蔽外壳；在屏蔽外壳中设置有声电转换器，在声电转换器端部设置有耦合陶瓷片；在声电转换器电连接有信号引出线，在屏蔽外壳与声电转换器之间设置有吸声填充物；
14.耦合陶瓷片将超声延长探头接收到的超声波信号传导有声电转换器，以进行压力波-电压信号变换；
15.电压信号经信号引出线引出至局放超声传感单元；屏蔽外壳引入的外部干扰信号；
16.局放超声传感单元包括声感知驱动单元、信号提取单元及后级输出单元；声电转换器将超声波信号转换为电压信号；声感知驱动单元将输入信号阻抗由高阻状态转换为低阻状态；
17.声感知驱动单元具有固定20db电压增益；
18.信号提取单元，用于在被测环境中，与主控制器构成闭环系统，进行机器学习调节声感知信号提取单元中的滤波频带而获取最佳snr；
19.后级输出单元其具有150ma的电流输出能力；
20.信号处理单元接口将可调脉冲近磁场传感器与超声传感器单元的输出信号连接到航空插头，用于与检测主机、无线信号处理模块电连接。
21.传感器配套有绝缘测量杆；绝缘测量杆包括杆部，在杆端部设置有固定连接部；在固定连接部上连接有加长杆；在加长杆上连接有第一支撑架；
22.在第一支撑架一端设置有第一半座，另一端设置有绳索导向座，在中部设置有伸缩铰接杆；
23.在伸缩铰接杆上通过铰接头铰接有第二活动架中部；在第二活动架一端设置有第二半座；在第二活动架与第一支撑架之间连接有复位弹簧；在第二活动架另一端设置有活动盘卷座，活动盘卷座通过电机或卷簧复位；
24.在固定连接部上设置有底部盘卷座；
25.活动盘卷座通过牵引绳索连接绳索导向座，绳索导向座通过电机或手柄实现牵引牵引绳索；
26.在对应的第一半座的工艺沟槽与第二半座的工艺沟槽中分别通过调节弹簧连接有弧片间隔垫，用于抱合高压套管。
27.局放超声传感单元包括电连接的声感知驱动单元、信号提取单元及后级输出单元。
28.声感知驱动单元包括电阻r2，r3，r4，r5，r6，r7，r8，r9，r10，r11，rp1、电容c3及芯片u1；
29.声感知驱动单元将输入信阻抗有高阻状态变为低阻状态，其具有固定20db电压增益。
30.r13，r14，r15，r16，r17及芯片u2；
31.通过接头jp1接入取样电阻r1将超声传感器感知到的信号转换成电压信号，通过电容c1耦合到声感知驱动单元(3-1)，通过二极管d1和d2进行过压保护；声感知驱动单元(3-1)通过电容c4与信号提取单元连接；电阻rp1在设定范围内调节声感知信号的幅值；
32.信号提取单元对信号进行提取、滤波后通过电容c6与后级输出单元连接，芯片u2对信号进行放大驱动，通过jp2连接至信号处理单元接口。
33.一种局部放电检测方法，包括叉指型结构的局部放电传感器结构；在测试时，将局部放电传感器固定在高压绝缘杆上，通过绝缘杆将可调脉冲近磁场传感器与超声延长探头直接顶到被测套管的伞裙间的凹槽部位，接收套管内部的放电信号。
34.作为上述技术方案的进一步改进：
35.绝缘杆接触被测高压套管的伞裙间的凹槽部位时，执行以下步骤；
36.首先，调节伸缩铰接杆，将传感器结构捆绑在绝缘杆端部，将杆部设置在远离高压套管位置；然后，操控杆部，使得第一半座与第二半座位于高压套管两侧；其次，操控加长杆与伸缩铰接杆，使得弧片间隔垫抱合高压套管，实现绝缘夹持；再次，进行检测；
37.当需要上下移动时候，启动底部盘卷座，牵拉第二活动架，使得第二活动架绕铰接头摆动并张开，随后，移动到设定位置，松开底部盘卷座，在复位弹簧回复力作用下，实现弧片间隔垫再次夹持抱合。
38.与现有的空间射频检测及定位方法相比，采用近场射频天线，定位准确，避免外部空间干扰，无需采用多个传感器和高速示波器，现场操作简便无需方程求解计算，定位结果更为直观。采用近场空间脉冲辐射定位传感器，只需沿需定位设备的外部进行扫描检测，根据幅值和方向变化即可对放电源的空间位置进行定位，具有良好的经济性和适用性。本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。
附图说明
39.图1是本发明的整体结构示意图。
