CN104749495A - 带电检测和诊断电力设备缺陷的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带电检测和诊断电力设备缺陷的装置及方法，装置包括：超声波探测器和主机；超声波探测器和主机通过数据线连接；超声波探测器包括：超声波传感器、信号处理电路、湿温度传感器、数据输出接口、供电电源和外壳；外壳包括接收口、连接件和手柄；接收口出音口通过连接件与手柄固定连接；超声波传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出端与数据输出接口连接；湿温度传感器内置于外壳内部，其输出端连接到数据输出接口；供电电源分别与信号处理电路、超声波传感器和湿温度传感器连接。可不接触远距离带电检测，可以实现缺陷的准确定位和劣化程度的诊断。

Description

带电检测和诊断电力设备缺陷的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种电力设备缺陷检测装置，具体涉及一种带电检测和诊断电力设备缺陷的装置及方法。

背景技术

电力设备在运行一段时间后，有些设备会因为各种原因造成绝缘下降，从而导致不良的局部放电现象。当发生局部放电时，会影响设备绝缘寿命。具体的，每次放电时，由于高能量电子或加速电子的冲击，特别是长期局部放电作用，均会引起多种形式的物理效应和化学反应，如带电质点撞击气泡外壁时，就可能打断绝缘的化学键而发生裂解，破坏绝缘的分子结构，造成绝缘劣化，加速绝缘损坏过程，最终导致电力设备故障的发生，造成电网停电，从而给用电用户和电力企业造成巨大损失。

现有技术中，普遍采用局放仪检测电力设备是否发生局部放电现象，主要存在以下不足：（1）由于电力设备运行在高压状态，该种方式为一种近距离接触检测方式，需要将传感器粘贴到被检测部位，因此，存在安全隐患，难以有效的推广使用。（2）局放仪为定性检测，只能检测电力设备是否发生了局部放电，而不能定位。（3）传感器监测的有效范围较小，现场应用较为不方便；另外，无法对缺陷进行分析，只是反应检测数值的大小。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种带电检测和诊断电力设备缺陷的装置及方法，可不接触远距离带电检测，可以实现缺陷的准确定位和劣化程度的诊断。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种带电检测和诊断电力设备缺陷的装置，包括：超声波探测器和主机；所述超声波探测器和所述主机通过数据线连接；

所述超声波探测器包括：超声波传感器、信号处理电路、湿温度传感器、数据输出接口、供电电源和外壳；所述外壳为喇叭形状，其内表面为镜面，包括接收口、连接件和手柄；所述接收口的出音口直径小于进音口直径，该出音口通过所述连接件与所述手柄固定连接；所述超声波传感器固定到所述连接件的内部，所述信号处理电路和所述供电电源固定到所述手柄的内部，并且，所述超声波传感器的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与所述数据输出接口连接；所述湿温度传感器内置于所述外壳内部，其输出端连接到所述数据输出接口；所述供电电源分别与所述信号处理电路、所述超声波传感器和所述湿温度传感器连接。

优选的，所述信号处理电路为串联的检测模拟回路、声波放大回路和数字回路。

优选的，所述声波放大回路输出端还连接有音频输出接口。

优选的，所述接收口为15度喇叭形锥体，所述接收口的壳体采用工程塑料制成；所述连接件为铝连接件，该绝缘连接件的一端与所述接收口通过螺纹连接。

优选的，所述手柄为圆柱形；在所述手柄的表面还设置有电源开关；所述电源开关与所述供电电源电连接。

优选的，所述供电电源为锂电池。

优选的，还包括瞄准器；所述瞄准器固定安装在所述接收口和所述连接件的相交部位。

本发明还提供一种带电检测和诊断电力设备缺陷的方法，包括以下步骤：

S1，超声波探测器扫描被检测电力设备，如果接收到原始超声波信号，则对所述原始超声波信号进行预处理，得到处理后的超声波信号；

S2，所述超声波探测器将所述处理后的超声波信号经过数据输出接口传输到主机；同时，所述超声波探测器也将湿温度传感器采集到的温度湿度值上传到主机；

S3，所述主机对所述处理后的超声波信号进行波形分析和音频分析、并结合检测距离、所述温度湿度值、设备种类、设备状态综合因素，得到初始分析结果；将所述初始分析结果与数据库中数据进行比对，诊断出被检测电力设备劣化程度。

