专利名称：高压电气设备绝缘局部损伤定位探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于检测高压电气设备绝缘故障位置的装置，属检测技术领域。
背景技术：
高压电气设备在生产和生活中应用非常广泛，很多高压电气设备如干式变压器、电缆等，由于存在质量缺陷或运行过程中绝缘损伤，会在这些部位发生局部放电，加速绝缘劣化，形成故障。处理此类问题的关键是如何快速检测放电位置，而目前尚无简单实用的专用设备或仪器确定放电位置，使维修、维护非常困难。特别是因为这种绝缘故障只有在高压时才能暴露出来，而在高压下检测，探测仪器及操作人员的安全又成为首先必须解决的障碍。因此设计和研制一种与被测设备在非接触状态下确定放电位置的装置对于快速检测干式变压器、电缆等产品的放电故障、以便进行及时维修是技术人员面临的迫切任务。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种使用方便、能快速、准确地判定放电位置的高压电气设备绝缘局部损伤定位探测器。
解决上述问题的技术方案是一种高压电气设备绝缘局部损伤定位探测器，它由定向天线1、压电晶片2、电信号接收电路3、超声波信号接收电路4、数据处理电路5、显示装置18组成，其中，定向天线1的信号输出端与电信号接收电路3相连接，压电晶片2的信号输出端与超声波信号接收电路4相连接，电信号接收电路3和超声波信号接收电路4的输出端连接数据处理电路5，数据处理电路5的信号输出端连接显示装置18；所述电信号接收电路3由前置放大电路8、滤波电路10、后级放大电路12组成并依次连接；所述超声波信号接收电路4由阻抗变换电路19、前置放大电路9、滤波电路11、后级放大电路13组成并依次连接；
所述数据处理电路5由A/D转换器14、15、存储器16、CPU组成，它们依次连接，A/D转换器14、15的输入端分别与电信号接收电路3和超声波信号接收电路4的输出端相连接。
上述高压电气设备绝缘局部损伤定位探测器，所述电信号接收电路3的前置放大电路8、滤波电路10、后级放大电路12由运放器U1、U2、U3、电容C1、C2、C3、C4、电感L1、L2组成，运放器U2组成前置放大电路8，电容C2、C3、电感L1、L2组成滤波电路10，运放器U3组成后级放大电路12。
上述高压电气设备绝缘局部损伤定位探测器，所述超声波信号接收电路4中的阻抗变换电路19、前置放大电路9、滤波电路11、后级放大电路13分别由运放器U5、U6、U7、U8、电容C5、C6、C7、C8、电感L3、L4组成，运放器U5组成阻抗变换电路20，运放器U6组成前置放大电路9，电容C6、C7、电感L3、L4组成滤波电路11，运放器U7组成后级放大电路13。
上述高压电气设备绝缘局部损伤定位探测器，在电信接收电路3和超声波信号接收电路4的输出端与A/D转换器14、15的输入端之间分别增设光电变换电路6、7，光电变换电路6、7由电光转换器D1、D2和光电转换器D3、D4组成，电光转换器D1、D2分别与电信号接收电路3和超声波信号接收电路4的输出端相连接，光电转换器D3、D4与A/D转换器14、15的输入端相连接，电光转换器D1、D2和光电转换器D3、D4之间由光纤GX连接。
上述高压电气设备绝缘局部损伤定位探测器，所述定向天线1和压电晶片2封装在探测头内，探测头的前端开口，四周由金属屏蔽壳包围。
本实用新型利用定向天线接收放电部位向空间辐射的局放电磁波信号，同时利用定向压电晶片接收局放超声波信号，再将电声信号经放大处理后，由数据处理电路对电、声信号幅值和时差变化进行分析。比较定向天线接收到的信号强弱可以确定放电点的X、Y坐标，比较天线接收到的信号与超声信号的时间差可以确定Z轴坐标，从而能准确地确定放电部位的三维空间位置。