40.图2局放超声传感器结构示意图。
41.图3局放超声传感单元组成框图。
42.图4局放超声传感单元电路原理图。
43.图5是本发明的一种优选使用结构示意图。
44.图6是本发明的高压套管结构示意图。
45.1、第一线棒天线部；2、第二线棒天线；3、超声延长探头；4、局放超声传感器；5、局放超声传感单元；6、支撑架部；7、信号处理单元接口；2-1、耦合陶瓷片；2-2、声电转换器；2-3、信号引出线；2-4、屏蔽外壳；2-5、吸声填充物；3-1、声感知驱动单元；3-2、信号提取单元；3-3、后级输出单元；8、固定连接部；9、加长杆；10、第一支撑架；11、第一半座；12、第二活动架；13、第二半座；14、调节弹簧；15、工艺沟槽；16、伸缩铰接杆；17、铰接头；18、活动盘卷座；19、牵引绳索；20、绳索导向座；21、底部盘卷座；22、复位弹簧；23、连接部；24、超声延长探
头；25、近场线棒天线；26、高压套管。
具体实施方式
46.如图1-6，本发明的传感器结构针对高压套管的层式结构，设计了能够插入套管伞裙缝隙中，与套管外壁紧贴的叉指型近场射频探头和超声延长探头。通过近场感应接收脉冲电磁波，结合超声波信号对套管内部局部放电源进行空间几何定位。
47.该传感器能够通过近场感应接收脉冲电磁波，通过接触式超声传感器接收内部放电引发的超声波信号，对高压套管内部局部放电源进行精确定位，传感器包括：角度可调脉冲近磁场传感器、传感器金属屏蔽支架、超声延长探头、局放超声传感器、局放超声传感单元、信号处理单元接口。与现有的远场射频传感器相比，具有可接触式检测，灵敏度高，定位精准，不受周边设备电磁干扰、声电互补等优点。
48.本发明实施例公开了一种叉指型结构的局部放电传感器，该传感器能够通过近场感应接收脉冲电磁波，结合接触式超声检测传感器对套管设备内部局部放电源进行精确定位，包括：角度可调脉冲近磁场传感器、传感器金属屏蔽支架、超声延长探头、局放超声传感器、局放超声传感单元、信号处理单元接口。
49.可调脉冲近磁场传感器为双线棒型结构，包括第一线棒天线部1和第二线棒天线2，线棒天线与金属屏蔽支架采用柔性鹅颈管结构连接，两线棒天线的角度可在20-120
°
范围内调整，可贴合不同直径的高压套管设备。
50.线棒天线采用铁氧体磁棒外部绕制漆包线制成，外部使用硅橡胶整体浇筑，第一线棒天线部1和第二线棒天线2线圈绕向一致，第一线棒天线部1尾端与第二线棒天线2首端串联，第一线棒天线部1首端和第二线棒天线2尾端引出线引至信号处理单元接口。线棒天线接收信号频率为1～100mhz，接收距离小于0.5米，不收远端干扰影响。
51.超声检测利用超声延长探头3将超声信号传导至局放超声传感器4，超声延长探头3采用陶瓷棒，直径与局放超声传感器4前端接收信号的耦合陶瓷片一致，保证全面贴合，接触面涂抹适量超声耦合剂较小信号传导损失。超声延长探头3可采用弹性伸缩结构，保证延长探头前端与套管外壁可靠接触。
52.局放超声传感单元5如图3所示，由声感知驱动单元3-1、信号提取单元3-2、后级输出单元3-3构成。
53.局放超声传感单元5电路原理图如图4所示。
54.图4中的r2,r3,r4,r5,r6,r7,r8,r9,r10,r11,rp1,c3,u1构成声感知驱动单元3-1。声感知驱动单元3-1将输入信阻抗有高阻状态变为低阻状态，其具有固定20db电压增益。
55.图4中的自动选频滤波器u3构成信号提取单元3-2。信号提取单元3-2可以在被测环境中通过主控制器于其构成闭环系统，进行机器学习调节滤波频带而获取最佳snr。
56.图4中r12,r13,r14,r15,r16,r17,u2构成驱动单元后级输出单元3-3。后级输出单元3-3具有150ma的电流输出能力。
57.局放超声传感单元信号处理流程如下：
58.超声传感器输出信号通过图4中的jp1连接到局放超声传感单元。图4中的取样电阻r1将超声传感器感知到的信号转换成电压信号，通过图4中的c1电容耦合到声感知驱动
