专利名称：输配电线路局部放电故障的在线检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于测量领域，尤其涉及一种用于检测输配电线路局部放电的方法和装置。
背景技术：
输电线路是电力系统输电过程中必不可少的电气设备，它的可靠安全运行直接关系到整个电网的可靠性。输电线路表面因空气污染、粉尘以及接触不良等原因会导致其表面放电，最终形成闪络，使其安全性能降低，尤其是在重污区，空气中污秽物较多，从而导致输电线路上的等值盐附密度增加，以及绝缘老化和连接金属接触不良的原因会导致其放电，最终形成闪络，使配网输电线路安全性能降低。换句话说，输配电线路的局部放电故障易发部位(通常包括绝缘子及相关的电缆接头)在长期运行过程中，因空气污染、粉尘等原因，会导致其表面污染程度加大，最终形成局部或整体绝缘劣化，电气绝缘强度降低，甚至发生闪络现象或放电击穿故障，在业内简称之为“污闪”。对于输电线路的放电状况进行检测成为掌握其运行状态的必要手段，也成为保证电力系统安全可靠供电的重要保证。目前输电线路的防污闪处理方法可以归纳为两种一是预防性的，即针对污闪形成的条件入手，使污闪条件无法满足，污闪故障也就不会发生。但是从实际运行的情况来看，这些方法还不足以完全防止污闪的发生。二是监测性的，它是第一种方法的补充，对绝缘子污秽放电进行在线监测并对检测数据统一管理，用于及时发现污闪出现的苗头，在它尚未对系统造成�：χ熬驼页隼矗乖诵屑煨奕嗽蹦芄患笆辈扇∠嘤Υ胧┲浦刮凵恋姆⑸４幽芰康慕嵌壤纯矗诺缡且桓瞿芰克彩北⒌墓蹋堑缒芤陨�、光能、热能、 电磁能等形式释放出去的过程，在空气间隙中发生电气击穿时，放电瞬时完成，其电能瞬时转化为热能导致放电中心气体的膨胀，这种瞬时膨胀的结果以声波的形式传播出去，就是最初的声源。随着最初的声波传播，传播区域内的气体被加热，形成一个等温区，其温度高于环境温度，当这些气体冷却时，气体又开始收缩，收缩的结果就是较低频率和强度的后续波， 它可以是可闻声波或超声波。由于声学监测法与声信号的大小有很大关系，因此必须具有很高的灵敏度，才能捕捉到开始放电时产生的微弱的声信号，同时又不能受到噪声的干扰，造成误报警。为了达到不受到外界噪声干扰的目的，所取的频段必须避开人耳可听声音的频率范围，即 20Hz-20kHz，所以应当取频率大于20kHz的声信号，即超声波。根据放电的发展过程可知，放电是由弱到强逐步发展至闪络的，因此捕捉放电过程中产生的超声波信号，并根据超声波的声压大小变化，信号脉冲稀密变化，判断污秽放电的强度以及对系统威胁的大�。涂梢栽谖刍喑潭冉锨幔龀鱿治⑷醯姆诺缡保⑾炙⒉扇〈胧鹿实拿缤废穑苊飧蟮乃鹗�。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种输配电线路局部放电故障的在线检测方法及装置，其采用在线远程定向聚焦拾音/定位的方法，捕捉放电过程中产生的超声波信号，将其转换为检测人员可识别的声/电信号，藉此来判断放电故障易发部位之污秽放电的强度以及对系统威胁的大�。苊饨徊蕉窕笆鹿实姆⑸�。可大量减少使用人工、定检费用，减少以往的停电时间工作量，有效地保证电力设备的安全运行，节约维护费用，提高供电可靠性。