CN1017091B - 电子检测交流输电线中造成电能损耗的缺陷的检测器 - Google Patents

Abstract

本检测器拥有天线10，用于接收交流架空线释放的电磁幅射。天线同放大器20相联，放大器的信号输出端22与示波器30相接，并在示波器显象屏上产生象点的垂直与水平扫描。放大器能进行宽频放大，并有较小的低频放大率。放大器的输出信号的全部频谱被输到示波器，电网交流电压的低频信号在示波器显象屏上表现为平滑封闭曲线，而架空线缺陷的电晕放电引起的高频信号表现为该曲线上的干扰。从干扰的位置和振幅可以确定缺陷的类型和性质。

Description

本发明涉及的是一种控制装置，它用于交流架空线中出现的缺陷位置的电子检测，在这些地方，由于电晕放电而造成电能损耗。

在电传输线上，特别是在高压架空线上，只要导线，绝缘体和接地装置稍有损坏，就会导致大量的电能损耗。更为重要的是，这些损坏会愈来愈大并造成短路，进而使受损的电网部分断电。甚至在某种情况下，造成更大的、维修费颇高的电网损坏。为了使架空线正常工作，需要对其状况进行控制，从而尽可能早期发现短陷处，以免给电网造成更大的损坏。

在一般情况下，专业人员负责检查架空线。他们定期沿架空线行走或行驶，在临时断电的线段查看缺陷处，其间攀登高压线杆则大多是不可回避的。如此检查架空线的方法不仅耗费时间和成本，而且对检查人员的要求也很高。这些人必须具有良好的身体素质和丰富的专业经验。但是，即便检查得再细致，也不能避免忽略不明显的缺陷处，进而造成电网更大的损坏。

因此，长期以来人们一直试图用其他的方法取代这种既要求高且又不经济的视觉检查法。这些方法能确保在架空线通电的情况下，迅速可靠地分段检查出交流架空线电网中的缺陷处，并能使较少的，特别是对其要求不高的检查人员进行准确的电网监测。

由于认识到，导体，联接线和绝缘的损坏能引 起有关部位的局部发热，于是还产生了对架空传输线的关键部位进行温度记录的想法。但这种检查方法也相当昂贵。

另外，人们还发现，在架空线的主要缺陷处出现的电源损耗是由放电，特别是由电晕放电所造成，而它又是电磁辐射源，其频率大大高于电网频率，并同电网频率互不协调。这一发现使一种电子检测法问世。这种方法是，借助天线，放大器和示波器，沿架空线检测电磁场的异常现象。美国专利第4，006，410号公布了这种装置。在这个众所周知的装置上，借助具有变化频率的内部信号的，并用通常滤波器和电波定位仪对用天线接收到的高频信号进行付立叶分析。由于这个装置技术复杂，所以耗资很多，而且易出故障。

因此，本发明的目的是提供一种技术上简便和不易出故障的检测器，用于对架空输入电线的故障进行电子检测。

根据本发明，上述目的是通过提供由在权利要求中限定的电子检测器而得以实现的。该检测器包括天线，放大器和示波器，该放大器适用于对天线所接收到的在从低于低频电网交流频率的下限频率到约1千兆赫（GHz）的上限频率的信号进行宽频放大，其中在20至200兆赫（MHz）的范围内，放大增益至少为40分贝。在下限频率和约10千赫（KH₂）之间的范围内，放大增益减小。当放大器输出信号的整个频谱被传入示波器的输入电路上，从而出现图象点的垂直和水平扫描，这样，在示波器显象管上，由架空线上的正弦电网交流电压所产生的低频信号就显示成平滑封闭曲线，而由电晕放电所引起的高频信号则表现为该封闭曲线上的扰动。封闭曲扰动的形态、强度和位置表示了架空线缺陷的位置和类型。

本发明的优点是，该检测器技术简便、物美价廉，而且少出故障。因为这个检测器只有一个宽频带放大器，而没有频率分析器，所以可以把它制成操作简便，随时可用和小巧轻便的仪器。它还可以自带电源，如电池，并可由一个携带。这样，不论是在陆地行走或乘车，还是用直升飞机沿高压线飞行都可以进行检测，使人们能够根据地段长短、地形情况，检查次数和天气预报，因地置宜地，从最佳的经济效益出发组织对架空线的检测。