图1是本实用新型电原理框图；图2是本实用新型电原理图；图3是探测操作示意图。
图中标记如下定向天线1、压电晶片2、电信号接收电路3、超声波信号接收电路4、数据处理电路5、光电变换电路6、7、前置放大电路8、9、滤波电路10、11、后级放大电路12、13、A/D转换器14、15、存储器16、CPU 17、显示装置18、阻抗变换电路19，探测器YQ，被测设备BC，故障点GZ。
具体实施方式
本实用新型的探测原理为，高压设备在高压试验或运行时，其电压一般都在几千伏以上，内部缺陷可能会在高压场强下发生电荷移动而发生放电，并向空间辐射高频电磁波信号，同时还会产生超声波信号向四周空间传播。利用内嵌环型定向天线接收空间辐射的局放电磁波信号，同时利用定向压电晶片接收局放超声波信号，将电声信号经放大处理后，由数据处理单元对电、声信号幅值和时差变化进行分析，通过分析定向天线接收到信号的强弱确定放电点的X、Y坐标，通过测算天线接收到信号与超声信号的时间差，确定Z轴坐标，从而确定放电部位的三维空间位置。因此在图中可以看到，本实用新型有接收电磁波和超声波信号的两个分支电路。
定向天线1(即环状天线)与电信号接收电路3相连接，电信号接收电路3由前置放大电路8、滤波电路10、后级放大电路12依次连接。图中显示，前置放大电路8由运放器U2组成，滤波电路10由电容C2、C3、电感L1、L2组成，后级放大电路12由运放器U3组成。
压电晶片2与超声波信号接收电路4相连接，超声波信号接收电路4由阻抗变换电路19、前置放大电路9、滤波电路11、后级放大电路13依次连接组成。图中显示，阻抗变换电路19由运放器U5组成，前置放大电路9由运放器U6组成，电容C6、C7、电感L3、L4组成滤波电路11，运放器U7组成后级放大电路13。
电信号接收电路3和超声波信号接收电路4的输出端接数据处理电路5，数据处理电路5的信号输出端接显示装置18。数据处理电路5的A/D转换器14、15为U9、U10芯片、存储器16为U11芯片，它们依次连接，A/D转换器14、15的输入端分别与电信号接收电路3和超声波信号接收电路4的输出端相连接。
在电信号接收电路3和超声波信号接收电路4的输出端与A/D转换器14、15的输入端之间分别增设光电变换电路6、7，利用电光转换器D1、D2和光电转换器D3、D4之间的光纤GX可以隔离高压，以确保探测器和操作人员的安全，同时，还可以防止外界杂散电磁波的干扰。
探测时，定向天线1感应到放电产生的电磁波信号后经运放器U1传输到前置放大电路8的运放器U2，然后由C2、L1、L2、C3滤波，滤除外界干扰信号，后经运放器U3再次放大，由电光转换器D1将电信号转换为光信号，再通过光纤GX传输到光电转换器D3，变换为电信号。压电晶片2接收到放电产生的超声波信号后，经运放器U5阻抗变换后，传输到前置放大电路9的运放器U6，然后由C6、L3、L4、C7组成的滤波电路11滤除外界杂音等信号，经运放器U7再次放大后，由电光转换器D2将电信号转换为光信号，再通过光纤GX传输到光电转换器D4，变换为电信号。然后电磁波信号和超声波信号产生的电信号同时送到高速A/D转换器U9、U10转换为数字信号，数据保存到存储器U11内，CPU从存储器U11内读出数据，完成数据处理后，将结果和波形数据送到显示器LCD1显示。
为了使探测方便地进行，并保证准确探测信号，防止外界杂波的干扰，本实用新型将定向天线1和压电晶片2封装在一个探测头内，探测头的前端开口，四周由金属屏蔽材料(如铝)壳体包围。
本实用新型中的A/D转换器采用AD9220高速A/D芯片，CPU采用LPC2106芯片。