本发明的技术方案是提供一种输配电线路局部放电故障的在线检测方法，包括对输变电线路进行非接触式检查，其特征是A、在某一测量点，利用超声波定向聚焦远程拾音装置，定向拾取输配电线路局部放电故障易发部位的声音信号；B、用外差法将拾取到的超声波信号进行转换/放大，转换成一个人耳可判别、可听见的音频信号；C、将放大后的音频信号以人耳可听见的音频方式输出，供检测人员作定性分析/ 记录之用；D、将上述音频信号以声压/电压读数的形式可读地显示出来，供检测人员作定量分析/记录之用；E、根据声压/电压的数值大小或变化，信号脉冲的稀密变化，来判断局部放电故障易发部位是否存在污秽放电现象，以及污秽放电的强弱程度；F、当声音信号或音频信号无或小于低限值时，判定局部放电故障易发部位无放电故障；G、当声音信号或音频信号高于低限值，低于中限值时，判定局部放电故障易发部位存在轻微的放电故障，需要加强关注或增加巡检密度；H、当声音信号或音频信号高于中限值，低于高限值时，判定局部放电故障易发部位存在较严重的放电故障，需要安排检修计划，择机采取相关处理措施；I、当声音信号或音频信号高于高限值时，判定局部放电故障易发部位存在严重放电故障，需要立即或尽快采取相关处理措施；J、记录各测量点的声音信号检测结果和声音信号检测读数记录，储存，汇总记录， 建立各杆塔测量点局部放电故障易发部位的放电状态档案；K、分析各杆塔测量点局部放电故障易发部位放电状态的变化趋势或变化率，根据统计分析、趋势分析判断输电线路的运行状况和故障率，为输电线路采取相应的预防措施提供技术依据，以便于更好的制定各杆塔测量点局部放电故障易发部位的检测频率或检测策略。其中，所述的超声波定向聚焦远程拾音装置采用反射聚焦的方式，将拾取到的超声波信号聚焦到超声波传感器，进行声/电转换后输出电信号。所述的局部放电故障易发部位包括各个杆塔的绝缘子、连接金具或电缆接头。
所述的相关处理措施包括清扫、更换绝缘子、清扫或更换连接金具、清扫、检修或更换电缆接头。所述超声波定向聚焦远程拾音装置的中心频率为40kHz。本发明还提供了一种采用权利要求1所述方法工作的输配电线路局部放电在线检测装置，包括一个具有聚焦抛物面状的声音接受盘，其特征在所述声音接受盘的前焦点上设置一声音传感器，用于将接收到的超声波信号转换为电信号；设置一超声波转换/放大单元，所述超声波转换/放大单元的信号输入端与声音传感器的电信号输出电极连接， 将超声波转换为音频信号并对音频信号进行放大；所述声波转换/放大单元的输出端，与一发声器件和/或一电压数值显示器件连接，用于输出音频信号和/或音频信号的幅值大�。辉谏艚邮芘痰暮蠓交虿嗝妫柚糜糜谑殖值氖直虿僮鞅Ｆ渲校龅纳舸衅魑淝穸窖沟绱衅�。所述的弯曲振动式压电传感器包括一个前端带有开口的外壳，在外壳中设置一与外壳固接的固定座，在朝向开口端的的固定座上设置一压电陶瓷晶片，所述压电陶瓷晶片的两端面经贯穿固定座的电极向后引出，构成压电传感器的电信号输出电极，在压电陶瓷晶片的上面设置阻尼匹配金属圆片，在阻尼匹配金属圆片的上面设置一推向锥，在压电传感器外壳的开口端，设置防护网。进一步的，所述压电传感器的中心频率为40kHz。所述的声波转换/放大单元包括依次连接的选频电路、混频电路、中频选频放大、 检波电路及功率放大电路，和与混频电路连接的本地振荡电路。所述的电压数值显示器件为指针式或数字式电压表。与现有技术比较，本发明的优点是1.采用远程在线式非接触式测量，定向定位准确，可对配网输电线路上的局部放电和接触不良等故障进行远程带电监测，避免进一步恶化及事故的发生；2.在线远程非接触式检测，可大量减少使用人工、定检费用，减少以往的停电时间工作量，保障供电可靠性率、增加设备使用年限、减少设备故障和事故、减少检修费用、人力的投入达到增产、增效、安全的效益；3.数据采集档案化，为输电线路状态检修提供技术支持及理论依据；4.检测数据和档案的数字化与电力系统管理网络相结合后，有助于增加输电线路智能化程度和建立整个电力系统的绝缘监督网，作为智能电网建设的一项技术保证，为电力设备的全寿命管理提供技术保障。