优选的，S1中，对所述原始超声波信号进行预处理具体为：

对所述原始超声波信号进行滤波、放大处理；S3之后，还包括：

S4，所述主机显示接收到的所述处理后的超声波信号的动态波形，以及，将诊断结果存储在存储器中。

优选的，S3具体为：

S31，通过以下公式计算初始分析值：

初始分析值=-17.651+28.651X₁+89.836X₂-0.029X₃+0.832X₄；

其中，X₁为设备种类；X₂:为设备状态；X₃为检测波形平均值dB；X₄为实效值；

其中，实效值X₄=检测的信号值+补偿值；

其中，补偿值=-1.6106(基准距离值-距离(m))-0.015(基准温度值-湿度%))+0.1335(基准温度值-温度(℃))；

S32，诊断的基准值为0.5，如果初始分析值大于0.5，则表明设备劣化程度为严重等级；如果初始分析值小于等于0.5，则设备劣化程度为一般等级。

本发明的有益效果如下：

（1）超声波传感器不需要直接接触被检设备，为一种非接触的检测方式，保证检测人员安全；

（2）整个超声波探测器采用便携式结构设计，整体重量不超过800克，具有体积小、重量轻，可以直接手持式使用，方便任何地形环境带电检测电力设备的局部放电现象。

（3）该装置检测距离达到30米，可不接触远距离带电检测，可以实现缺陷的准确定位和劣化程度的诊断。

（4）整合采集、检测、诊断，帮助供电公司运行人员预防电力设备故障的发生，减少了停电时间，提高了电网运行的可靠性。与传统的超声波探伤仪相比，此装置只是采集电力设备局部放电时产生的特定频率的超声波信号，本身并不发射超声波信号。

附图说明

图1为本发明提供的带电检测和诊断电力设备缺陷的装置电路原理图；

图2为本发明提供的超声波探测器的整体结构示意图；

图3为本发明提供的接收口的剖视图；

图4为本发明提供的接收口的轮廓图；

图5为图3右视图；

图6为图3左视图；

图7为本发明提供的手柄的正面剖视图；

图8为本发明提供的手柄的背面剖视图；

图9为本发明提供的手柄的轮廓图；

图10为图8右视图；

图11为本发明提供的瞄准器的轮廓图；

图12为图10右视图；

图13为图11剖视图；

其中，1---接收口；2---连接件；3---手柄。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明：

结合图1-图13，本发明提供一种带电检测和诊断电力设备缺陷的装置，包括：超声波探测器和主机；所述超声波探测器和所述主机通过数据线连接；

所述超声波探测器包括：超声波传感器、信号处理电路、湿温度传感器、数据输出接口、供电电源和外壳；所述外壳为喇叭形状，其内表面为镜面，包括接收口、连接件和手柄；所述接收口的出音口直径小于进音口直径，该出音口通过所述连接件与所述手柄固定连接；所述超声波传感器固定到所述连接件的内部，所述信号处理电路和所述供电电源固定到所述手柄的内部，并且，所述超声波传感器的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与所述数据输出接口连接；所述湿温度传感器内置于所述外壳内部，其输出端连接到所述数据输出接口；所述供电电源分别与所述信号处理电路、所述超声波传感器和所述湿温度传感器连接。

其中，信号处理电路为串联的检测模拟回路、声波放大回路和数字回路。，用于对超声波传感器所采集到的信号进行模数转换、滤波和放大处理，并通过数字回路上传到主机。此外，声波放大回路输出端还连接有音频输出接口，通过音频输出接口输出音频声音。

接收口为15度喇叭形锥体，可以对检测点进行定位，提高了检测的精度；接收口的壳体采用工程塑料制成，如ABS+PC材料，可有效降低整体检测探头的重量，提高强度。并且，接收口内表面采用镜面，能提高到达超声波传感器的声音信号强度，提高检测精度。

