技术领域
[0001] 本
发明涉及气体绝缘封闭组合电器(GIS)绝缘缺陷技术领域，特别是一种绝缘子表面缺陷局部放电检测装置及检测方法。
背景技术
[0002] 气体绝缘封闭组合电器(GIS)，也称SF6封闭组合电器，广泛运用在电
力系统中。盆式绝缘子作为GIS的重要组成部件，起到机械
支撑、电气绝缘等作用，是GIS中最为薄弱的环节之一。研究表明，
断路器或者隔离
开关动作产生的金属微粒以及不当的安装过程引入的缺陷都会严重威胁GIS设备的安全稳定运行。
[0003] 现有运行经验和试验研究表明，由于金属微粒缺陷导致的绝缘事故约占GIS总事故的35％。局部放电是检测潜在故障的主要方法，能够反映绝缘的劣化程度，避免或者减少GIS绝缘故障带来的损失。但目前缺乏全面检测局部放电的设备和方法，特别是不同高压、不同
位置以及不同气压下的绝缘子缺陷的局部放电检测，以及无法快速地获得精确全面的放电特性，因此无法得到绝缘缺陷的准确缺陷数据。
[0004] 在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的
现有技术的信息。
发明内容
[0005] 鉴于上述问题，本发明的提出了一种绝缘子表面缺陷局部放电检测装置，其包括，[0006] 工频无局放电源，其提供高压电，
[0007] 限流
电阻，其配置成限制闪络后的
电流值，所述限流电阻的第一端连接所述工频无局放电源，第二端电连接腔体，
[0008] 检测阻抗，其配置成生成局部放电脉冲
电压信号，所述检测阻抗的第一端
串联耦合电容以连接所述限流电阻的第二端，所述检测阻抗的第二端接地，
[0009] 腔体，其配置成密闭容纳待检测绝缘子，所述腔体电连接所述工频无局放电源使得高压电施加到所述绝缘子以生成局部放电，所述腔体包括绝缘气体，
[0010] 第一
光电倍增管，其朝向所述绝缘子并基于局部放电生成第一
光信号，[0011] 第二光电倍增管，其朝向所述绝缘子并基于局部放电生成第二光信号，[0012] 电-光-电转换系统，其包括将所述局部放电脉冲电压信号转变为随电压变化的光信号的电光转换单元和将随电压变化的光信号转变为
电信号的光电转换单元，电-光-电转换系统的一端连接所述检测阻抗，另一端连接信号采集装置，
[0013] 信号采集装置，其连接所述第一光电倍增管、第二光电倍增管和电-光-电转换系统以采集第一光信号、第二光信号和所述电信号。
[0014] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置中，绝缘子表面缺陷局部放电检测装置还包括处理单元，其连接所述工频无局放电源和信号采集装置，其中，所述处理单元生成并发送高压电控制指令到所述工频无局放电源以生成预定高压电，响应于基于所述预定高压电采集的第一光信号、第二光信号和所述电信号，处理单元生成基于所述预定高压电的所述绝缘子的局部放电特性，所述局部放电特性包括局部放电时域
波形图。
[0015] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置中，所述腔体包括用于导电的高压导杆和金属壳体，所述金属壳体包括用于调节绝缘气体气压的调节
阀和
石英观察窗，处理单元连接所述调节阀，所述处理单元生成并发送压力控制指令到所述调节阀以生成预定气压，响应于基于所述预定气压采集的第一光信号、第二光信号和所述电信号，处理单元生成基于所述预定气压的所述绝缘子的局部放电特性。
[0016] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置中，第一光电倍增管和/或第二光电倍增管可转动地朝向所述绝缘子的预
定位置。
[0017] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置中，所述工频无局放电源包括用于控制高压电大小的控制台、
变压器绕组和测量产生的高压电的电压测量绕组，所述控制台连接所述处理单元。
[0018] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置中，所述耦合电容包括无局放陶瓷电容，所述检测阻抗包括电阻电感网络，耦合电容串联检测阻抗支路与腔体并联并接地，所述第一光电倍增管和/或第二光电倍增管包括
