一种基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台的制作方法

本申请涉及开关电力设备状态监测诊断技术领域，尤其涉及一种基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台。

背景技术：

气体绝缘开关设备设备是电力系统中最为昂贵和重要的设备之一，其安全稳定运行将对整个电网的可靠性和安全性产生重大影响。气体绝缘开关、气体输电管道、气体绝缘变压器、封闭式开关柜等气体绝缘电力设备在生产、运输、装配及运行中不可避免形成诸如导体尖端或划伤、悬浮电位或绝缘子表面异常等绝缘缺陷，其在电场作用下引起局部放电，甚至在过电压作用下造成绝缘击穿。随着电网规模和电压等级的不断增大与提高，对充气式设备中绝缘隐患进行有效检测和监测，对保证设备安全可靠运行具有显著意义。

局部放电检测作为一种发现绝缘缺陷的有效手段，在电力设备绝缘考核和诊断中发挥着重要作用。基于局部放电引起的电荷移动、电磁波传播、声波传播及光辐射等物理现象，形成了脉冲电流法、超(特)高频法、地电波法、超声法及光测法等多种局部放电测量方法，其中脉冲电流法是可定量离线试验方法；超高频、地电波及超声法属于非电接触测量，可灵活地应用于局部放电在线监测或带电检测。上述局部放电检测方法在电力设备绝缘故障预防中发挥了较大的作用。虽然为了解决现场电磁波和声波干扰问题，国内外学者在局部放电干扰抑制和信噪分离方面开展了大量研究，但应用现场不定期的干扰源、复杂的噪声环境以及局部放电信号传播路径和多源性等因素的影响仍然给局部放电检测带来极大挑战，时常难以给出确定性诊断结论，这也成为局部放电检测(监测)现场应用的瓶颈。

技术实现要素：

本申请提供了一种基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台，以开展相应的充气式绝缘开关局部放电三光谱检测与诊断试验研究，为利用光谱信息诊断局部放电积累经验，对于开关设备质量把控和电力系统最终的安全稳定运行具有重要意义。

本申请提供了一种基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台，包括模拟气体绝缘开关设备充气腔体、sf6充气及回收装置、缺陷模拟电极、工频交流电压及测试回路、局部放电三光谱pmt检测装置、局部放电脉冲电流测试系统、示波器和信号处理分析装置；其中，

所述sf6充气及回收装置连通所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体；

所述缺陷模拟电极设置在所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体的内部；所述工频交流电压及测试回路电连接所述缺陷模拟电极的一端；

所述局部放电三光谱pmt检测装置设置在所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体的侧壁上，所述局部放电三光谱pmt检测装置的输入端用于检测获取所述缺陷模拟电极局部放电时激发光，所述局部放电三光谱pmt检测装置的输出端连接所述示波器；

所述缺陷模拟电极的另一端电连接所述局部放电脉冲电流测试系统的输入端，所述局部放电脉冲电流测试系统的输出端连接所述示波器；

所述信号处理分析装置分别连接所述局部放电脉冲电流测试系统和所述局部放电三光谱pmt检测装置的输出端。

可选的，上述基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台中，所述局部放电三光谱pmt检测装置包括直流高压源、第一pmt检测组件、第二pmt检测组件和第三pmt检测组件；

所述第一pmt检测组件、第二pmt检测组件和第三pmt检测组件分别包括依次排列的光电倍增管、滤波片和加装石英玻璃的法兰，所述法兰固定连接所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体；

所述直流高压源用于提供各光电倍增管的工作用电。

可选的，上述基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台中，所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体上设置出线套管，所述出线套管设置在所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体的上盖板上，所述出线套管用于固定所述缺陷模拟电极和工频交流电压及测试回路之间的连接线。

可选的，上述基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台中，所述工频交流电压及测试回路包括变压器、阻容分压器和耦合电容；

所述阻容分压器的一端连接所述变压器，所述阻容分压器的另一端接地；所述耦合电容的一端连接所述变压器，所述耦合电容的另一端接地。

可选的，上述基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台中，所述局部放电脉冲电流测试系统包括罗氏线圈和接地线，所述罗氏线圈的输入端连接所述缺陷模拟电极，所述罗氏线圈的输出端连接所述示波器，所述接地线连接所述罗氏线圈。

可选的，上述基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台中，所述sf6充气及回收装置与所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体连通处设置气阀。

可选的，上述基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台中，所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体的内部侧壁上还设置有温湿度传感器探针，所述温湿度传感器探针连接的智能仪表设置在所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体的外壁上。

可选的，上述基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台中，所述第一pmt检测组件、第二pmt检测组件和第三pmt检测组件分别还包括固定支架，所述固定支架用于固定支撑所述光电倍增管。

可选的，上述基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台中，所述滤波片通过所述固定支架固定在所述光电倍增管的表面。