确定缺陷的位置和类型，如损伤、腐蚀、变脏、气泡和过热等现象，就需去观察显象管所显示的图形。如果架空线正常，图形是一条平滑封闭曲线。反之，如果架空线上出现了缺陷，这条平滑曲线就会变成锯齿状的干扰;并表现出有关缺陷的类型的独特图形。可以把出现的缺陷的类型和其独特的干扰图形汇编成册，以便通过比较就能确定缺陷处的类形。检查人员也不用具备有关的经验，而仅需要熟悉检测器的操作，特别是熟悉示波器的操作就行了。缺陷在示波器显象管上所反映的干扰的振幅取决于缺陷电晕放电的强度。通过对干扰振幅的测量，可以大体上掌握已查出的缺陷处的性质，例如在飞行检测中也可以迅速确定缺陷的部位、类型和性质。

本发明的这个检测器还可以把在检测飞行中出现在示波器显象管上的缺陷图形方便地储存起来，即用电线杆记数器把缺陷处列入到有关的高压线区域内;例如同时把图形储存在胶卷上，而后在地面站中分析这些储存的图形。除了为维修工作提供有关缺陷的资料处，这样的储存的其他优点就在于，即便是在查找缺陷处方面毫无阅历的检查员也能在极短的检测时间内胜任此职。另外，传统的方法是用电子仪器进行主观的光学检测，同这种方法相比，由于储存，因而在掌握和判断缺陷方面出现差错的可能性不仅受到极大限制，而且得到进一步排除。随着检测器的发明，架空线的检测工作对检查会来说也变得安全省力了，因为他们无需攀登高压线架。虽然检测是在架空线通电的情况下进行的，但不论是在地面还是在高于压线30的空中进行检测，人们与高压线都会有足够的安全距离。在从属权利要求中给出了本发明的最佳实施方案。

下面结合附图举例说明本发明。

在附图中：

图1是根据发明的检测器的最佳实施方案的方块图;

图2是在检测器中所使用的最佳放大器的电路图;

图3是图2中的放大器的放大特性曲线;

图4是电网交流电压和由缺陷引起的高频重叠信号对时间的坐标图;

图5是架空线缺陷在检测器显象管上所表现的波形图，即一条对应电网交流电压相同的平滑封闭曲线和对应缺陷的电晕放电的重叠干扰; 图6是类似的示波图，说明在架空线绝缘体上出现了电晕放电的情况;

图7是示波图，说明架空线缺陷是由腐蚀造成;

图8是一个示波图，表示架空线的缺陷是一块机械损坏的部分;

图9是一个表示架空线短路情况的示波图;

图10是仪器的正面外形，该仪器包括图1，所示的检测器的主要部件，而且主要适用于从直升飞机中检测架空线;

图11是同一仪器的后面外形图;

图12是一种坚固便携的检测器的显示图，此检测器特别适用于在地面检测架空线。

如图1、中的电路图所示，作为用于检测架空线缺陷的主要部件，此检测器包括：天线（10），放大器（20），和示波器（30）。天线（10）带有支承装置（11），用以把天线固定在直升飞机架驶室的左外侧。为达到好的效果，还可以安上第二天线10′，并用其支承装置（11′）把它固定在驾驶室的另一外侧。用屏蔽天线电缆12和12′把天线10和10′与接头13和13′可脱开地连接起来。手动转换开关14可有选择地使天线10或天线10′同放大器20的信号输入端21相连。用手动断路开关15能把放大器20的输出端22与输出接头16相连。该接头16通过低电容的（例如220PF）电容器17同第二输出接头16′相接。通过变换开关15，输出接头16可与放大器20的信号输出端22相分离，并通过傍路导体18直接同天线转换开关14相连。示波器30上的信号输入端31屏蔽电缆19有选择地与输出接头16或16′相通。

