一种微纳粉尘微弱放电的先进光学检测系统

1.本发明涉及了一种微纳粉尘微弱放电的先进光学检测系统，属于gil内部微纳粉尘的微弱放电探测领域。


背景技术：

2.随着气体绝缘技术的不断发展，以sf6作为绝缘气体的气体绝缘输电线路（gil）设备应用于特高压输电领域和特殊的输电走廊场景。gil安全运行可靠性高、输送容量大、损耗低，在特高压输电和大规模离岸风电输送等领域有着广泛的应用前景。但是在gil的生产、运输和运行过程中，由于机械震动、外界碰撞、连接处摩擦，不可避免地产生不同尺度的金属粉尘。产生的微纳尺度金属粉尘尺度小，在gil电磁场环境下通过吸附、碰撞等方式沉积在管道内部各处。微纳金属粉尘肉眼难以发现，诱发的微弱放电隐蔽性强，对gil绝缘性能造成影响。因此，需要监测gil内部微纳粉尘产生的微弱放电。
3.因为微纳粉尘诱发的微弱放电特征微弱，应用于特征明显的放电检测方法在灵敏度上存在不足。如何探测到微弱放电特征是监测微纳粉尘微弱放电的关键技术要求。本发明基于以上背景技术，提出一种微纳粉尘微弱放电的先进光学检测系统与探测方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对gil腔体内产生的微纳粉尘诱发的微弱放电，发明一种模拟实际gil系统正常运行时探测微纳金属粉尘是否发生微弱放电的装置。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明公开了一种基于先进光学系统检测gil内微纳金属粉尘微弱放电的检测技术，包括金属腔体，gil模拟装置，光学探测系统，微纳金属粉尘，高精度灵敏示波器，遮光盒，高压电源。金属腔体是密闭腔体，可以模拟gil基本特性，充气后可以模拟gil的气体氛围和运行的基本特点；金属腔体内提前放置微纳金属粉尘，模拟gil在日常运行条件下产生的纳米或亚微米尺度的粉尘；金属腔体前置位观察窗外安置遮光盒，遮光盒内放置光学探测器，用以接受金属腔体内微纳粉尘微弱放电产生的光信号并放大、转化为输出电信号；电信号输出接入高精度灵敏示波器，获得微纳粉尘放电产生的信号。基于此，可以对gil内微纳金属粉尘的微弱放电进行检测。
5.一种微纳粉尘微弱放电的先进光学检测系统，其特征在于，包括金属腔体，微纳金属粉尘，光学探测器系统，高精度灵敏示波器，高压电压施加装置。
6.所述的金属腔体为密闭金属腔体，其外壳上设置了两个观察窗：第一观察窗，第二观察窗。可以通过气阀对密闭的金属腔体进行充气和放气，本装置充放气共用一个气阀。对金属腔体进行充气后可以模拟gil工况运行环境。气压表可以判断充气时是否充满整个金属腔体，抽气时时候满足真空的要求。
7.所述的微纳金属粉尘模拟在工况条件下在金属腔体中产生的微纳尺度金属粉尘。微纳金属粉尘会在高压环境下在金属腔体中运动、放电，或者吸附到gil模拟装置的高压电
极上。
8.所述的光学探测系统包括遮光盒、光学探测器、低压电压施加装置和接地线。光学探测器通过底座安置在遮光盒内，保证光学探测器的受光端以平行于地面的方式正对第一观察窗。光学探测器与低压电压施加装置相连，低压电压施加装置为光学探测器提供
±
15v的电压和一个可调的低电压（0-1.4v），以保证光学探测器正常工作。光学探测器、低压电压施加装置和接地线连，保证光学探测系统整体接地和安全性。
9.所述的高精度灵敏示波器与光学探测器的信号输出端相连，记录光学探测器转换的电信号波形。所述的高压电压施加装置包括高压电源、分压器和高压套管。高压电源（1）通过导线与分压器相连，分压器使测量信号为小信号，起到保护作用。再通过导线与高压套管相连，对gil模拟装置施加高压。
10.所述金属腔体外壳材质为铝合金，长、宽、高分别为长、宽、高分别为3100mm、340 mm、1700mm，可承受气压上限为1.0mpa；所述第一观察窗和第二观察窗为有机透明玻璃，半径150mm，厚10mm。
11.所述的微纳金属粉尘为铜质金属球状粉尘，大小为1000目，用以模拟工况条件下在金属腔体中产生的微纳尺度金属粉尘。