图1是本发明的检测方法示意图；图2是声音传感器的结构示意图；图3是整个装置的电路功能�？榻峁故疽馔�。图中1为防护网，2为外壳，3为推向锥，4为阻尼匹配金属圆片，5为压电陶瓷晶片，6为固定座，7为电极，31为声音接受盘，32为声音传感器，33为超声波转换/放大单元， 34为发声器件，35为电压数值显示器件，36为于手持的手柄。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明。图1中，技术方案中的在线检测方法，包括对输变电线路进行非接触式检查，其基本步骤包括A、在某一测量点，利用超声波定向聚焦远程拾音装置，定向拾取输配电线路局部放电故障易发部位的声音信号；B、用外差法将拾取到的超声波信号进行转换/放大，转换成一个人耳可判别、可听见的音频信号；C、将放大后的音频信号以人耳可听见的音频方式输出，供检测人员作定性分析/ 记录之用；D、将上述音频信号以声压/电压读数的形式可读地显示出来，供检测人员作定量分析/记录之用；E、根据声压/电压的数值大小或变化，信号脉冲的稀密变化，来判断局部放电故障易发部位是否存在污秽放电现象，以及污秽放电的强弱程度；F、当声音信号或音频信号无或小于低限值时，判定局部放电故障易发部位无放电故障；G、当声音信号或音频信号高于低限值，低于中限值时，判定局部放电故障易发部位存在轻微的放电故障，需要加强关注或增加巡检密度；H、当声音信号或音频信号高于中限值，低于高限值时，判定局部放电故障易发部位存在较严重的放电故障，需要安排检修计划，择机采取相关处理措施；I、当声音信号或音频信号高于高限值时，判定局部放电故障易发部位存在严重放电故障，需要立即或尽快采取相关处理措施；J、记录各测量点的声音信号检测结果和声音信号检测读数记录，储存，汇总记录， 建立各杆塔测量点局部放电故障易发部位的放电状态档案；K、分析各杆塔测量点局部放电故障易发部位放电状态的变化趋势或变化率，根据统计分析、趋势分析判断输电线路的运行状况和故障率，为输电线路采取相应的预防措施提供技术依据，以便于更好的制定各杆塔测量点局部放电故障易发部位的检测频率或检测策略。其中，所述的超声波定向聚焦远程拾音装置采用反射聚焦的方式，将拾取到的超声波信号聚焦到超声波传感器，进行声/电转换后输出电信号。上述的局部放电故障易发部位包括各个杆塔的绝缘子、连接金具或电缆接头。上述的相关处理措施包括清扫、更换绝缘子、清扫或更换连接金具、清扫、检修或更换电缆接头。上述超声波定向聚焦远程拾音装置的中心频率为40kHz。本技术方案之检测方法，可检测配网输电线路的放电、绝缘老化和接触不良状况， 采用超声波局放远程检测定位技术和远程聚焦检测技术，采集放电的超声波信号，然后利用外差法(Heterodyning)，将被接收的信号转换成一个人耳可判别的声音信号，并将放电所产生的超声波大小以电压(dByV)的形式显示出来，通过分析耳机中传来的放电声音以及显示屏上声压的大小来判断线路绝缘子是否存在表面放电现象。
由于超声波信号还具有较强的方向性，因此还可以根据声压大小的变化及辅助的激光瞄准技术进行放电位置的大致判断。现有的研究成果表明，由于污秽放电的每一次放电时间都很短，因此它的频谱很宽，相应的放电产生的声信号频谱也很宽，频谱范围从数百赫兹到数兆赫兹。从己有的试验结果来看，声发射信号的频谱分量主要集中在20kHz-150kHz之间，为了提高灵敏度，应选择频谱分量最大的频率，所以频率应当在20kHz-150kHz，再考虑到信号频率越高，在空气中传播时的衰减越大，本技术选择了 40kHz这一频率作为传感器的中心频率。