图2举例说明了放大器20的电路设置。如图所示，两个积分运算放大器23和24级联连接。每个积分运算放大器分别有从输出端到反相输入端的反馈级25和26。在第二运算放大器24的反馈级26中，设有用于调节增益的可变电阻27。放大器20能够放大从低于电网交流频率的下限频到约1千兆赫（GHz）的上限频的宽频带内的信号。在5兆赫（MHz）至1千兆赫（GHz）的频率范围内，增益至少达10分贝。在超短波范围内，也就是说在30至200兆赫（MHz）的频率范围内，当用可变电阻27把增益调到最大时，增益可达40至60分贝。同第一运算放大器23相连的电阻电容器组合件28的作用是降低约10千赫（KHz）以下的信号频率的放大率。图3就举例显示了作为信号频率函数的放大率。

示波器30可以是在市场上常见的用电池的型号。输出信号的全部频谱通过导线19从放大器20输入到示波器30中。它既适于在显象管上水平的或X扫描，又适于垂直的或Y扫描。因此，正弦形的电网频率信号S_N在显象屏幕35上就表现为封闭平滑曲线40（图5）。在正确调整X和Y扫描后，曲线40就成一个圆形。由架空线缺陷引起的高频信号S_H在示波器30的显象屏幕上表现为封闭平滑曲线40上的扰动41。在一般情况下，从架空线缺陷处放出的高频幅射振幅要比架空线的低频交流电压释放的幅射振幅小得多。然而，因为如上所述，放大器20部分压抑了10千赫（KHz）以下的低频信号，而且只是在衰减的情况下才把它们传送出去，所以当高频信号被放大时，在示波器30的显象管上所出现的干扰振幅相对封闭曲线40的直径被加大了，从而也可以清楚地观察了。

当从空中，特别是用直升飞机对架空线进行检测时，飞机路径同架空线输电线保持20到30米远的横向距离。其间要把天线10或10′接在飞机驾驶台面向架空线的一侧。最好用开关14来转接天线10或10′，因为以此始终可以在架空线飞行安全的一侧飞行，而不用逆光飞行。

为了说明缺陷的确定方法。图4用曲线图表示出了一个其电网频率在50或60赫（Hz）的低频信号S_N和一个高频信号S_H在一条时间坐标t上的图形。它是在用本检测器在架空线中出现了一个由电晕放电而造成损耗的缺陷处时，由天线10就接收进来的。如果架空线完好无损，接收到的低频信号SN就呈现为一条平滑正弦线，其峰值U同架空线交流电压的振幅是成正比。如果检查的地方出现电晕放电，那么低频信号SN的正弦平面曲线就受到高频信号S_H的重叠振荡的干扰。因为电晕放电是在一定的起始电压上出现的，所以只有正弦线的顶部区受干扰，而高频信号SH的起始点U_K的高度对应于电晕放电的起始电压。根据高频信号的振幅，可以断定在缺陷出现的电晕放电的强度，并据此断定出缺陷的情况或状态。图4所示的高频信号SH是由正电晕放电引起的，在负电晕放电时，干扰出现在低频信号SN的负半波上。

图5原理显示了一个示波图42，它是由本发明的检测器在具有一个X和一个Y刻度的示波器显象屏上产生的。图中有一条由高频信号造成的干扰41重迭在低频封闭曲线40上面。根据封闭曲线40的振幅U（圆的半径）与干扰振41振幅Z的关系，可以算出在缺陷处所出现的损耗的大小。为了计算损耗，就要编制图表。用这些图表可以迅速分析出检测时所获得的示波图的结果。

如前所述，对于每一种缺陷类型都可以收到一种典型的干扰41。所以对缺陷的示波图，就完全可以从其干扰41的表现形式，以及这个干扰在封闭曲线40上的位置和强度，确定出每一缺陷的实际位置。图6至图9就举了这方面的例子。

就图6的示波图42a而言，在封闭曲线40的正和负峰值区具有干扰41a，其振幅越接近曲线顶端越大。这样的示波图表明在架空线的绝缘子上有电晕放电现象。

图7的示波图42b表示的是在封闭曲线40上分部均匀且振幅几乎相等的干扰41b。这种干扰表明在架空线上出现了腐蚀的部分。

如图8所示，当架空线部件出现了机械损坏，如在绝缘子和接线柱上出现损坏时，示波图42c的封闭曲线40就会在正和负区域内各被重迭上呈坚齿状的干扰41c。随着破坏的扩大，干扰的振幅和数量也增大。在由此而发生短路时，锯齿形的干扰41d就会充斥被封闭曲线所围绕的整个区域。在图9的示波图42d中出现的就是架空线短路的情况。