准直镜和光纤，局部放电产生的光信号经准直镜及光纤输入到所述第一光电倍增管和/或第二光电倍增管，所述信号采集装置包括示波器，所述绝缘子包括在其预定范围的缺陷区域。
[0019] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置中，处理单元包括
数字信号处理器、专用集成
电路ASIC或现场可编程
门阵列FPGA，处理单元包括一个或多个只读
存储器ROM、
随机存取存储器RAM、快闪存储器或
电子可擦除可编程
只读存储器EEPROM。
[0020] 根据本发明的另一方面，一种所述绝缘子表面缺陷局部放电检测装置的检测方法包括以下步骤，
[0021] 第一步骤，工频无局放电源提供高压电，高压电施加到所述腔体使得待测绝缘子生成局部放电，
[0022] 第二步骤，第一光电倍增管朝向所述绝缘子并基于局部放电生成第一光信号，第二光电倍增管朝向所述绝缘子并基于局部放电生成第二光信号，电-光-电转换系统基于局部放电脉冲电压信号生成电信号，
[0023] 第三步骤，信号采集装置采集和处理第一光信号、第二光信号和所述电信号。
[0024] 所述的检测方法中，第一步骤，缺陷模型粘附于绝缘子表面，并确定缺陷位置，将带有缺陷模型的绝缘子固定于腔体内的
电极之间，封闭腔体，腔体内充预定气压的绝缘气体，调节工频无局放电源，不断升高电压，直至绝缘子闪络，记录电压为VF，以预定的步长逐级升压调节工频无局放电源的输出，确定其局部放电起始电压VI；
[0025] 第二步骤，第一光电倍增管朝向所述绝缘子并基于局部放电生成第一光信号，第二光电倍增管朝向所述绝缘子并基于局部放电生成第二光信号，电-光-电转换系统基于局部放电脉冲电压信号生成电信号，根据VI和VF的值，在此区间确定若干电压值以测定不同电压下的局部放电特性。
[0026] 所述的检测方法中，改变缺陷模型的位置或者改变腔体的气压，获得不同气压及不同缺陷位置下的局部放电特性，处理单元生成基于不同气压、缺陷位置和/或电压的所述绝缘子的局部放电特性。
[0027] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0028] 本发明装置通过电-光-电系统采集局部放电脉冲电流信号，能够避免直接采集脉冲电流信号期间绝缘子的偶然闪络事件造成的采集系统的损坏，避免设备损坏，减少经济损失，第一和第二光电倍增管系统可调节地聚焦于某一区域，能够对缺陷模型的放电位置进行定位，能够最大限度的减少测量期间的闪络对设备的损坏，能够全面地检测不同气压、缺陷位置和/或电压的所述绝缘子的局部放电特性。本发明通过调节电压幅值、缺陷模型的位置以及气压的高低，系统地研究不同外施条件下的局部放电光电信号的特征。本发明能够独立地调节电压、改变缺陷位置和气压等条件，具有可靠性高，功能全面，操作简单，便于推广等优点。
[0029] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照
说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
[0030] 通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述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他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
[0031] 在附图中：
[0032] 图1是根据本发明一个实施例的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置的结构示意图；
[0033] 图2是根据本发明一个实施例的检测方法的步骤示意图。
[0034] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
[0035] 下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0036] 需要说明的是，在说明书及
权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
[0037] 为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