权利要求1.一种高压电气设备绝缘局部损伤定位探测器，其特征在于它由定向天线[1]、压电晶片[2]、电信号接收电路[3]、超声波信号接收电路[4]、数据处理电路[5]、显示装置[18]组成，其中，定向天线[1]的信号输出端与电信号接收电路[3]相连接，压电晶片[2]的信号输出端与超声波信号接收电路[4]相连接，电信号接收电路[3]和超声波信号接收电路[4]的输出端连接数据处理电路[5]，数据处理电路[5]的信号输出端连接显示装置[18]；所述电信号接收电路[3]由前置放大电路[8]、滤波电路[10]、后级放大电路[12]组成并依次连接；所述超声波信号接收电路[4]由阻抗变换电路[19]、前置放大电路[9]、滤波电路[11]、后级放大电路[13]组成并依次连接；所述数据处理电路[5]由A/D转换器[14][15]、存储器[16]、CPU[17]组成，它们依次连接，A/D转换器[14]、[15]的输入端分别与电信号接收电路[3]和超声波信号接收电路[4]的输出端相连接。
2.根据权利要求1所述的高压电气设备绝缘局部损伤定位探测器，其特征在于所述电信号接收电路[3]的前置放大电路[8]、滤波电路[10]、后级放大电路[12]由运放器U1、U2、U3、电容C1、C2、C3、C4、电感L1、L2组成，运放器U2组成前置放大电路[8]，电容C2、C3、电感L1、L2组成滤波电路[10]，运放器U3组成后级放大电路[12]。
3.根据权利要求2所述的高压电气设备绝缘局部损伤定位探测器，其特征在于所述超声波信号接收电路[4]中的阻抗变换电路[19]、前置放大电路[9]、滤波电路[11]、后级放大电路[13]分别由运放器U5、U6、U7、U8、电容C5、C6、C7、C8、电感L3、L4组成，运放器U5组成阻抗变换电路[20]，运放器U6组成前置放大电路[9]，电容C6、C7、电感L3、L4组成滤波电路[11]，运放器U7组成后级放大电路[13]。
4.根据权利要求3所述的高压电气设备绝缘局部损伤定位探测器，其特征在于在电信号接收电路[3]和超声波信号接收电路[4]的输出端与A/D转换器[14]、[15]的输入端之间分别增设光电变换电路[6]、[7]，光电变换电路[6]、[7]由电光转换器D1、D2和光电转换器D3、D4组成，电光转换器D1、D2分别与电信号接收电路[3]和超声波信号接收电路[4]的输出端相连接，光电转换器D3、D4与A/D转换器[14][15]的输入端相连接，电光转换D1、D2和光电转换器D3、D4之间由光纤GX连接。
5.根据权利要求4所述的高压电气设备绝缘局部损伤定位探测器，其特征在于所述定向天线[1]和压电晶片[2]封装在探测头内，探测头的前端开口，四周由金属屏蔽壳包围。
专利摘要一种高压电气设备绝缘局部损伤定位探测器，属检测设备技术领域，用于解决绝缘故障位置的探测问题。其技术方案是它由定向天线、压电晶片、电信号接收电路、超声波信号接收电路、数据处理电路、显示装置组成，定向天线与电信号接收电路相连接，压电晶片与超声波信号接收电路相连接，电信号接收电路和超声波信号接收电路的输出端接数据处理电路，数据处理电路的信号输出端接显示装置。本实用新型利用定向天线接收放电部位辐射的电磁波信号，同时利用定向压电晶片接收局放超声波信号，由数据处理电路对电、声信号幅值和时差变化进行分析，确定放电点的X、Y、Z轴坐标，从而确定放电部位的位置。
文档编号G01R31/12GK2890942SQ200620023740
公开日2007年4月18日 申请日期2006年3月14日 优先权日2006年3月14日
发明者何平, 刘大永, 宋毅, 杜玉新 申请人:保定天威集团有限公司