当在所检查的架空线的电流和电压间有较大的相位差时，就会使低频信号部分所形成的封闭曲线40发生畸变。为排除这种畸变，可使用一个移相装置43。按照图2，它连接到放大器20的信号输入端21，而且它至少有一个电容器44。在给定的情况下，该移相器43要能打开和关闭和/或有一个可变电元件或更多的可倒向线转向的电元件，例如电容器。比较合适的是，在地与放大器的输入端之间，移相器43至少有一个电容器。

如图1所示，放大器20的信号输出端22还同光电显示器45相联。显示器45可以装有一列发光二极管或相应的液晶显示器，这样就可以看到放大器20的输出信号，特别是高频干扰信号的振幅。

另外，根据图1，放大器20的输出端22上还接到用于产生声频信号的电路46，这种声频信号被传送到输出接头47。在把飞机的电话***或耳机48连接到该输出接头47。适当设置电路46以便。当出现高频干扰信号时，电路46就产生能够听到的声频或声信号。此外，电路46可包括声频调节器，它能使声信号的频率是高频干扰信号SH的振幅的函数。在电路46还可包括阈值检测器，以在只有当干扰信号的振幅超过一定的阈值时，它才会发出声信号。为了能手动调节阈值，可设置调节器，例如电位计49形式的。

用本发明的检测器，实际上能够掌握和评价所有出现在架空线上的缺陷，并且不仅仅是在高压线和绝缘子特别是不易击穿的绝缘子上的缺陷，而且还有在把它们连接到诸如变压器和电容器的连接装置上的缺陷。除高压线外，用本发明的检测器还能检测出在其他露天输电线上，特别是在电气火车的电力线上的缺陷。如果在电路上进行内行人的例行改变，或者在结构细节上进行这种改变，本检测器能理想地适合于各种用途。

为了在飞机上使用本检测器，最好是把装置的主要部件，除示波器30外，组成一个紧凑装置50，如图10和图11所示，以及如图1中用虚线举例勾出的那样。根据图11，在机壳52的背面或面板51上装有插头53，用于联接飞机机上电源或其他具有24伏电压的直流电源。在背面板51还装有为示波器30供电的插座54。在背面板51还有两个已提到的，为示波器30提供信号的接头16和16′，以及两个天线接头13和13′。最后，在背面板51还用输出声信号的输出接头47和操纵钮55，用它可接通和关闭声频信号电路46，并可把电位计49调到所需的声频信号阈值上。

如图10所示，机壳52的前面板56有如下部件：调节可变电阻27（图2）的旋钮57，用于放大率调节;用于通过机身插头53接通与关闭电源的主开关58;用于接通与关闭通到同示波器30相联的插座54的电源的开关59;转换开关14和15（图1）;光电显示器45（图1）和经过时间显示器60（它在主开关58接通的情况下一直是运行的）。根据用途，转换开关15上最好同用于接通与半闭放大器20的电源的附加开关（没有示出）相机械耦合，这样，每当用转换开关15把输出接头16同放大器20的信号输出端22相连接时，放大 器才总是被打开的。

在机壳52的内部装有放大器20，移相器43，声频电路46（图1）和用于产生、过滤和随意稳定向运算放大器23和24（图2）、光电显示器45和声频电路46（图1）供电所需要的电压的电路（未显示）。这个供电电路的输入端通过主开关58同插头53相连。