可选的，上述基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台中，所述滤波片包括波段范围紫外200-400nm，可见400-700nm和红外700-900nm的滤波片。

本申请提供的基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台，利用光辐射伴随于放电发展中的场致发射、电离、附着、复合和消散的全过程，在设备外绝缘紫外检测和开关设备弧光监测中得到较好的应用，并在局部放电测量中表现出其独特的技术优势，同时，局部放电光谱中也蕴含着大量关于放电能量，放电类型以及放电发展与严重程度的关键信息，基于光电倍增管实现以放电光辐射为对象的局部放电检测。本申请提供的基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台，便于开展六氟化硫开关设备不同类型局部放电光谱信息收集及诊断试验研究，进一步对在线运行的开关设备的绝缘状况进行诊断评估，为利用光谱信息诊断局部放电积累经验，对于开关设备质量把控和电力系统最终的安全稳定运行具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的pmt检测组件的结构示意图。

其中：

1-模拟气体绝缘开关设备充气腔体，2-sf6充气及回收装置，3-缺陷模拟电极，4-示波器，5-直流高压源，6-第一pmt检测组件，7-第二pmt检测组件，8-第三pmt检测组件，9-出线套管，10-变压器，11-阻容分压器，12-耦合电容，13-罗氏线圈，14-气阀，15-温湿度传感器探针，16-智能仪表，17-采集卡，18-pc，19-光电倍增管，20-滤波片，21-加装石英玻璃的法兰，22-固定支架。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

附图1为本申请实施例提供的基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台的结构示意图。如附图1所示，本申请实施例提供的基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台包括模拟气体绝缘开关设备充气腔体1、sf6充气及回收装置2、缺陷模拟电极3、工频交流电压及测试回路、局部放电三光谱pmt检测装置、局部放电脉冲电流测试系统、示波器4和信号处理分析装置；其中，

所述sf6充气及回收装置2连通所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体1；

所述缺陷模拟电极3设置在所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体1的内部；所述工频交流电压及测试回路电连接所述缺陷模拟电极3的一端；

所述局部放电三光谱pmt检测装置设置在所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体1的侧壁上，所述局部放电三光谱pmt检测装置的输入端用于检测获取所述缺陷模拟电极3局部放电时激发光，所述局部放电三光谱pmt检测装置的输出端连接所述示波器4；

所述缺陷模拟电极3的另一端电连接所述局部放电脉冲电流测试系统的输入端，所述局部放电脉冲电流测试系统的输出端连接所述示波器4；

所述信号处理分析装置分别连接所述局部放电脉冲电流测试系统和所述局部放电三光谱pmt检测装置的输出端。

模拟气体绝缘开关设备充气腔体1提供用于检测的相对密闭隔绝环境。模拟气体绝缘开关设备充气腔体1的主体材质通常采用镁铝合金。镁铝合金密度小，模拟气体绝缘开关设备充气腔体1轻便，强度高，可承受15个大气压，长期充入6个大气压的sf6气体不变形，以保证满足真实气体绝缘开关设备实验模拟需求。为保证模拟气体绝缘开关设备充气腔体1的密封性，其与其他构件固定连接处涂有密封胶。

sf6充气及回收装置2用于控制输送检测sf6气体。在本申请实施例中，sf6充气及回收装置2采用双腔体结构对模拟腔体进行充气与内部六氟化硫气体回收，充气大气压可达10个大气压。

缺陷模拟电极3包括用于针板缺陷、棒板缺陷、悬浮缺陷和气隙缺陷的电极。

工频交流电压及测试回路用于提供检测用电流。

局部放电三光谱pmt检测装置用于三光谱检测。在本申请实施例中，三光谱主要包括紫外、可见和红外。具体的，局部放电三光谱pmt检测装置直流高压源5、第一pmt检测组件6、第二pmt检测组件7和第三pmt检测组件8。如附图2所示，所述第一pmt检测组件6、第二pmt检测组件7和第三pmt检测组件8分别包括依次排列的光电倍增管19、滤波片20和加装石英玻璃的法兰21，所述加装石英玻璃的法兰21固定连接所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体1；所述直流高压源5用于提供各光电倍增管的工作用电。滤光片20波段范围分别为紫外200nm-400nm，可见400nm-700nm，红外700nm-900nm。直流高压源5驱动各光电倍增管，当模拟气体绝缘开关设备充气腔体1内发生局部放电时发光，光通过加装石英玻璃的法兰21的石英玻璃依次经过滤波片20和光电倍增管19，被光电倍增管19采集输送至示波器4等装置。

进一步，所述第一pmt检测组件6、第二pmt检测组件7和第三pmt检测组件8分别还包括固定支架22，所述固定支架22用于固定支撑所述光电倍增管19。所述滤波片20通过所述固定支架22固定在所述光电倍增管19的表面，确保完全覆盖住光电倍增管19。固定支架22可选用镁铝合金支架。固定支架22用于保证光电倍增管19、滤波片20和加装石英玻璃的法兰21贴合，保证测试顺利进行。