12.所述的光学探测器系统将光信号转换为电信号。其中遮光盒采用聚乙烯材质，底面半径为150mm,厚度为5mm。圆柱体底面上在距离圆面边缘100mm处开一个直径为6mm的圆孔。光学探测器使用型号为h10426的光电倍增管（pmt），其导线通过遮光盒地面的6mm圆孔与低压电压施加装置相连。低压电压施加装置为光学探测器提供+15v、-15v和0-1.4v的低电压作为电源。
13.所述的高精度灵敏示波器的型号为dl6154-h-hc/b5。
14.所述的高压电源可对平台施加电压最高为300kv，长期稳定地提供波纹系数《0.25%的高压直流电。
15.一种微纳粉尘微弱放电的先进光学检测系统，其特征在于，所述的检测gil内微纳金属粉尘微弱放电的步骤为：s1、将1000目的微纳金属粉尘放入金属腔体的下侧内表面中，模拟gil内部运行产生的金属粉尘；s2、连接好光学探测器系统的基本电路并将遮光盒与第一观察窗紧密相连，将第二观察窗使用遮光布密封，使第一观察窗与第二观察窗均没有外部光线进入；s3、使用高压电压施加装置向探测装置供电，电压加到45kv使微纳金属粉尘（9）起举、放电；s4、高精度灵敏示波器实时监测光学探测系统产生的电信号，金属腔体中的微纳金属粉尘发生微弱放电产生的光信号被光学探测器捕捉，最终在高精度灵敏示波器上出现波形，以此监测出发生了微弱放电。
16.本发明的有益效果在于：本发明的装置与探测方法可以模拟实际gil系统，探测金属腔体内部微纳粉尘诱发的微弱放电，简单有效，易于实现，解决了运行gil内部微纳粉尘产生的微弱放电的探测问题，为进一步监测gil内微弱放电和排除gil绝缘安全隐患提供了参考，对gil的安全稳定运行具有重要的参考意义。
17.附图说明
18.图1为本发明装置结构示意图（侧视图）。
19.图2为本发明装置中先进光学检测系统示意图（侧视图）。
20.图3为本发明具体操作的流程图。
具体实施方式
21.所述的金属腔体为密闭金属腔体，其外壳上设置了两个观察窗：第一观察窗，第二观察窗。可以通过气阀对密闭的金属腔体进行充气和放气，本装置充放气共用一个气阀。对金属腔体进行充气后可以模拟gil工况运行环境。气压表可以判断充气时是否充满整个金属腔体，抽气时时候满足真空的要求。
22.所述的微纳金属粉尘模拟在工况条件下在金属腔体中产生的微纳尺度金属粉尘。微纳金属粉尘会在高压环境下在金属腔体中运动、放电，或者吸附到gil模拟装置的高压电极上。
23.所述的光学探测系统包括遮光盒、光学探测器、低压电压施加装置和接地线。光学探测器通过底座安置在遮光盒内，保证光学探测器的受光端以平行于地面的方式正对第一观察窗。光学探测器与低压电压施加装置相连，低压电压施加装置为光学探测器提供
±
15v的电压和一个可调的低电压（0-1.4v），以保证光学探测器正常工作。光学探测器、低压电压施加装置和接地线相连，保证光学探测系统整体接地和安全性。
24.所述的高精度灵敏示波器与光学探测器的信号输出端相连，记录光学探测器转换的电信号波形。所述的高压电压施加装置（1，2，3）包括高压电源（1）、分压器（2）和高压套管（3）。高压电源（1）通过导线与分压器（2）相连，分压器（2）使测量信号为小信号，起到保护作用。再通过导线与高压套管（3）相连，对gil模拟装置（6）施加高压。
25.所述金属腔体外壳材质为铝合金，长、宽、高分别为长、宽、高分别为3100mm、340 mm、1700mm，可承受气压上限为1.0mpa；所述第一观察窗和第二观察窗为有机透明玻璃，半径150mm，厚10mm。
26.所述的微纳金属粉尘为铜质金属球状粉尘，大小为1000目，用以模拟工况条件下在金属腔体中产生的微纳尺度金属粉尘。
27.所述的光学探测器系统将光信号转换为电信号。其中遮光盒采用聚乙烯材质，底面半径为150mm,厚度为5mm。圆柱体底面上在距离圆面边缘100mm处开一个直径为6mm的圆孔。光学探测器使用型号为h10426的光电倍增管（pmt），其导线通过遮光盒地面的6mm圆孔与低压电压施加装置相连。低压电压施加装置为光学探测器提供+15v、-15v和0-1.4v的低电压作为电源。