[0038] 为了更好地理解，如图1所示，一种绝缘子表面缺陷局部放电检测装置包括，[0039] 工频无局放电源1，其提供高压电，
[0040] 限流电阻2，其配置成限制闪络后的电流值，所述限流电阻2的第一端连接所述工频无局放电源1，第二端电连接腔体5，
[0041] 检测阻抗，其配置成生成局部放电脉冲电压信号，所述检测阻抗的第一端串联耦合电容3以连接所述限流电阻2的第二端，所述检测阻抗的第二端接地，
[0042] 腔体5，其配置成密闭容纳待检测绝缘子6，所述腔体5电连接所述工频无局放电源1使得高压电施加到所述绝缘子6以生成局部放电，所述腔体5包括绝缘气体，[0043] 第一光电倍增管7，其朝向所述绝缘子6并基于局部放电生成第一光信号，[0044] 第二光电倍增管8，其朝向所述绝缘子6并基于局部放电生成第二光信号，[0045] 电-光-电转换系统9，其包括将所述局部放电脉冲电压信号转变为随电压变化的光信号的电光转换单元和将随电压变化的光信号转变为电信号的光电转换单元，电-光-电转换系统9的一端连接所述检测阻抗，另一端连接信号采集装置10，
[0046] 信号采集装置10，其连接所述第一光电倍增管7、第二光电倍增管8和电-光-电转换系统9以采集第一光信号、第二光信号和所述电信号。
[0047] 本发明的一个实施例中，工频无局放电源通过限流电阻2连接到耦合电容3及腔体5，将电压施加到实验模型6上，获得其局部放电特性。工频无局放电源1的作用是提供高电压，限流电阻2主要用于限制闪络后的电流值，减小电流对电源绕组的损伤。实验采用局部放电检测并联接法，耦合电容3及检测阻抗4串联并接地。局部放电经检测阻抗4转变为脉冲电压，经电-光-电转换系统9，输入到信号采集装置10中。
[0048] 电-光-电转换系统9包括电光转换系统和光电转换系统，电光转换系统可以将检测阻抗4上的局部放电脉冲电压信号转变为随电压变化的光信号，然后经过光电转换系统再次转变为电信号，最终输入到信号采集装置10。腔体5是一段GTS试验段，内部充有绝缘气体，实验模型6置于实验腔体中。实验模型由绝缘子6及其表面附着的缺陷模型组成，第一和第二光电倍增管7、8可以通过腔体5的石英观察窗对缺陷模型不同位置的光信号进行采集，经信号
电缆输入到信号采集系统10。最终，可以获得局部放电的电信号及光信号，进行局部放电光电联合诊断。
[0049] 本发明的绝缘子6表面缺陷局部放电检测装置是一种局部放电特性研究的光电联合诊断平台，在一个实施例中，所述平台包括工频无局放电源1、实验腔体5、耦合电容3、检测阻抗4、电-光-电转换系统9、实验模型、光电倍增管系统和
数据采集系统。所述工频无局放电源1包括控制台、变压器绕组，所述实验腔体5包括高压导杆及金属壳体，所述耦合电容3为无局放陶瓷电容，所述检测阻抗包括电阻电感网络，所述光电光转换系统包括电光转换及光电转换系统，所述实验模型包括支柱绝缘子6及缺陷模型，所述光电倍增管系统包括准直镜、光纤及光电倍增管，所述数据采集系统包括示波器及电脑采集系统。
[0050] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置优选实施例中，绝缘子表面缺陷局部放电检测装置还包括处理单元，其连接所述工频无局放电源1和信号采集装置10，其中，所述处理单元生成并发送高压电控制指令到所述工频无局放电源1以生成预定高压电，响应于基于所述预定高压电采集的第一光信号、第二光信号和所述电信号，处理单元生成基于所述预定高压电的所述绝缘子6的局部放电特性，所述局部放电特性包括局部放电时域波形图。
[0051] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置优选实施例中，所述腔体5包括用于导电的高压导杆和金属壳体，所述金属壳体包括用于调节绝缘气体气压的调节阀和石英观察窗，处理单元连接所述调节阀，所述处理单元生成并发送压力控制指令到所述调节阀以生成预定气压，响应于基于所述预定气压采集的第一光信号、第二光信号和所述电信号，处理单元生成基于所述预定气压的所述绝缘子6的局部放电特性。
[0052] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置优选实施例中，第一光电倍增管7和/或第二光电倍增管8可转动地朝向所述绝缘子6的预定位置。