根据污秽放电的发展过程可知，污秽放电是由弱到强逐步发展至闪络的，可以肯定放电过程中超声波信号的声压是由小到大变化，信号脉冲由稀疏到密集变化。根据超声波信号的特征，判断污秽放电的强度以及对系统威胁的大�。涂梢栽谖刍喑潭冉锨幔龀鱿治⑷醯姆诺缡保⑾炙⒉扇〈胧鹿实拿缤废穑苊飧蟮乃鹗�。超声波是指振动频率大于20KHZ以上的，人在自然环境下无法听到和感受到的声波。然后利用外差法(Heterodyning)，将被接收的信号转换成一个人耳可判别、可听见的声音信号，并将放电所产生的超声波大小以电压(dByV)的形式显示出来，使用者通过分析耳机中传来的放电声音以及显示屏上声压的大小来判断线路绝缘子是否存在表面放电现象。外差法原理就像是收音机，可将超声波信号准确地转换成声音，让人们容易地辨认及了解。传感器接收到超声波信号，经过主机选频后，选出要接收的超声波信号。同时，在主机中，有一个本地振荡器，产生一个跟接收频率差不多的本振信号，它跟接收信号混频， 产生差频，这个差频就是中频信号。中频信号再经过中频选频放大，然后再检波，就得到了原来的音频信号。音频信号通过功率放大之后，就可送至耳机发声了。聚焦型传感器是一个弯曲振动式压电传感器和一个聚焦抛物面的组合。因为现有的技术手段无法使声传感器达到较理想的灵敏度，所以想到使用聚焦抛物面反射声波，使声能集中，在焦点产生较大的压力，达到放大信号的目的。检测过程中，使用聚焦型传感器对准要检测的部位，检测过程中瞄准器一定要对准输电线路上的设备，并沿着设备的表面移动，检测每个部位上的放电现象；尽量选择湿度较大的时候进行检测，因为线路上的放电与空气湿度有很大的关系，但避免在雷雨天气进行检测。注意区分电晕，电晕一般发生在导线上，而不在绝缘子上。确定仪器的检测距离和检测角度问题，仪器检测距离约40米左右，建议在架空线路杆塔的四个方向分别进行检测，以便于更好的判断绝缘子的放电状况。图2中，弯曲振动式压电传感器包括一个前端带有开口的外壳2，在外壳中设置一与外壳固接的固定座6，在朝向开口端的的固定座上设置一压电陶瓷晶片5，所述压电陶瓷晶片的两端面经贯穿固定座的电极7向后引出，构成压电传感器的电信号输出电极，在压电陶瓷晶片的上面设置阻尼匹配金属圆片4，在阻尼匹配金属圆片的上面设置一推向锥3， 在压电传感器外壳的开口端，设置防护网1。本技术方案中的超声波传感器采用压电式声传感器，压电晶体的振动模式采用了弯曲振动，因为弯曲振动压电换能器的结构简单、尺寸小、重量轻，机电耦合系数高，Q值高， 易于与空气匹配。
压电晶体边界的处理一般有三种形式A、夹支边，边界作刚性固定；B、简支边，边界用刀刃夹住；C、自由边，边界不受任何约束。夹支边的机电藕合极低，会降低传感器的灵敏度，因此不予采用；自由边结构安装不方便，也不能采用；简支边结构轻便、结实，而且装置的损耗降低到最低程度，是被使用最多的边界支撑。在本技术方案中采用的也是简支边结构。对于接收用的传感器，总期望有较低的阻抗值，以便接收到较弱的声信号和输出较大的电压信号。本超声波传感器结构为敞开式，具有灵敏度高、体积小、易于制作等优点。压电陶瓷的表面镀有一层金属导体，也就是电极。当声压作用在压电陶瓷上时，在压电陶瓷表面产生的电荷是束缚电荷，不能被电路读出，电极的作用将束缚电荷转变为自由电荷，从而被电路读出。表面电极经导线与输出电极连接。压电组件以简支边的形式固定在基座上，在压电组件的中央部分用结合轴与圆锥状的推向锥连成一体，推向锥可以将声压有效地集中在压电晶体的中心，提高传感器的接收灵敏度。上述的部件都被安放在金属外壳内，金属外壳的前端用金属丝组成的防护网代替，使声波能够入射到压电陶瓷上。本技术中所用传感器的中心频率为40kHz，灵敏度约-65dB。