本發(fā)明涉及一種絕緣子故障檢測裝置及其方法，尤其涉及一種基于空氣熱紋影分布的絕緣子故障檢測裝置及其方法，屬于電力故障診斷技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

絕緣子是電網(wǎng)中,尤其是輸電線路的主要絕緣部件,是保障電氣性能的關(guān)鍵部件。目前,在架空輸電線路和變電站中,所使用的絕緣子主要是瓷質(zhì)懸式絕緣子。運(yùn)行中的絕緣子長期工作于強(qiáng)電場、機(jī)械應(yīng)力、污穢及溫濕度等共存的復(fù)雜環(huán)境中,出現(xiàn)故障的幾率很大。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，受機(jī)電聯(lián)合作用，絕緣子的絕緣性能和機(jī)械性能會下降，從而產(chǎn)生零值或低值絕緣子，這種現(xiàn)象稱為絕緣子的老化或劣化。

零值低值絕緣子的存在，相當(dāng)于部分絕緣被短路，相應(yīng)地減少了絕緣子串的整體爬電距離，大大增加了該串絕緣子的閃絡(luò)概率。一旦發(fā)生閃絡(luò)，其短路電流會從絕緣子內(nèi)部通過，產(chǎn)生熱效應(yīng)，常使絕緣子鋼帽炸裂、脫開或鋼腳燒斷，從而出現(xiàn)絕緣子斷串、掉串和電力線路導(dǎo)線落地等嚴(yán)重事故，導(dǎo)致局部電網(wǎng)解裂和整個(gè)電網(wǎng)的崩潰、癱瘓，嚴(yán)重影響工農(nóng)生產(chǎn)和人民生活安定。同時(shí)大量低值零值絕緣子的存在增加了電量損耗，造成了一部分不明電量的丟失。

常規(guī)零值低值絕緣子檢測手段，主要有電壓分布法、電場測量法、超聲波法、紅外熱像測溫法和紫外脈沖法。以上方法均有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足。電壓分布法操作直觀、能準(zhǔn)確判斷絕緣子性能變化的優(yōu)點(diǎn)，但工作量大，安全性差，效率低，易受電磁干擾，造成誤檢和漏檢。電場測量法所用設(shè)備簡單，且對溫度、濕度、風(fēng)速等天氣條件要求比較低，但需要在多個(gè)位置測量、檢測任務(wù)繁重。超聲波法設(shè)備簡單，操作方便，抗干擾能力強(qiáng)，可以較準(zhǔn)確地檢測出由開裂引起的零值絕緣子，但受環(huán)境背景噪聲影響大，對為開裂的低值零值絕緣子不起作用，而且超聲波本身存在一定局限性。紅外熱像法可靠、高效，但絕緣子的運(yùn)行環(huán)境、氣象條件、檢測時(shí)間、距離等因素對其影響不容忽視，而且不能進(jìn)行早期預(yù)告。紫外成像法預(yù)見性好，不受天氣限制，檢測速度快、檢測距離較遠(yuǎn)、操作簡單，但只能觀察較強(qiáng)的防電信號，主要適用于局部放電的觀測，難以對零值絕緣子進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測。

零值低值絕緣子發(fā)熱情況與正常絕緣子發(fā)熱情況不同，這一現(xiàn)象導(dǎo)致故障絕緣子周圍密度與正常情況的差異。紋影技術(shù)可以利用流場的密度梯度場來反映流場的結(jié)構(gòu)，光源經(jīng)過準(zhǔn)直后的平行光束穿過擾動(dòng)流場區(qū)域時(shí)發(fā)生偏折，在光源的像平面處設(shè)置刀口，受擾動(dòng)流場沿刀口方向不同的密度梯度變化導(dǎo)致光源的像被刀口不同程度的切割，從而在記錄平面上產(chǎn)生明暗變化，亮度增加或減弱正比于擾動(dòng)流場沿刀口方向的密度梯度變化。

紋影技術(shù)部分簡化原理圖如圖1所示，圖中s為光源設(shè)置在紋影鏡ls1的焦點(diǎn)上，平行光通過試驗(yàn)段的觀察區(qū)，在紋影鏡ls2的焦平面上放置一個(gè)刀口k。刀口要能夠阻擋一半的光源像，此時(shí)在擾動(dòng)區(qū)域中，在垂直于刀刃邊的方向上存在折射率梯度，則光束發(fā)生偏折，圖中實(shí)現(xiàn)表示沒有擾動(dòng)的光線，虛線表示受到擾動(dòng)變化的光線。光線在垂直于刀刃方向上光線的偏移量為刀口平面上的位移量在y方向的位移對導(dǎo)致光屏上相應(yīng)部位的光強(qiáng)產(chǎn)生變化，相對于背景照度有反差c:

通常在調(diào)整紋影系統(tǒng)時(shí)取a＝h/2(h為光源高度)，2a即為y軸方向上刀口與兩紋影鏡焦點(diǎn)連線的距離。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于空氣熱紋影分布的零值低值絕緣子的故障檢測方法和裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

技術(shù)方案一：

一種基于空氣熱紋影分布的零值低值絕緣子的故障檢測裝置，其特征在于：包括光源模塊、由紋影鏡、第二平面反射鏡、刀口器以及光敏板組成的紋影采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和計(jì)算機(jī)；所述光源模塊的透光區(qū)域中心與絕緣子中心在同一水平面上，并且直射紋影鏡中心；紋影鏡中心與透光區(qū)域中心在同一水平面上，與光源模塊發(fā)射的平行光垂直放置；第二平面反射鏡將紋影鏡反射的光線水平投射到刀口器，刀口器的中心與第二反射鏡中心在同一水平面上；所述光源模塊產(chǎn)生的平行光信號，穿過絕緣子所處擾動(dòng)區(qū)后被紋影采集模塊接收，紋影信號采集模塊將接收的光信號轉(zhuǎn)化為紋影成像電信號輸出至數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊對紋影成像電信號進(jìn)行數(shù)字化、濾波及幅值調(diào)整處理后，將其傳輸至計(jì)算機(jī)；由計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像顯示和故障判斷；所述計(jì)算機(jī)裝載檢測模塊，檢測模塊將得到的數(shù)字信號擬合成測試光滑曲面圖像，將其與絕緣子正常工作時(shí)的正常光滑曲面圖像進(jìn)行相關(guān)性處理，計(jì)算相關(guān)系數(shù)并判斷是否存在零值、低值絕緣子。

所述光源模塊由鎢鹵素?zé)艄庠?、第一反射鏡和準(zhǔn)直鏡組成；第一反射鏡中鎢鹵素?zé)艄庠吹南裨跍?zhǔn)直鏡的焦平面上；所述準(zhǔn)直鏡與紋影鏡的相互平行。

所述光敏板包括光檢測電路、背景板及其上安裝的1個(gè)以上光敏二極管組成；所述光檢測電路包括電阻rf、電阻rl、光電二極管和cmos輸入放大器，光電二極管跨接在cmos輸入放大器的正向輸入端和反向輸入端之間，電阻rf接在cmos輸入放大器的反向輸入端和輸出端之間，電阻rl接在cmos輸入放大器的輸出端和地之間。

技術(shù)方案二：

所述的基于空氣熱紋影分布的零值低值絕緣子的故障檢測裝置的故障檢測方法，包括以下步驟：

步驟1：采集絕緣子正常工作的曲線：絕緣子正常工作的曲線為r1＝(x(t)，y(t))，其中x(t)為絕緣子正常時(shí)光敏板上x軸電壓隨時(shí)間的變化，y(t)為光敏板上y軸電壓隨時(shí)間的變化；其斜率為：

步驟2：采集待檢測絕緣子工作時(shí)的檢測曲線：檢測曲線為r2＝(p(t)，q(t))，其中p(t)為檢測時(shí)光敏板上x軸電壓隨時(shí)間的變化，q(t)為檢測時(shí)光敏板上y軸電壓隨時(shí)間的變化；其斜率為：

步驟3：相似性判定：由以下具體步驟組成：

步驟3-1：計(jì)算相關(guān)性測度：

步驟3-2：計(jì)算絕緣子正常工作的曲線和檢測曲線之間的距離：

其中||·||2表示l2；

步驟3-3：判斷距離是否小于預(yù)設(shè)閾值ε，如果是，轉(zhuǎn)向步驟3-4：

步驟3-4：計(jì)算相似性綜合值：

步驟3-5：判斷綜合值是否大于預(yù)設(shè)閾值，如果是，判定絕緣子內(nèi)部存在缺陷，否則判定絕緣子正常。

采用上述技術(shù)方案所取得的技術(shù)效果在于：

1、本發(fā)明通過檢測絕緣子附近的空氣熱紋影分布來檢測零值低值絕緣子缺陷的方法。該方法利用零值、低值絕緣子的發(fā)熱與周圍絕緣子不同，進(jìn)而導(dǎo)致其周圍空氣紋影分布不同，來遠(yuǎn)距離檢測故障絕緣子，該方法直觀、可靠，可以節(jié)省人力物力，具有較大的工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2、本發(fā)明采用光敏板接收信號，直接將光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)化為電信號，方便了數(shù)據(jù)處理，在實(shí)際操作中帶來了方便并且造價(jià)比較低。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1紋影原理圖；