连接件采用绝缘连接件，如铝连接件。绝缘连接件的一端与接收口可通过螺纹连接。超声波传感器采用小型超声波传感器，内置在纯铝件部件内部，可有效增强抗干扰能力。

如图7-10所示，手柄为圆柱形，方便用手拿握。在手柄的表面还设置有电源开关；电源开关与供电电源电连接。其中，供电电源为锂电池。锂电池内置于手柄内部，方便打开和更换电池，具有使用方便的优点。

如图11-13所示，还包括瞄准器。瞄准器固定安装在接收口和绝缘连接件的相交部位。

该带电检测和诊断电力设备缺陷的装置检测电力设备局部放电现象的工作原理为：

由于电力设备放电是一个复杂的气体放电物理过程，会出现很多现象，如，当放电发生时，放电区域的分子间将产生剧烈的撞击，这种撞击宏观上表现为一种压力，由于放电是一连串的脉冲，所以，由此产生的压力波也是脉冲形式，含有各种频率分量，其中频率超过20KHz的即为超声波。通过对电力设备局部放电产生的超声波进行采集，将此信号通过滤波和放大处理，传到主机中，经过波形分析，即可诊断出被检测电力设备劣化程度。

具体包括以下步骤：

S1，超声波探测器扫描被检测电力设备，如果接收到原始超声波信号，则对所述原始超声波信号进行预处理，得到处理后的超声波信号；

其中，预处理具体为：对原始超声波信号进行滤波、放大处理。另外，超声波探测器可以设置为仅接收频率为40±1kHz的原始超声波信号。

S2，所述超声波探测器将所述处理后的超声波信号经过数据输出接口传输到主机；同时，所述超声波探测器也将湿温度传感器采集到的温度湿度值上传到主机；

S3，所述主机对所述处理后的超声波信号进行波形分析和音频分析、并结合检测距离、所述温度湿度值，得到初始分析结果；将所述初始分析结果与数据库中数据进行比对，诊断出被检测电力设备劣化程度以及劣化位置。

对超声波信号进行波形分析，主要分析方式为：超声鉴别，幅值鉴别，自适应滤波等。

具体诊断方法为：S31，通过以下公式计算初始分析值：

初始分析值=-17.651+28.651X₁+89.836X₂-0.029X₃+0.832X₄；

其中，X₁为设备种类，例如：柱式绝缘子、悬式绝缘子、避雷器、熔断器、电缆终端、开关设备、变压器、隔离开关；

X₂:为设备状态，例如，裂纹、侵蚀、炭化、击穿、接触不良、腐蚀、污秽、白化、表面剥落、表面良好；X₁和X₂的值是经大量试验数据研究得来。

X₃为检测波形平均值dB；X₄为实效值；

其中，实效值X₄=检测的信号值+补偿值；

其中，补偿值=-1.6106(基准距离值-距离(m))-0.015(基准温度值-湿度%))+0.1335(基准温度值-温度(℃))；一般情况下基准距离值为13.5米，基准温度值为24度，基准湿度值为50%；

S32，诊断的基准值为0.5，如果初始分析值大于0.5，则表明设备劣化程度为严重等级；如果初始分析值小于等于0.5，则设备劣化程度为一般等级。

S3之后，还包括：

S4，所述主机显示接收到的所述处理后的超声波信号的动态波形，以及，将诊断结果存储在存储器中。

例如，将诊断结果作为一个文本文件存储在主机内置的存储器内，使用者可通过显示器进行查阅，达到检测电力设备缺陷的目的。主机配置移动存储卡，可将数据导入PC电脑，方便检测报告生成、打印、查询。

由此可见，本发明提供的带电检测和诊断电力设备缺陷的装置及方法，主要应用于电力行业中的电力设备状态检修过程中，具有以下优点：

（1）超声波传感器不需要直接接触被检设备，为一种非接触的检测方式，保证检测人员安全；

（2）整个超声波探测器采用便携式结构设计，整体重量不超过800克，具有体积小、重量轻，可以直接手持式使用，方便任何地形环境带电检测电力设备的局部放电现象。

（3）该装置检测距离达到30米，可不接触远距离带电检测，可以实现缺陷的准确定位和劣化程度的诊断。

（4）整合采集、检测、诊断，帮助供电公司运行人员预防电力设备故障的发生，减少了停电时间，提高了电网运行的可靠性。与传统的超声波探伤仪相比，此装置只是采集电力设备局部放电时产生的特定频率的超声波信号，本身并不发射超声波信号。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种带电检测和诊断电力设备缺陷的装置，其特征在于，包括：超声波探测器和主机；所述超声波探测器和所述主机通过数据线连接；