图3中，本技术方案之输配电线路局部放电在线检测装置，包括一个具有聚焦抛物面状的声音接受盘31，其在声音接受盘的前焦点上设置一声音传感器32，用于将接收到的超声波信号转换为电信号；设置一超声波转换/放大单元33，超声波转换/放大单元的信号输入端与声音传感器的电信号输出电极连接，将超声波转换为音频信号并对音频信号进行放大；声波转换/放大单元的输出端，与一发声器件34和/或一电压数值显示器件35 连接，用于输出音频信号和/或音频信号的幅值大�。辉谏艚邮芘痰暮蠓交虿嗝妫柚糜糜谑殖值氖直虿僮鞅�36。其中，声音传感器为弯曲振动式压电传感器。所述的声波转换/放大单元包括依次连接的选频电路、混频电路、中频选频放大、 检波电路及功率放大电路，和与混频电路连接的本地振荡电路。所述的电压数值显示器件为指针式或数字式电压表。由于声波转换/放大单元所涉及的各个功能电路、发声器件及电压数值显示器件等均为现有电子技术，本领域的技术人员，在掌握和了解了本发明解决问题的思路和方法后，无需进行创造性的劳动，即可实现本技术方案，再现其技术效果，故上述功能电路的具体线路和相互之间的连接关系，在此不再叙述。抛物面聚焦的效果与抛物面的焦距F、抛物面的口径r和入射波的波数k有关。入射波的波数k越高，聚焦效果越好；当F/r时，焦距越大，即抛物面的尺寸越大，效果越好。 考虑到使用的方便和实用性，以及波阵面在焦点的相位差的问题，本装置采用了一个尺寸较小的旋转抛物面。此抛物面理论上放大约16dB。聚焦抛物面与超声波传感器结合使用就构成了聚焦型传感器，当声源与观察点的距离小于IOm时，单独使用超声波传感器就可以满足灵敏度的要求；当距离大于IOm时，就使用聚焦型传感器，将超声波传感器放在抛物面的焦点上，使抛物面的轴线对准声源。远处的微弱信号经抛物面反射后，在抛物面的焦点，即超声波传感器上产生一个被放大了的信号，达到提高灵敏度的效果。该设备通过检测幅值的大小和放电声音的大小来判断绝缘子是否存在表面放电现象，判断标准如下1.耳机中可以听到放电特有的声音(噼啪噼啪声)2.根据声音的大�。胺档拇笮∨卸戏诺绲难现爻潭龋缦卤�
权利要求
1. 一种输配电线路局部放电故障的在线检测方法，包括对输变电线路进行非接触式检查，其特征是A、在某一测量点，利用超声波定向聚焦远程拾音装置，定向拾取输配电线路局部放电故障易发部位的声音信号；B、用外差法将拾取到的超声波信号进行转换/放大，转换成一个人耳可判别、可听见的音频信号；C、将放大后的音频信号以人耳可听见的音频方式输出，供检测人员作定性分析/记录之用；D、将上述音频信号以声压/电压读数的形式可读地显示出来，供检测人员作定量分析 /记录之用；E、根据声压/电压的数值大小或变化，信号脉冲的稀密变化，来判断局部放电故障易发部位是否存在污秽放电现象，以及污秽放电的强弱程度；F、当声音信号或音频信号无或小于低限值时，判定局部放电故障易发部位无放电故障；G、当声音信号或音频信号高于低限值，低于中限值时，判定局部放电故障易发部位存在轻微的放电故障，需要加强关注或增加巡检密度；H、当声音信号或音频信号高于中限值，低于高限值时，判定局部放电故障易发部位存在较严重的放电故障，需要安排检修计划，择机采取相关处理措施；I、当声音信号或音频信号高于高限值时，判定局部放电故障易发部位存在严重放电故障，需要立即或尽快采取相关处理措施；J、记录各测量点的声音信号检测结果和声音信号检测读数记录，储存，汇总记录，建立各杆塔测量点局部放电故障易发部位的放电状态档案；K、分析各杆塔测量点局部放电故障易发部位放电状态的变化趋势或变化率，根据统计分析、趋势分析判断输电线路的运行状况和故障率，为输电线路采取相应的预防措施提供技术依据，以便于更好的制定各杆塔测量点局部放电故障易发部位的检测频率或检测策略。
