专利名称：一种套管末屏放电超声检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电气设备故障诊断领域，特别涉及套管末屏放电的超声检测装置。
背景技术：
高压套管是一种在电力系统中应用极其广泛和众多的元件，起到高压绝缘和机械支撑的作用，目前以电容型套管居多。这些电容型设备，如油纸绝缘的套管、电流互感器，绝缘是由一层层绝缘纸卷制而成。每层绝缘纸间卷有锡箔层，称为电容屏。这种结构可以使电压分布均勻。最外一层电容屏称为末屏。由于介损测量、电容测量、脉冲电流法局部放电测量等电力预防性试验的需要，套管内部的末屏非死接地，易在接地处出现接触不良或断开问题。在电力运行中，一旦套管末屏接地不良，末屏将产生较高的悬浮电位，从而引起末屏对地放电。该种类型的放电在起始阶段就表现出放电量特别大，放电次数较多的特征，并产生较高的热量。长时间的高能、高热放电会进一步加大末屏与接地极之间的间隙，若任其发展最终会导致严重短路事故。近年来，套管末屏接地不良引起的电力事故并不罕见，受到了电力行业相关企业和机构的重视。红外成像仪、紫外成像仪、局放超声检测装置等常用仪器应用于套管末屏放电带电检测都有局限性。红外成像与温度紧密相关，而套管末屏放电不一定伴随有明显的温升， 即便有也较为滞后，且受季节、天气等环境影响大，检测直观性和准确性不够。套管末屏放电发生在金属外壳内，紫外成像难以诊断到放电辐射出的紫外线。局部放电超声检测装置通常需要在每台套管内部安装接触式传感器，并通过缆线传递信号，安装复杂，造价高。现有技术中有一种绝缘子污秽放电超声监测方法和装置，采用了非接触式的超声监测方法，通过对超声传感器获得的放电超声信号进行处理判断，监测绝缘子表面污秽放电的情况。但是该现有技术仅针对绝缘子污秽引起的表面放电，无法通过对外壳遮挡、检测距离变化、湿度影响、风的影响、大气压力影响等因素进行修正之后得到套管末屏放电的准确信息，并且该技术仅用于监测，没有实现便携巡检用途。总之，目前还没有专门针对套管末屏放电的可直观观察放电幅值及波形且操作简单的带电检测方法和便携装置。
发明内容本实用新型实施例的目的在于提供一种套管末屏放电超声检测装置，以解决现有技术无法直观观察放电幅值及波形、操作复杂、携带不方便的缺陷。为实现上述目的，本实用新型实施例提供一种套管末屏放电超声检测装置，该装置包括超声接收器，用于将接收到的超声信号转换成模拟电信号；放大电路，与所述超声接收器相连接，接收所述超声接收器转换的模拟电信号进行匹配放大；滤波电路，与所述放大电路相连接，将放大的模拟电信号进行带通滤波；模拟/数字采集电路，与所述滤波电路相连接，将所述模拟电信号转换成数字信号；主控电路，与所述模拟/数字采集电路相连
3接，接收转换后的数字信号进行处理；外围设备，与所述主控电路相连接，用于数据的输入 /输出和存储。在一优选实施例中，本实用新型的套管末屏放电超声检测装置还包括主红外定位镜头，与所述超声接收器相连接，利用红外光线的线性特征以及较好可视性使超声接收器与套管末屏处于同一直线上，保证超声接收器在较小角度范围内，最大地接收来自末屏放电的超声信号。所述外围设备包括设置面板，用于供用户进行参数设置；存储卡，用于存储数据；显示屏，用于显示检测结果；所述显示屏是液晶显示屏；音频输出设备，用于音频信号实时输出，所述音频输出设备是耳机或扬声器。在一优选实施例中，本实用新型的套管末屏放电超声检测装置还包括电源，用于给所述套管末屏放电超声检测装置的各个部件及电路提供工作电力，所述电源为蓄电池。所述超声接收器是频率为40kHz的超声传感器。本实用新型实施例提供的套管末屏放电超声检测装置能清楚观察放电幅值、放电波形等信息，并听到放电声音，可以方便地确定高压套管末屏是否存在放电。另外，利用该装置长期积累的检测数据进行分析可以了解设备工作状态，提高设备缺陷的预知能力，为电力设备状态检修或状态评估提供有效的数据支持，从而减少电力事故的发生，减少经济损失和社会影响。
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分， 并不构成对本实用新型的限定。在附图中图1为本实用新型套管末屏放电超声检测装置的原理框图；图2为本实用新型套管末屏放电超声检测装置的侧面视图；图3为本实用新型套管末屏放电超声检测装置的正面视图；图4为本实用新型套管末屏放电超声检测装置的主控程序流程图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。实施例一请参阅图1，图1是本实用新型套管末屏放电超声检测装置的原理框图，如图1所示，该套管末屏放电超声检测装置包括超声接收器1，用于将接收到的超声信号转换成模拟电信号；放大电路2，与所述超声接收器1相连接，接收所述超声接收器1转换的模拟电信号进行匹配放大；滤波电路3，与所述放大电路2相连接，将放大的模拟电信号进行带通滤波；模拟/数字(A/D)采集电路4，与所述滤波电路3相连接，将所述模拟电信号转换成数字信号；