[0053] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置优选实施例中，所述工频无局放电源1包括用于控制高压电大小的控制台、变压器绕组和测量产生的高压电的电压测量绕组，所述控制台连接所述处理单元。
[0054] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置优选实施例中，所述耦合电容3包括无局放陶瓷电容，所述检测阻抗包括电阻电感网络，耦合电容3串联检测阻抗支路与腔体5并联并接地，所述第一光电倍增管7和/或第二光电倍增管8包括准直镜和光纤，局部放电产生的光信号经准直镜及光纤输入到所述第一光电倍增管7和/或第二光电倍增管8，所述信号采集装置10包括示波器，所述绝缘子6包括在其预定范围的缺陷区域，处理单元包括数字
信号处理器、
专用集成电路ASIC或
现场可编程门阵列FPGA，处理单元包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。
[0055] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置优选实施例中，所述工频无局放电源包括低压、高压绕组及接地
外壳，通过限流电阻与实验模型连接，将电压施加于所述实验模型以获得其放电特性；
[0056] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置优选实施例中，所述腔体包括高低压电极与石英观察窗，用以放置如绝缘子的实验模型及观测局部放电光信号。
[0057] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置优选实施例中，所述耦合电容及检测阻抗用于进行局部放电的检测，局部放电脉冲电压信号自检测阻抗上取出。
[0058] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置优选实施例中，所述电-光-电转换系统包括电-光转换系统和光-电转换系统，用于将检测阻抗上取出的脉冲电压信号转变为光信号，然后再次转变为电信号。
[0059] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置优选实施例中，实验模型包括绝缘子及缺陷模型，置于腔体内。所述光电倍增管系统用于检测局部放电的光信号，能够聚焦于任意位置进行局部放电测试。所述信号采集系统包括信号电缆、局部放电检测仪及PC，用以呈现采集信号并进行进一步处理
[0060] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置优选实施例中，所述耦合电容、检测阻抗支路与实验腔体并联并接地，组成局部放电检测的并连接法回路，局部放电信号从检测阻抗上取出。
[0061] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置优选实施例中，光电倍增管系统包括光电倍增管、准直镜及光纤，将任意位置的光信号转换为电信号输入到信号采集系统。
[0062] 所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置优选实施例中，所述工频无局放电源内部还包含电压测量绕组，能够对产生的高压进行测量。
[0063] 如图2所示，一种所述绝缘子表面缺陷局部放电检测装置的检测方法包括以下步骤，
[0064] 第一步骤S1，工频无局放电源1提供高压电，高压电施加到所述腔体5使得待测绝缘子6生成局部放电，
[0065] 第二步骤S2，第一光电倍增管7朝向所述绝缘子6并基于局部放电生成第一光信号，第二光电倍增管8朝向所述绝缘子6并基于局部放电生成第二光信号，电-光-电转换系统9基于局部放电脉冲电压信号生成电信号，
[0066] 第三步骤S3，信号采集装置10采集和处理第一光信号、第二光信号和所述电信号。
[0067] 本发明的方法根据需求，通过控制台调节变压器的
输出电压，将电压施加于实验模型上，获得不同电压下的局部放电特性。当实验模型出现局部放电时，局部放电脉冲电流信号自检测阻抗上取出，经电-光-电转换系统后输入到采集系统，由局部放电产生的光信号经准直镜及光纤输入到光电倍增管，然后接入信号采集系统。