圖2是實(shí)施例1中光敏板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實(shí)施例1中光敏板的光檢測電路的電路原理圖；

圖4是實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1、鎢鹵素?zé)艄庠?、第一反射鏡3、準(zhǔn)直鏡4、透光區(qū)域5、光源模塊；6、絕緣子串7、紋影鏡8、第二反射鏡9、刀口器10、光敏板11、紋影采集模塊12、數(shù)據(jù)處理模塊

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

一種基于空氣熱紋影分布的零值低值絕緣子的故障檢測裝置，其特征在于：包括光源模塊、由紋影鏡、第二平面反射鏡、刀口器以及光敏板組成的紋影采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和計(jì)算機(jī)；所述光源模塊的透光區(qū)域中心與絕緣子中心在同一水平面上，并且直射紋影鏡中心；紋影鏡中心與透光區(qū)域中心在同一水平面上，與光源模塊發(fā)射的平行光垂直放置；第二平面反射鏡將紋影鏡反射的光線水平投射到刀口器，刀口器的中心與第二反射鏡中心在同一水平面上；

所述光源模塊產(chǎn)生的平行光信號，穿過絕緣子所處擾動(dòng)區(qū)后被紋影采集模塊接收，紋影信號采集模塊將接收的光信號轉(zhuǎn)化為紋影成像電信號輸出至數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊對紋影成像電信號進(jìn)行數(shù)字化、濾波及幅值調(diào)整處理后，將其傳輸至計(jì)算機(jī)；由計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像顯示和故障判斷；所述計(jì)算機(jī)裝載檢測模塊，檢測模塊將得到的數(shù)字信號擬合成測試光滑曲面圖像，將其與絕緣子正常工作時(shí)的正常光滑曲面圖像進(jìn)行相關(guān)性處理，計(jì)算相關(guān)系數(shù)并判斷是否存在故障絕緣子。

所述光源模塊由鎢鹵素?zé)艄庠?、第一反射鏡和準(zhǔn)直鏡組成；第一反射鏡中鎢鹵素?zé)艄庠吹南裨跍?zhǔn)直鏡的焦平面上；所述準(zhǔn)直鏡與紋影鏡的相互平行。

所述光敏板包括光檢測電路、背景板及其上安裝的1個(gè)以上光敏二極管組成；所述光檢測電路包括電阻rf、電阻rl、光電二極管和cmos輸入放大器，光電二極管跨接在cmos輸入放大器的正向輸入端和反向輸入端之間，電阻rf接在cmos輸入放大器的反向輸入端和輸出端之間，電阻rl接在cmos輸入放大器的輸出端和地之間。

實(shí)施例2：

所述的基于空氣熱紋影分布的零值低值絕緣子的故障檢測裝置的故障檢測方法，包括以下步驟：

步驟1：采集絕緣子正常工作的曲線：絕緣子正常工作的曲線為r1＝(x(t)，y(t))，其中x(t)為絕緣子正常時(shí)光敏板上x軸電壓隨時(shí)間的變化，y(t)為光敏板上y軸電壓隨時(shí)間的變化；其斜率為：

步驟2：采集待檢測絕緣子工作時(shí)的檢測曲線：檢測曲線為r2＝(p(t)，q(t))，其中p(t)為檢測時(shí)光敏板上x軸電壓隨時(shí)間的變化，q(t)為檢測時(shí)光敏板上y軸電壓隨時(shí)間的變化；其斜率為：

步驟3：相似性判定：由以下具體步驟組成：

步驟3-1：計(jì)算相關(guān)性測度：

步驟3-2：計(jì)算絕緣子正常工作的曲線和檢測曲線之間的距離：

其中||·||2表示l2；

步驟3-3：判斷距離是否小于預(yù)設(shè)閾值ε，如果是，轉(zhuǎn)向步驟3-4：

步驟3-4：計(jì)算相似性綜合值：

步驟3-5：判斷綜合值是否大于預(yù)設(shè)閾值，如果是，判定絕緣子內(nèi)部存在缺陷，否則判定絕緣子正常。