在本申请实施例中，所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体1上设置出线套管9，所述出线套管9设置在所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体1的上盖板上，所述出线套管9用于固定所述缺陷模拟电极3和工频交流电压及测试回路之间的连接线。如此，设置出线套管9方便固定连接线。在本申请具体实施方式中，出线套管9可选用玻璃纤维浸树脂，形状为伞裙状，可以耐压250kv。

在本申请实施例中，所述工频交流电压及测试回路包括变压器10、阻容分压器11和耦合电容12；所述阻容分压器11的一端连接所述变压器10，所述阻容分压器11的另一端接地；所述耦合电容12的一端连接所述变压器10，所述耦合电容12的另一端接地。变压器10最大输出电压100kv，容量100kv*a，耦合电容120.5uf，阻容分压器111：1000。

在本申请实施例中，所述局部放电脉冲电流测试系统包括罗氏线圈13和接地线，所述罗氏线圈13的输入端连接所述缺陷模拟电极3，所述罗氏线圈13的输出端连接所述示波器4，所述接地线连接所述罗氏线圈13。罗氏线圈13的频率为400hz-250mhz。

信号处理分析装置数据17和pc18，用于存储和处理数据。

在本申请实施例中，所述sf6充气及回收装置2与所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体1连通处设置气阀14。通过气阀14控制模拟气体绝缘开关设备充气腔体1与sf6充气及回收装置2的通断。

在本申请实施例中，所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体1的内部侧壁上还设置有温湿度传感器探针15，所述温湿度传感器探针15连接的智能仪表16设置在所述模拟气体绝缘开关设备充气腔体1的外壁上。温湿度传感器探针15通过导线和智能仪表16相连接，以测量装置内气体温湿度。

本申请实施例提供的基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台，利用光辐射伴随于放电发展中的场致发射、电离、附着、复合和消散的全过程，在设备外绝缘紫外检测和开关设备弧光监测中得到较好的应用，并在局部放电测量中表现出其独特的技术优势，同时，局部放电光谱中也蕴含着大量关于放电能量，放电类型以及放电发展与严重程度的关键信息，基于光电倍增管实现以放电光辐射为对象的局部放电检测。本申请提供的基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台，便于开展六氟化硫开关设备不同类型局部放电光谱信息收集及诊断试验研究，进一步对在线运行的开关设备的绝缘状况进行诊断评估，为利用光谱信息诊断局部放电积累经验，对于开关设备质量把控和电力系统最终的安全稳定运行具有重要意义。

本申请实施例提供的基于光电倍增管的局部放电三光谱实验平台具体使用：

首先打开模拟气体绝缘开关设备充气腔体1的上盖板，将要研究的缺陷固定好，设置好缺陷尺寸和类型，再将上盖板盖好，固定严密。随后将sf6充气及回收装置2与气阀14相连，打开sf6充气及回收装置2中的抽真空装置，对装置内部进行抽真空处理，打开智能温度气压表电源，观测腔体内部电压，腔体内部气体抽净后向腔体内冲入5个大气压的sf6。待实验完成后再通过sf6充气及回收装置2回收腔体内部的sf6。

在进行局部放电三光谱检测实验前，连接好实验平台电路接线，打开直流高压源5，将直流高压源5连接至三个光电倍增管19并设定电压为500v，连接三个光电倍增管19的信号线，分压器信号线以及高频线圈至示波器4与信号处理分析平台，pmt选择50欧姆ac匹配与示波器4相连，高频线圈与分压器选择1m欧姆ac匹配相连。

在进行局部放电三光谱检测实验时，通过调节变压器10操作台，设定所需的实验电压，通过示波器4观察电压幅值(最大值或峰值)是否达到所需要求，直至加到刚好出现稳定的局部放电信号，将电压记录为局部放电起始电压，随后逐级升压，电压最高可以加至100kv。

通过示波器4同时记录来自三个光电倍增管19的紫外、可见及红外放电光信号以及高频线圈采到的高频电流信号，保存在示波器4中，通过u盘考取数据文件。

检测数据传送至信号处理分析装置，通过绘制基于相位信息的局部放电谱图(prpd)，计算基于谱图的统计信息，包括偏斜度，平均放电量等。

结束试验后，通过接地棒释放试验系统中的残存电荷，整理接线和仪器，打开六氟化硫收集与充气装置回收模拟气体绝缘开关腔体中的六氟化硫气体。

定期检验装置的密封性，具体操作为：打开气阀14并与六氟化硫收集与充气装置连通，通过六氟化硫收集与充气装置向腔体内充入一定压力的sf6，并关闭气阀14。观察气压指示表示数，如果在较长时间内，气压指示表示数基本保持不变，则表明装置密封性良好。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。