电气绝缘测试技术报告(绝缘子检测技术探究)

导读:高压电气设备放电产生的紫外线大部分波长在280nm-400nm的区域内,保证了在日盲紫外波段对绝缘子放电进行探测时接收到的紫外线信号免受日光和其他因素的,保证了在日盲紫外波段对绝缘子放电进行探测时接收到的紫外线信号免受日光和其他因素的,系统检测,强交变电场和放电产生的电磁波会通过驱动电路的连线耦合进入测试回路,故在测试时,检测系统在实际中会受到的噪声干扰主要来源于两个方面,因此在检测放电时需要

电气绝缘测试技术报告(绝缘子检测技术探究)

型仪器。光电倍增管对高压供电电源的稳定性要求很高,一般要达到0.01%~0.05%,高压电源的稳定性通常要比光电倍增管所要求的稳定性高大约10倍。

3.2.3分压电路

光电倍增管的供电电路种类很多,可以根据应用的情况设计出各具特色的供电电路。本系统使用了最经典的电阻分压式供电电路。如图3-9所示为典型光电倍增管的电阻分压式供电电路。电路由11个电阻构成电阻链分压器,分别向lO级倍增极提供电压Ubb

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3.3滤光系统

紫外线的波长范围是40nm-400nm,高压电气设备放电产生的紫外线大部分波长在280nm-400nm的区域内,也有小部分波长小于280nm,太阳光中也含紫外线,由于波长小于300nm的紫外线被大气中的臭氧所吸收,所以可以通过大气传输的只有300nm-400nm的紫外线,而我们采用的紫外光电倍增管R2078探测波段为160nm一320nm,有超过300nm的部分,会受到日光中.-部分紫外光的干扰,由于这部分光线在日光中的辐射强度相对放电辐射光大很多,所以必须在前端加日盲紫外滤光片以去除这部分紫外辐射的干扰。这样就避开了最强大的自然光源一太阳造成的复杂背景,保证了在日盲紫外波段对绝缘子放电进行探测时接收到的紫外线信号免受日光和其他因素的干扰。基于本系统的探测要求,本系统选择了沈阳汇博公司的“太阳盲打滤光片,它是一种宽带干涉滤光片,在整个光通范围内的透光百分比T%为10%-20%,中心波长为252.8nm,正好位于日盲区域,半波宽度16.9nm,峰值投射率28.4%,具有良好的波长定位精度、半波带宽精度,波形系数(矩形化程度)、峰值透射率等均达到指标。使用滤光片虽然避开了最强大的自然光源一太阳造成的复杂背景,保证了在日盲紫外波段对绝缘子放电进行探测时接收到的紫外线信号免受日光和其他因素的干扰,但也对探测系统造成一定的影响,一是紫外光透过滤光片好,信号减弱,图3.1l和图3.12分别是未加滤光片和加滤光片以后的信号,可以看出加滤光片以后信号幅值减弱,这样也间接的降低了系统探测微弱信号的灵敏度,为解决这一问题,可以通过提高高压电源的输出电压来提高光电倍增管的增益和提高脉冲放大模块的放大倍数来弥补滤光片带来的信号损失。

图3-1未加滤光片之前在日光下的信号

从图3.1l中可以看出,未加滤光片以前,由于日光中紫外线的干扰,输出信号不仅有大约O.7V直流漂移,而且噪声达50mV,并且日光越强烈,直流漂移也大,相应的噪声也越大,这对探测微弱的放电产生严重的干扰。

图3-2加滤光片以后系统输出的噪声信号

图3-2是加滤光片以后系统输出的噪声信号,从波形可以看出噪声基本在10mV左右,因此加滤光片以后能够有效的去除太阳光的干扰,保证探测信号的有效性。

3.4放电定位模块

3.4.1定位装置的实现。.

根据紫外辐射的空间分布规律,在借鉴相关文献的基础上设计了如图3.14所示的定位装置。定位装置由两个光学通道和一个小型红色激光发射器构成,三者位置固定且光轴相互平行。在光电倍增管前端安装直径比光电倍增管直径稍大的圆筒型管.当PMT正对放电位置时接受到的紫外光信号将最强,偏离放电位置越远,则信号衰减将越大,因此可根据光脉冲信号的强弱来确定放电点的位置。增加定位圆筒的长度可提高定位精度,但PMT接收到的光通量将降低,

系统检测

灵敏度下降。装置中的可见光CCD相机对高压设备成像,可指示光电倍增管对准的位置,在晚上光线不足的场合,可利用红色激光发射器进行辅助定位,激光发射装置发射的光信号近似为直线,根据激光的光点位置可判断装置对准的位置。