4[0025]主控电路5，与所述模拟/数字采集电路4相连接，接收转换后的数字信号进行处理；外围设备，与所述主控电路5相连接，用于数据的输入/输出和存储。所述外围设备包括设置面板6，用于供用户进行参数设置；存储卡7，用于存储数据；显示屏8，用于显示检测结果，本实施例中采用液晶显示屏为例；音频输出设备9，用于音频信号实时输出，该音频输出设备9可以是扬声器或者耳机、音箱等，本实施例以耳机为例。在本实施例中，超声接收器1采用频率为40kHz的超声传感器。放大电路2采用美国TI公司芯片LM3M构成的三级放大电路，以保证经一定传输距离衰减之后的末屏放电超声信号得以放大。滤波电路3采用基于MAXIM公司系列芯片MAX274的Chebyshev有源二阶带通滤波器。A/D采集电路4采用串行输入的12位高速模数转换芯片ADS7816S，同时增加由快速数字光隔芯片6N137构成的光电隔离电路，实现对主控电路有效的隔离保护。主控电路5采用ATMEL公司AVR系列8位高速单片机ATmagel6。该芯片内部已集成了定时/计数器，模拟比较器，串行通信接口，看门狗定时器WDT等电路，同时具有32个 I/O引脚，方便外围电路的扩展，满足本发明的设计要求。芯片内部还集成了 8路10位A/D 转换器，但精度较低，不被使用。设置面板6采用普通按键，存储卡7采用通用SD卡，显示屏8采用5. 7寸彩色液晶屏日立SX14Q004，音频输出设备9采用标准3. 5mm接口耳机。考虑到精度等因素，主控电路5所采用的ATmageie芯片还需配备合适的外围电路，主要包括系统时钟电路、外部复位电路、存储卡和音视频接口电路、实时时钟电路。另外，本实施例的套管末屏放电超声检测装置还包括一主红外定位镜头10(图2、 图3中)，用于将超声接收器1对准套管末屏，保证超声接收器1在较小角度范围内，最大地接收来自末屏放电的超声信号。本实用新型的套管末屏放电超声检测装置还包括电源，用于给所述套管末屏放电超声检测装置的各个部件及电路提供工作电力，通常使用蓄电池，具有良好的便携性。再请参阅图2和图3，图2是本实用新型套管末屏放电超声检测装置的侧面视图， 图3是本实用新型套管末屏放电超声检测装置的正面视图。本实用新型套管末屏放电超声检测装置所有部件及电路设置于壳体11中，起到保护作用，壳体下方设置有手柄12，其中可以放置作为电源的蓄电池。在本实用新型套管末屏放电超声检测装置的正面显示屏8 的下方设置有电源开关13，菜单按键14，返回按键15，量程增大按键16，量程减小按键17， 音量增大按键18，音量减小按键19，同时音频输出设备9如果是耳机时，还设置有耳机接孔 (图中9的位置)。本实用新型的主要原理是当放电发生时，空气被电离，并伴随着光、热、声等能量释放。前文分析了光、热诊断方法的局限性，并没有较为合适的技术方案将这两种诊断方法应用在套管末屏放电的检测中。套管末屏放电产生的超声波信号频率在40kHz左右，具有
5良好的束射性、方向性和穿透性，并且能够传播足够的距离，本实用新型便是以超声原理作为基础的。在具体工作中，本实用新型的超声接收器1采用方向性好的超声传感器。主红外定位镜头用于将超声接收器1对准套管末屏，保证超声接收器在较小角度范围内，最大地接收来自末屏放电的超声信号。超声接收器1将接收到的超声信号转换成模拟电信号，接入放大电路2进行匹配放大，再经滤波电路3进行带通滤波后，接入A/D采集电路4进行模数转换，将得到的数字信号接入主控电路5，按照预定程序进行去噪、修正等运算。主控电路5实时地与设置面板6、存储卡7、显示屏9和音频输出设备9 (以耳机为例)进行交互， 完成用户设置、放电幅值和波形实时显示、音频信号实时输出、放电波形数据保存等功能， 并且设备采用蓄电池供电，方便携带。本实用新型的套管末屏放电超声检测装置的特点在于，针对套管多处于变电站环境中，电晕产生的背景噪声带来很大干扰这个实际技术问题，通过预先采集背景噪声数据， 再进行频域分析实现去噪功能。同时，对套管末屏放电的非接触式测量存在一些影响因素，例如，外壳的遮挡、大气中的传播衰减、湿度的影响、风速的影响、大气压力的影响。因此，非接触式测量得到的放电量反映的并不是真实放电量。本实用新型的套管末屏放电超声检测装置针对此实际问题，加入了修正功能。通过人为模拟套管末屏放电，人为制造大气压力、湿度、风速、距离、遮挡的影响因素，用本设备进行多次测量和数据分析，获得修正参数，并应用于本装置中。再请参阅图4，图4是本实用新型套管末屏放电超声检测装置的主控程序流程图。