对从地面对架空线进行检测，最好把按照发明的检测器组装成紧凑便携的仪器，使得检查员用一条背带就能携带并灵活使用它。在图12中就举例说明了这样的仪器。下面就对此作具体说明。该仪器的机械部件是一个在商店里可以买到并使用电池的示波器30，如一种“Tektronix    Dual-Trace-Oszilloscope    214”示波器。这种示波器具有一个长方形壳体33;在壳体的纵侧面装有一个被遮光罩34围住的示波器显象屏35，其较长侧面上装有操作装置36。在示波器30的壳体33顶部，固定着一个扁平的附加壳体65，它带有一个装放大器20（图1）的格子66，和另一个格子67，里面装有电池和在此种情况下给放大器20和（如果需要）给示波器30供电的电路装置。在附加壳体65外面，设有用于操作和调节放大器20和移相器43（图1）的旋钮68、69和70，以及用于操作接通与关闭开关和用于转换电路的按钮71。在这种便携式检测器上只需要一根天线10。天线最好是一根在市场上可见的防震天线。它被固定在一个中间壳体72上的，该壳体用可拨下插销连接装置安装在附加壳体65的后窄侧面上。通过一个所述的插销连接器，在天线导线73与天线接头74之间就产生电连接，天线接头74又同放大器20的信号输入端21（图1）相连。如图12所示，天线10要与附加壳体65的表面保持一定的距离，使得它既不会妨碍检测器的操作，也不会影响对示波器显象管35的观察。以在此没有详述的一种方式，外加壳体72的要能使它通过插销，在放大器20的信号输出端与示波器30的信号输入端之间，为象点的X和Y扫描产生必要的连接。

Claims (9)

1、用于对在交流架空输电线中出现的缺陷进行电子检测的检测器，在这些缺陷处出现的电能损耗是由晕放电造成的，该检测器具有：用于接收电晕放电所产生的高频信号的天线、同天线相联以放大接收信号的放大器和供观察接收信号的示波器，该检测器的特征在于：放大器(20)能够在从低于低频交流输电线的低频率的下限频率到约1千兆赫(GH₂)的上限频率的频率范围内，对通过天线(10；10′)接收的信号进行宽频带放大，其中在20到200MH₂的范围内，增益至少达40分贝(dB)，在下限频率和约10KH₂之间的范围内，放大增益下降，放大器(20)的输出信号(S_N和S_H)的全部频谱被传送到示波器(30)的输入端，以产生象点的垂直与水平扫描，这样，在示波器(30)显象屏(35)上，由输电线的正弦交流输电线电压所产生的低频信号(S_N)就表现为平滑封闭曲线(40)，而由电晕放电所引起的高频信号(S_H)则表现为封闭曲线(40)的扰动(41)，从该扰动的外形，幅度和位置确定架空线上的缺陷的位置和类型。

2、根据权利要求1的检测器，共特征在于在放大器（20）的信号输入端上（21）接有移相器（43），它至少要有一个电容器（44），移相器（43）用于抵消接收低频信号（S_N）时出现的相位差，该相位差可使在示波器显象管（35）上出现的平滑封闭曲线发生畸变。

3、根据权利要求2的检测器，其特征在于，带有电容器（44）的移相器（43）可用于手动操作钮（70）来调节。

4、根据权利要求1的检测器，其特征在于它包括两个天线接头（13，13′）和转换开关（14），以把两个天线接头交替接在放大器（20）输入端上，且为了用飞机特别是用直升飞机从空中对架空线进行检测，具有两根天线（10，10′），它们可以固定在飞机的左右侧，而且各用屏蔽电缆（12，12′）同天线接头（13，13′）之一相接。

5、根据权利要求1的检测器，其特征在于，在放大器（20）的输出端（22）上接有光电信号电平显示器（45）。

6、根据权利要求1的检测器，其特征在于放大器（20）的输出端（22）通过声频电路（46）与电-声信号发送装置（48）的接头（47）相连。

7、根据权利要求6的检测器，其特征在于声频电路（46）带有抑制振幅小于预定的并最好是可调节阈值的信号的装置。

8、根据权利要求6的检测器，其特征在于声频电路（46）具有用于产生其频率取决于高频信号振幅的声频信号的装置。

9、根据权利要求1的检测器，其特征在于，至少放大器（20）和供电装置被结合在一起，成为一个紧凑的仪器（50），这个仪器至少有一个同放大器（20）输入端（21）相联并用于同天线（10）相连的接头（13），而且最好还带有工作计时器（60）。

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