2.按照权利要求1所述的输配电线路局部放电故障的在线检测方法，其特征是所述的超声波定向聚焦远程拾音装置采用反射聚焦的方式，将拾取到的超声波信号聚焦到超声波传感器，进行声/电转换后输出电信号。
3.按照权利要求1所述的输配电线路局部放电故障的在线检测方法，其特征是所述的局部放电故障易发部位包括各个杆塔的绝缘子、连接金具或电缆接头。
4.按照权利要求1所述的输配电线路局部放电故障的在线检测方法，其特征是所述的相关处理措施包括清扫、更换绝缘子、清扫或更换连接金具、清扫、检修或更换电缆接头。
5.按照权利要求1所述的输配电线路局部放电故障的在线检测方法，其特征是所述超声波定向聚焦远程拾音装置的中心频率为40kHz。
6.一种采用权利要求1所述方法工作的输配电线路局部放电在线检测装置，包括一个具有聚焦抛物面状的声音接受盘，其特征在所述声音接受盘的前焦点上设置一声音传感器，用于将接收到的超声波信号转换为电信号；设置一超声波转换/放大单元，所述超声波转换/放大单元的信号输入端与声音传感器的电信号输出电极连接，将超声波转换为音频信号并对音频信号进行放大；所述声波转换/放大单元的输出端，与一发声器件和/或一电压数值显示器件连接，用于输出音频信号和/或音频信号的幅值大�。辉谏艚邮芘痰暮蠓交虿嗝妫柚糜糜谑殖值氖直虿僮鞅�。
7.按照权利要求6所述的输配电线路局部放电在线检测装置，其特征是所述的声音传感器为弯曲振动式压电传感器，所述的弯曲振动式压电传感器包括一个前端带有开口的外壳，在外壳中设置一与外壳固接的固定座，在朝向开口端的的固定座上设置一压电陶瓷晶片，所述压电陶瓷晶片的两端面经贯穿固定座的电极向后引出，构成压电传感器的电信号输出电极，在压电陶瓷晶片的上面设置阻尼匹配金属圆片，在阻尼匹配金属圆片的上面设置一推向锥，在压电传感器外壳的开口端，设置防护网。
8.按照权利要求6所述的输配电线路局部放电在线检测装置，其特征是所述压电传感器的中心频率为40kHz。
9.按照权利要求6所述的输配电线路局部放电在线检测装置，其特征是所述的声波转换/放大单元包括依次连接的选频电路、混频电路、中频选频放大、检波电路及功率放大电路，和与混频电路连接的本地振荡电路。
10.按照权利要求6所述的输配电线路局部放电在线检测装置，其特征是所述的电压数值显示器件为指针式或数字式电压表。
全文摘要
一种输配电线路局部放电故障的在线检测方法及装置，属测量领域。其采用在线远程定向聚焦拾音/定位的方法，捕捉放电过程中产生的超声波信号，用外差法将拾取到的超声波信号转换为检测人员可识别的声/电信号，根据声压/电压的数值大小或变化，来定性、定量地判断局部放电故障易发部位是否存在污秽放电现象，以及污秽放电的强弱程度，藉此来判断放电故障易发部位之污秽放电的强度以及对系统威胁的大�。淇纱罅考跎偈褂萌斯�、定检费用，减少以往的停电时间工作量，有效地保证电力设备的安全运行，节约维护费用，提高供电可靠性。可广泛用于输配电网输电线路的在线检测与故障诊断领域。
文档编号G01R31/12GK102360059SQ20111028566
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者余捷, 关民安, 冯永万, 周蓝波, 张宇, 张雪生, 沈杰, 浦盛斌, 王昭夏, 瞿龙宝, 赵春琛, 赵瑞忠, 车霄霏, 陆茂鑫 申请人:上海市电力公司
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