图3-4放电定位原理图

3.5前置信号调理模块

前置信号调理单元将光电倍增管输出的电流信号转换成电压信号,并将电压信号进一步放大,以便对信号进行采集和分析。

3.5.1 l/U转换

光电倍增管输出电流信号,而与其相联的后续电路,一般是基于电压信号而设计的;因此,常用一个负载电阻来完成电流.电压的转换。由于光电倍增管输出电流很小:而且实际上常常将其看作一个恒流源,因此,一般认为负载电阻可以任意大地选取,从而一个较低的电流信号,得到一个很高的电压信号。但是实际上,较大的负载电阻会导致频率响应和输出线性的恶化。

3.5.2脉冲信号的放大

上述I/U转换也是一个信号放大过程,但仍然不能满足实际工程中的远距离探测需要,还需进行信号的进一步放大处理。简单的放大器是采用单运放外加电阻构成同相或反向放大器,但放大电路外接电阻难以精密匹配,共模抑制比较低,放电形成的共模干扰信号也被放大形成干扰。系统采用仪器放大器INAl28,INAl28采用了三运放构成的差动放大器,并进行了单片集成,由于内部的电路和各电阻都进行了精密调整,具有优异的放大性能。在放大100倍的情况下,其共模抑制比高可达120dB,增益误差为0.05%,带宽可达200kHz。

3.6系统抗干扰和降噪措施

由于试验在高强度电场环境下进行,强交变电场和放电产生的电磁波会通过驱动电路的连线耦合进入测试回路,产生干扰,故在测试时,须对驱动电路进行必要的屏蔽。试验过程中,将驱动电路板置于铝板制成的屏蔽盒中。

检测系统在实际中会受到的噪声干扰主要来源于两个方面,一是电信号的干扰,另一方面来源于外界光信号干扰。

对电信号的干扰采取的主要措施是屏蔽和电容

去耦,即将整个系统安装于屏蔽较好的机箱内,在电路板的设计上,让高压模块尽量与放大电路隔离一定距离,高压模块与光电倍增管管座的连接导线采用加宽导线,导线与焊盘的连接采用了补泪滴方式,避免形成放电;另外在一些关键部位并联了去耦电容,实践证明降噪效果明显。

4.实验结论

(1)利用日盲型光电倍增管可有效探测到棒一板间隙的电晕放电,紫外光脉冲与电晕脉冲有着良好的对应关系,可将紫外光脉冲作为研究电晕现象的重要表征参数,是一种有效的探测放电的新方法。

(2)探测距离对系统的输出影响较大,因此在检测放电时需要对探测距离进行标定,以便对在不同的探测距离的所得的数据进行比对。

(3)驱动电压对光电倍增管的灵敏度起着决定性的作用,选择合适的驱动电压对系统的在检测弱信号时尤为重要。

(4)放电间隙固定时,紫外光脉冲数随这电压的增大而增大,脉冲数变化较大,紫外脉冲的最大幅值也随电压的增大而增大,但其幅值变化缓慢,并且当电压上升到接近间隙击穿电压(U50%)时,紫外脉冲幅值基本上不再随电压的改变而增大,而是保持在一定的幅值。

(5)对于不同的放电间隙,相同电压下,间隙越小,脉冲数越多,紫外光脉冲幅值越大

三、超声波检测法

1.超声波探伤检测概述:

超声波探伤检测主要是利用声波在固体中传播遇到不同材料就会发生反射的原理。目前超声波探伤的种类很多。根据探伤采用的波形.可分为纵波法、横波法、表面波法、板波法、爬波法(小角度探伤)等。这些方法在金属材料缺陷检测方面得到广泛应用.在高压支柱瓷绝缘子内部缺陷的检测中常用的是纵波法和爬波法(小角度探伤)。

这里主要介绍爬坡法。

2.爬波法简介:

爬波是折射角为90度的表面下压缩纵波当纵波以第1临界角或接近于第2临界角的角度从声速较小的介质入射到工件中时,会在工件中产生爬波。从爬波的压力场分布形状分析,其最大检测灵敏度位于与自由表面呈10~200的位置上、通常用于绝缘子爬波检测的探头将该角度设计为100。即设计声波在绝缘子中的折射角度为800。

利用标准样块上的人工缺陷.在探伤仪内做出距离一波幅曲线(即图4的DAC曲线)。超声波以8~150的角度射入瓷件内部,探测时以反射波高于或低于DAC曲线为标准。如果高于DAC曲线,则视为是缺陷;否则为合格。

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