CN110988613A - 一种基于用于局部放电测量的光锥传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于用于局部放电测量的光锥传感器，旨在提供一种灵敏度高的基于用于局部放电测量的光锥传感器。它包括光子收集探头、固定壳、硅光电二极管、密封法兰盘及航空插头；所述多芯航空插头固定穿设于密封法兰盘中部，所述固定壳一端通过螺钉与密封法兰盘固连；所述光子收集探头固定穿设于固定壳的另一端中部，所述硅光电二极管固定设置于固定壳内、且硅光电二极管的端面与光子收集探头的相应端面贴合；所述光子收集探头呈圆锥台状且直径小端为球面；所述光子收集探头采用转换效率高的荧光玻璃材料制作；所述航空插头的接线端子通过导线与硅光电二极管的接线端子连接；所述光子收集探头用于将光电转换器的平面受光转变为立体受光。
Description
技术领域
本发明涉及气体绝缘电力设备绝缘状态监测设备技术领域，尤其是涉及一种基于用于局部放电测量的光锥传感器。
背景技术
气体绝缘设备难以避免地在制造、装配和输运过程中形成金属毛刺、接触不良、部件松动、金属颗粒等绝缘缺陷，在高场强下会引起持续或间歇性的局部放电，在过电压下甚至引起击穿闪络故障。设备内部的放电是造成绝缘劣化的重要原因，也是绝缘故障的外在表现形式，通过对局部放电的检测可以实现对气体绝缘设备内绝缘缺陷和故障进行检测和预警。
设备内部的放电过程会伴随着光子发射现象，通过对放电辐射光子进行探测是一种置信度较高的检测方法，相比现有的超声法、超高频法以及高频电流法，其具有不受现场电磁干扰的天然优势，配合单光子响应器件能够实现极高的信噪比。目前提出的可用于设备绝缘局部放电的光学检测方法主要包括荧光光纤检测和声-光检测，前者是将荧光光纤置入设备内对放电的光信号进行采集，然后引导到外部与光电转换和信号处理***进行连接，该方法受到光纤有限受光面积的制约，灵敏度较低；后者利用声-光干涉原理将放电引起的声信号转换为光干涉信号，其光学信号并不能本征地反映放电特性。总体而言，虽然目前光学局部放电测量传感器能够限制非光学干扰，但其灵敏度和视角范围受限，并未在实际设备上得到广泛应用。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供了一种视场大、灵敏度高的基于用于局部放电测量的光锥传感器。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于用于局部放电测量的光锥传感器，包括光子收集探头、固定壳、硅光电二极管、密封法兰盘及航空插头；所述多芯航空插头固定穿设于密封法兰盘中部，所述固定壳一端通过螺钉与密封法兰盘固连；所述光子收集探头固定穿设于固定壳的另一端中部，所述硅光电二极管固定设置于固定壳内、且硅光电二极管的端面与光子收集探头的相应端面贴合；所述光子收集探头呈圆锥台状且直径小端为球面；所述光子收集探头采用转换效率高的荧光玻璃材料制作；所述航空插头的接线端子通过导线与硅光电二极管的接线端子连接；所述光子收集探头用于将光电转换器的平面受光转变为立体受光，利用荧光效应将局部放电紫外光转换为可见光。
优选的是，所述密封法兰盘朝向固定壳的一侧设置有安装O型密封圈的环形槽。
优选的是，所述光子收集探头用于将200nm~400nm范围内的局部放电紫外波段光辐射转换至500nm~700nm范围内的可见光，其在300nm~1000nm波段范围内的透光率大于80%。
优选的是，所述光子收集探头与固态硅光电二极管相接触一端端面的面积与固态硅光电二极管探测端面面积相同。
优选的是，所述固态硅光电二极管采用雪崩型硅二极管，其光谱响应范围覆盖400nm-1000nm，感光面直径不小于3mm，灵敏度不低于0.2A/W。
优选的是，所述密封法兰盘采用不锈钢或铝制成。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明针对光学局部放电视角范围小、灵敏度低的问题，提出一种基于荧光锥体和固态光电倍增管的局部放电传感器，用于对气体绝缘设备内部局部放电进行内窥式探测。本发明首先利用荧光晶体的蓝光激发转换效应将波长较短的光辐射转制为波长较长的可见光波段，同时利用光锥结构扩大光电器件的受光面积和探测视场；配合对可见光敏感的固态光电倍增管进行光电转换，输出光电脉冲信号，最终实现局部放电光辐射的有效探测。该发明能够方便的安装于气体绝缘设备内部，且对设备内部绝缘的影响较小，具有体积小、视场大、灵敏度高等优点。该方法对提高变电站内气体绝缘设备运行维护和状态检测质量、发现潜隐型绝缘缺陷、缩短设备事故发现时间、避免重大运行事故具有实际意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为局部放电光锥传感器的基本结构图；