单元，图4中的d1和d2为过压保护电路，防止超声传感器感应到的异常信号幅值超过后级单元极限电压而损坏后级各个单元。声感知驱动单元通过图4中的c4与信号提取单元连接。其中图4中rp1在一定范围内能够调节声感知信号的幅值。图4中的信号提取单元对信号进行提取、滤波后通过图4中c6与后级输出单元连接，后级输出单元u2对信号进行放大驱动，通过jp2连接至信号处理单元接口。
59.在一些实施例中，近场接收传感器第一线棒天线部1和第二线棒天线2绕制漆包线直径0.5mm-1mm，匝数为5匝-15匝，漆包线直径优选0.5mm，绕制圈数12匝。
60.传感器配套有绝缘测量杆；绝缘测量杆包括杆部，在杆端部设置有固定连接部8；在固定连接部8上连接有加长杆9；在加长杆9上连接有第一支撑架10；
61.在第一支撑架10一端设置有第一半座11，另一端设置有绳索导向座20，在中部设置有伸缩铰接杆16；
62.在伸缩铰接杆16上通过铰接头17铰接有第二活动架12中部；在第二活动架12一端设置有第二半座13；在第二活动架12与第一支撑架10之间连接有复位弹簧22；在第二活动架12另一端设置有活动盘卷座18，活动盘卷座18通过电机或卷簧复位；
63.在固定连接部8上设置有底部盘卷座21；
64.活动盘卷座18通过牵引绳索19连接绳索导向座20，绳索导向座20通过电机或手柄实现牵引牵引绳索19；
65.在对应的第一半座11的工艺沟槽15与第二半座13的工艺沟槽15中分别通过调节弹簧14连接有弧片间隔垫，用于抱合高压套管26。
66.传感器是在带电状态下检测，由于传感器处于高压场强环境中，因此支架与套管靠近的部位均采用绝缘材料，另外检测时人员需要距套管两米以上，优选为自动适应或远程调节。
67.局放超声传感单元5包括电连接的声感知驱动单元3-1、信号提取单元3-2及后级输出单元3-3。
68.声感知驱动单元3-1包括电阻r2，r3，r4，r5，r6，r7，r8，r9，r10，r11，rp1、电容c3及芯片u1；
69.声感知驱动单元3-1将输入信阻抗有高阻状态变为低阻状态，其具有固定20db电压增益。
70.r13，r14，r15，r16，r17及芯片u2；
71.通过接头jp1接入取样电阻r1将超声传感器感知到的信号转换成电压信号，通过电容c1耦合到声感知驱动单元3-1，通过二极管d1和d2进行过压保护；声感知驱动单元3-1通过电容c4与信号提取单元3-2连接；电阻rp1在设定范围内调节声感知信号的幅值；
72.信号提取单元3-2对信号进行提取、滤波后通过电容c6与后级输出单元3-3连接，芯片u2对信号进行放大驱动，通过jp2连接至信号处理单元接口。
73.本实施例的局部放电检测方法，包括叉指型结构的局部放电传感器结构；在测试时，将局部放电传感器固定在高压绝缘杆上，通过绝缘杆将可调脉冲近磁场传感器与超声延长探头直接顶到被测套管的伞裙间的凹槽部位，接收套管内部的放电信号。
74.绝缘杆接触被测高压套管26的伞裙间的凹槽部位时，执行以下步骤；
75.首先，将传感器结构捆绑在绝缘杆端部，将杆部设置在远离高压套管26位置；然
后，操控杆部，调节伸缩铰接杆16，使得第一半座11与第二半座13位于高压套管26两侧；其次，操控加长杆9与伸缩铰接杆16，使得弧片间隔垫抱合高压套管26，实现绝缘夹持；再次，进行检测；
76.当需要上下移动时候，启动底部盘卷座21，牵拉第二活动架12，使得第二活动架12绕铰接头17摆动并张开，随后，移动到设定位置，松开底部盘卷座21，在复位弹簧22回复力作用下，实现弧片间隔垫再次夹持抱合。
77.传感器可以通过捆绑或螺栓捆绑在绝缘杆上，其可以实现了抱合套管，从而实现了扶正，其利用操控加长杆9实现长度位置调节，通过伸缩铰接杆16实现半座根据不同的套管实现调整，其可以预调整，通过绳索实现半座的铰接开合实现套管的抱合，通过弹簧实现复位，通过调整弹簧实现微调整适应，其兼容，其简单便携，操作方便，通用性强。
78.本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一列举。
79.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。