本实用新型套管末屏放电超声检测装置开始工作后，首先读取按键信息，然后判断是否进行存储，如果是，将按键信息写入存储卡，如果否，则判断测量模式是噪声测量模式还是放电测量模式，如果是噪声测量模式则进行数据采集再将测量结果写入存储卡；如果是放电测量模式，则通过超声接收器采集数据，再进行频域去噪，经过数据校正之后通过液晶显示屏显示出测量结果，必要时还可以通过音频输出设备，例如耳机，输出音频信号， 然后判断是否超出限定值，如果没有超出限定值，则返回最初状态继续进行测量，如果超出限定值，则发出声音进行报警。本实用新型的套管末屏放电超声检测装置还可对测量结果进行修正。具体实施方法如下在前期试验中，人为制造套管末屏放电，通过其他电气手段获得真实放电量，同时运用本发明装置测量前述各种影响因素下的放电量，获得修正关系曲线，再将其存入主控电路5所采用的ATmage 16芯片的数据存储器中，并在主控程序中对测量数据进行修正。本实用新型的套管末屏放电超声检测装置可对测量结果进行去噪。具体实施方法如下采集背景噪声，存储于存储卡中，再利用频域分析方法在主控电路5的主控程序中进行计算，滤除噪声。使用本实用新型的套管末屏放电超声检测装置进行套管末屏放电测量的具体方法和步骤为在噪声采集模式下，将超声接收器对着背景环境，例如天空，通过超声接收器获得背景信号，将其存储在存储卡中；然后，利用主红外定位镜头，将超声接收器对准套管末屏进行测量，保存最大波形；最后通过横向和纵向的数据比较进行判定。利用本实用新型的套管末屏放电超声检测装置进行电力日常巡检，能清楚观察放电幅值、放电波形等信息，并听到放电声音，可以方便地确定高压套管末屏是否存在放电。
6另外，利用该装置长期积累的检测数据进行分析可以了解设备工作状态，提高设备缺陷的预知能力，为电力设备状态检修或状态评估提供有效的数据支持，从而减少电力事故的发生，减少经济损失和社会影响。 以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种套管末屏放电超声检测装置，其特征在于，该装置包括 超声接收器，用于将接收到的超声信号转换成模拟电信号；放大电路，与所述超声接收器相连接，接收所述超声接收器转换的模拟电信号进行匹配放大；滤波电路，与所述放大电路相连接，将放大的模拟电信号进行带通滤波； 模拟/数字采集电路，与所述滤波电路相连接，将所述模拟电信号转换成数字信号； 主控电路，与所述模拟/数字采集电路相连接，接收转换后的数字信号进行处理； 外围设备，与所述主控电路相连接，用于数据的输入/输出和存储。
2.根据权利要求1所述的套管末屏放电超声检测装置，其特征在于，还包括主红外定位镜头，与所述超声接收器相连接，利用红外光线的线性特征以及较好可视性使超声接收器与套管末屏处于同一直线上，保证超声接收器在较小角度范围内，最大地接收来自末屏放电的超声信号。
3.根据权利要求1或2所述的套管末屏放电超声检测装置，其特征在于，所述外围设备包括设置面板，用于供用户进行参数设置； 存储卡，用于存储数据； 显示屏，用于显示检测结果； 音频输出设备，用于音频信号实时输出。
4.根据权利要求3所述的套管末屏放电超声检测装置，其特征在于，还包括 电源，用于给所述套管末屏放电超声检测装置的各个部件及电路提供工作电力。
5.根据权利要求4所述的套管末屏放电超声检测装置，其特征在于所述电源为蓄电池。
6.根据权利要求1所述的套管末屏放电超声检测装置，其特征在于所述超声接收器是频率为40kHz的超声传感器。
7.根据权利要求3所述的套管末屏放电超声检测装置，其特征在于所述显示屏是液晶显不屏。
8.根据权利要求3所述的套管末屏放电超声检测装置，其特征在于所述音频输出设备是耳机或扬声器。
专利摘要本实用新型提供了一种套管末屏放电超声检测装置，该装置包括超声接收器，用于将接收到的超声信号转换成模拟电信号；放大电路，与所述超声接收器相连接，接收所述超声接收器转换的模拟电信号进行匹配放大；滤波电路，与所述放大电路相连接，将放大的模拟电信号进行带通滤波；模拟/数字采集电路，与所述滤波电路相连接，将所述模拟电信号转换成数字信号；主控电路，与所述模拟/数字采集电路相连接，接收转换后的数字信号进行处理；外围设备，与所述主控电路相连接，用于数据的输入/输出和存储。本实用新型能够方便地确定高压套管末屏是否存在放电，从而减少电力事故的发生，减少经济损失和社会影响。
文档编号G01R31/12GK202075374SQ20112013785
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月4日 优先权日2011年5月4日
发明者刘少宇, 杨大伟, 王剑, 郝震, 马继先, 龙凯华 申请人:华北电力科学研究院有限责任公司