所述超声波探测器包括：超声波传感器、信号处理电路、湿温度传感器、数据输出接口、供电电源和外壳；所述外壳为喇叭形状，其内表面为镜面，包括接收口、连接件和手柄；所述接收口的出音口直径小于进音口直径，该出音口通过所述连接件与所述手柄固定连接；所述超声波传感器固定到所述连接件的内部，所述信号处理电路和所述供电电源固定到所述手柄的内部，并且，所述超声波传感器的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与所述数据输出接口连接；所述湿温度传感器内置于所述外壳内部，其输出端连接到所述数据输出接口；所述供电电源分别与所述信号处理电路、所述超声波传感器和所述湿温度传感器连接。

2.根据权利要求1所述的带电检测和诊断电力设备缺陷的装置，其特征在于，所述信号处理电路为串联的检测模拟回路、声波放大回路和数字回路。

3.根据权利要求2所述的带电检测和诊断电力设备缺陷的装置，其特征在于，所述声波放大回路输出端还连接有音频输出接口。

4.根据权利要求1所述的带电检测和诊断电力设备缺陷的装置，其特征在于，所述接收口为15度喇叭形锥体，所述接收口的壳体采用工程塑料制成；所述连接件为铝连接件，该绝缘连接件的一端与所述接收口通过螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的带电检测和诊断电力设备缺陷的装置，其特征在于，所述手柄为圆柱形；在所述手柄的表面还设置有电源开关；所述电源开关与所述供电电源电连接。

6.根据权利要求1所述的带电检测和诊断电力设备缺陷的装置，其特征在于，所述供电电源为锂电池。

7.根据权利要求1所述的带电检测和诊断电力设备缺陷的装置，其特征在于，还包括瞄准器；所述瞄准器固定安装在所述接收口和所述连接件的相交部位。

8.一种带电检测和诊断电力设备缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，超声波探测器扫描被检测电力设备，如果接收到原始超声波信号，则对所述原始超声波信号进行预处理，得到处理后的超声波信号；

S2，所述超声波探测器将所述处理后的超声波信号经过数据输出接口传输到主机；同时，所述超声波探测器也将湿温度传感器采集到的温度湿度值上传到主机；

S3，所述主机对所述处理后的超声波信号进行波形分析和音频分析、并结合检测距离、所述温度湿度值、设备种类、设备状态综合因素，得到初始分析结果；将所述初始分析结果与数据库中数据进行比对，诊断出被检测电力设备劣化程度。

9.根据权利要求8所述的带电检测和诊断电力设备缺陷的方法，其特征在于，S1中，对所述原始超声波信号进行预处理具体为：

对所述原始超声波信号进行滤波、放大处理；S3之后，还包括：

S4，所述主机显示接收到的所述处理后的超声波信号的动态波形，以及，将诊断结果存储在存储器中。

10.根据权利要求8所述的带电检测和诊断电力设备缺陷的方法，其特征在于，S3具体为：

S31，通过以下公式计算初始分析值：

初始分析值=-17.651+28.651X₁+89.836X₂-0.029X₃+0.832X₄；

其中，X₁为设备种类；X₂:为设备状态；X₃为检测波形平均值dB；X₄为实效值；

其中，实效值X₄=检测的信号值+补偿值；

其中，补偿值=-1.6106(基准距离值-距离(m))-0.015(基准温度值-湿度%))+0.1335(基准温度值-温度(℃))；

S32，诊断的基准值为0.5，如果初始分析值大于0.5，则表明设备劣化程度为严重等级；如果初始分析值小于等于0.5，则设备劣化程度为一般等级。