图2为局部放电光锥传感器的基本原理图；
图3为荧光光锥棒体结构示意图；
图4为密封法兰盘与设备窗口连接的结构示意图。
图中：光子收集探头1、硅光电二极管2、硅光电二极管的受光面3、固定壳4、密封法兰盘5、航空插头6、环形槽7、螺钉8、设备窗口10。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将以附图为基准，借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
图1-4所示基于用于局部放电测量的光锥传感器，用于探测设备内部产生的局部放电弱光辐射，该光锥传感器包括光子收集探头、固定壳、硅光电二极管、密封法兰盘及航空插头；所述多芯航空插头固定穿设于密封法兰盘中部，所述固定壳一端通过螺钉与密封法兰盘固连；所述光子收集探头固定穿设于固定壳的另一端中部，所述硅光电二极管固定设置于固定壳内、且硅光电二极管的端面与光子收集探头的相应端面贴合；所述光子收集探头呈圆锥台状且直径小端为球面；所述光子收集探头采用转换效率高的荧光玻璃材料制作，从而提高探测视场范围；所述航空插头的接线端子通过导线与硅光电二极管的接线端子连接；所述光子收集探头用于将光电转换器的平面受光转变为立体受光，利用荧光效应将局部放电紫外光转换为可见光。
本实施例中，所述密封法兰盘朝向固定壳的一侧设置有安装O型密封圈的环形槽，便于O型密封圈的安装。荧光玻璃的光子收集探头可将200nm~400nm范围内的局部放电紫外波段光辐射转换至500nm~700nm范围内的可见光，并被硅光电二极管接收，从而保证传感器具有最佳的光子探测效率；光子收集探头在300nm~1000nm波段范围内的透光率大于80%。所述光子收集探头与固态硅光电二极管相接触一端端面的面积与固态硅光电二极管探测端面面积相同。所述固态硅光电二极管采用雪崩型硅二极管（APD），其光谱响应范围覆盖400nm-1000nm，感光面直径不小于3mm，灵敏度不低于0.2A/W。
本实施例中，光子收集探头上端面为球面，下端面为平面，下端面面积与固态硅光电二极管探测端面面积相同，可取下端面直径为3~5mm，高度为5~10mm，如附图2所示；固定壳能够将光子收集探头安装于固态硅光电二极管探测面上，保证光子收集探头底部端面和固态硅光电二极管端面紧密贴合。
本实施例中，所述密封法兰盘采用不锈钢或铝制成，用于传感器的安装，其可配合固定壳将光子收集探头和固态硅光电二极管固定在设备内测，采用O型密封圈和环形槽与设备密封固定连接，密封航空插头连接内外两侧电源线和信号线。如附图4所示。
本发明中所涉及到的电路、电子元器件及控制器均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，凡在本发明的精神和原则之内，其对上述具体实施例所记载的技术方案或部分技术特征进行的任何修改、等同替换及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于用于局部放电测量的光锥传感器，包括光子收集探头、固定壳、硅光电二极管、密封法兰盘及航空插头，其特征在于：所述多芯航空插头固定穿设于密封法兰盘中部，所述固定壳一端通过螺钉与密封法兰盘固连；所述光子收集探头固定穿设于固定壳的另一端中部，所述硅光电二极管固定设置于固定壳内、且硅光电二极管的端面与光子收集探头的相应端面贴合；所述光子收集探头呈圆锥台状且直径小端为球面；所述光子收集探头采用转换效率高的荧光玻璃材料制作；所述航空插头的接线端子通过导线与硅光电二极管的接线端子连接；所述光子收集探头用于将光电转换器的平面受光转变为立体受光，利用荧光效应将局部放电紫外光转换为可见光。
2.根据权利要求1所述基于用于局部放电测量的光锥传感器，其特征在于：所述密封法兰盘朝向固定壳的一侧设置有安装O型密封圈的环形槽。
3.根据权利要求1或2所述基于用于局部放电测量的光锥传感器，其特征在于：所述光子收集探头用于将200nm~400nm范围内的局部放电紫外波段光辐射转换至500nm~700nm范围内的可见光，其在300nm~1000nm波段范围内的透光率大于80%。
4.根据权利要求1或2所述基于用于局部放电测量的光锥传感器，其特征在于：所述光子收集探头与固态硅光电二极管相接触一端端面的面积与固态硅光电二极管探测端面面积相同。
5.根据权利要求1或2所述基于用于局部放电测量的光锥传感器，其特征在于：所述固态硅光电二极管采用雪崩型硅二极管，其光谱响应范围覆盖400nm-1000nm，感光面直径不小于3mm，灵敏度不低于0.2A/W。
6.根据权利要求1或2所述基于用于局部放电测量的光锥传感器，其特征在于：所述密封法兰盘采用不锈钢或铝制成。
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