[0068] 所述的检测方法的一个实施方式中，根据需求调节外部高压源，将电压施加于所述实验模型以获得其放电特性；和/或，根据需求，调节无局放电源的输出电压，调节实验模型中缺陷的位置，反映不同的运行工况，还可调节气压的高低进行不同条件下局部放电光电特性的测量；得到绝缘子带表面缺陷在不同气压、不同缺陷位置以及不同电压下的局部放电特性。
[0069] 所述的检测方法的一个实施方式中，方法包括如下步骤：
[0070] S1.将缺陷模型粘附于绝缘子表面，记录缺陷位置，将绝缘子及缺陷模型固定于实验腔体内的电极之间，封闭实验腔体；
[0071] S2.在实验腔体内充一定气压的绝缘气体，调节无局放电源，不断升高电压，直至绝缘子闪络，记录电压为VF；
[0072] S3.采用逐级升压法，选择合适的步长，调节无局放电源的输出，使得施加在实验模型上的电压逐渐升高，测量局部放电脉冲电流信号，确定其局部放电起始电压VI；
[0073] S4.根据VI和VF的值，在此区间确定若干电压值，用以测定不同电压下的局部放电特性，这里需要注意的是，电压的上限值不能无限靠近VF，否则绝缘子的闪络可能会导致电-光-电转换系统的损坏；
[0074] S5.调节无局放电源的输出电压，使得电压值分别为S4中的设定值，在每一电压下，测定局部放电的光电信息；
[0075] S6.改变缺陷模型的位置或者改变实验腔体的气压，重复S1-S5，可以获得不同气压及不同缺陷位置下的局部放电光电信息，获得不同条件下的局部放电特性。
[0076] 局部放电起始电压VI与闪络电压VF存在一定的随机性，因此，在确定VI和VF的值时，需要进行多次测量，求取其平均值；另外在S4中确定若干电压值时，确定所施加的最高电压应与闪络电压VF留有足够的安全裕度，防止在侧定局部放电的过程中发生闪络，造成设备的损坏。
[0077] 本方法可以方便地调节电压幅值、气压的高低、缺陷模型的位置，从而模拟不同的运行工况，获得不同条件下的局部放电光电特性。同时还可以获得局部放电起始电压以及闪络电压随气压及缺陷位置的变化规律。本发明方法通过采用控制变量法进行试验，方便对数据进行分析和比对，从而得到不同外施条件下的局部放电特性。
[0078] 在本实施例中，对S2和S3步骤中的局部放电起始电压VI和闪络电压VF的确定进行了优化。由于放电的不确定性和随机性，局部放电起始电压和闪络电压具有随机性，因此针对局部放电起始电压和闪络电压可以分别采用多次测量的平均值，分别取其平均值作为局部放电起始电压和闪络电压。
[0079] 光电倍增管的位置可以根据实验需求进行调节，从而获得不同位置的局部放电光信号，实现对局部放电的定位。
[0080] 综上可见，本发明是可以通过调节无局放电源改变输出电压幅值，通过电-光-电转换系统9测量局部放电脉冲电流信号，通过光电倍增管测量不同位置的光信号。本发明具有可靠性高，构思新颖，功能全面，操作简单以及便于推广等优点。
[0081] 所述的检测方法的一个实施方式中，第一步骤，缺陷模型粘附于绝缘子6表面，并确定缺陷位置，将带有缺陷模型的绝缘子6固定于腔体5内的电极之间，封闭腔体5，腔体5内充预定气压的绝缘气体，调节工频无局放电源1，不断升高电压，直至绝缘子6闪络，记录电压为VF，以预定的步长逐级升压调节工频无局放电源1的输出，确定其局部放电起始电压VI；
[0082] 第二步骤，第一光电倍增管7朝向所述绝缘子6并基于局部放电生成第一光信号，第二光电倍增管8朝向所述绝缘子6并基于局部放电生成第二光信号，电-光-电转换系统9基于局部放电脉冲电压信号生成电信号，根据VI和VF的值，在此区间确定若干电压值以测定不同电压下的局部放电特性。
[0083] 所述的检测方法的一个实施方式中，改变缺陷模型的位置或者改变腔体5的气压，获得不同气压及不同缺陷位置下的局部放电特性，处理单元生成基于不同气压、缺陷位置和/或电压的所述绝缘子6的局部放电特性。
[0085] 本发明所述的绝缘子表面缺陷局部放电检测装置及检测方法可以在GIS检测领域制造并使用。
[0086] 以上结合具体实施例描述了本
申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
[0087] 为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、
修改、改变、添加和子组合。