28.所述的高精度灵敏示波器的型号为dl6154-h-hc/b5。
29.所述的高压电源可对平台施加电压最高为300kv，长期稳定地提供波纹系数《0.25%的高压直流电。
30.一种微纳粉尘微弱放电的先进光学检测系统，其特征在于，所述的检测gil内微纳
金属粉尘微弱放电的步骤为：s1、将1000目的微纳金属粉尘放入金属腔体的下侧内表面中，模拟gil内部运行产生的金属粉尘；s2、连接好光学探测器系统的基本电路并将遮光盒与第一观察窗紧密相连，将第二观察窗使用遮光布密封，使第一观察窗与第二观察窗均没有外部光线进入；s3、使用高压电压施加装置向探测装置供电，电压加到45kv使微纳金属粉尘（9）起举、放电；s4、高精度灵敏示波器实时监测光学探测系统产生的电信号，金属腔体中的微纳金属粉尘发生微弱放电产生的光信号被光学探测器捕捉，最终在高精度灵敏示波器上出现波形，以此监测出发生了微弱放电。
31.本实施方案开展一种探测gil内微纳金属粉尘产生微弱放电的有效性实验。实验中采用不同粒径的微纳铜质球状金属粉尘，在各电压等级下，按照上述探测方法各进行10次实验。通过所述的实验步骤，得到工况下微纳金属粉尘的微弱放电波形图，以此来判断gil内部的微纳粉尘的放电情况。
32.以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种微纳粉尘微弱放电的先进光学检测系统，其特征在于，包括金属腔体(5)，微纳金属粉尘(9)，光学探测器系统(13，15，16，19，20)，高精度灵敏示波器(17)，高压电压施加装置(1，2，3)。所述的金属腔体(5)为密闭金属腔体，其外壳上设置了两个观察窗：第一观察窗(14)，第二观察窗(8)。(12)为气阀，可以通过气阀(12)对密闭的金属腔体(5)进行充气和放气，本装置充放气共用一个气阀(12)。对金属腔体(5)进行充气后可以模拟gil工况运行环境。(11)为气压表，可以判断充气时是否充满整个金属腔体(5)，抽气时时候满足真空的要求。所述的微纳金属粉尘(9)模拟在工况条件下在金属腔体(5)中产生的微纳尺度金属粉尘。微纳金属粉尘(9)会在高压环境下在金属腔体(5)中运动、放电，或者吸附到gil模拟装置(6)的高压电极上。所述的光学探测器系统(13，15，16，19，20，)包括遮光盒(13)、光学探测器(15)、低压电压施加装置(16)、接地线(19)和底座(20)。光学探测器(15)通过底座(20)安置在遮光盒(13)内，保证光学探测器(15)的受光端(21)以平行于地面的方式正对第一观察窗(14)。光学探测器(15)与低压电压施加装置(16)相连，低压电压施加装置(16)为光学探测器(15)提供
±
15v的电压和一个可调的低电压(0-1.4v)，以保证光学探测器(15)正常工作。光学探测器(15)、低压电压施加装置(16)和接地线(19)相连，保证光学探测系统(13，15，16，19)整体接地和安全性。所述的高精度灵敏示波器(17)与光学探测器(15)的信号输出端相连，记录光学探测器(15)转换的电信号波形。所述的高压电压施加装置(1，2，3)包括高压电源(1)、分压器(2)和高压套管(3)。高压电源(1)通过导线与分压器(2)相连，分压器(2)使测量信号为小信号，起到保护作用。再通过导线与高压套管(3)相连，对gil模拟装置(6)施加高压。2.根据权利要求1所述的一种微纳粉尘微弱放电的先进光学检测系统，其特征在于，所述金属腔体外壳(5)材质为铝合金，长、宽、高分别为3100mm、340mm、1700mm，可承受气压上限为1.0mpa；所述第一观察窗(14)和第二观察窗(8)为有机透明玻璃，半径150mm，厚10mm。3.根据权利要求1所述的一种微纳粉尘微弱放电的先进光学检测系统，其特征在于，所述的微纳金属粉尘(9)为铜质金属球状粉尘，大小为1000目，用以模拟工况条件下在金属腔体(5)中产生的微纳尺度金属粉尘。4.根据权利要求1所述的一种微纳粉尘微弱放电的先进光学检测系统，其特征在于，所述的光学探测器系统(13，15，16，19)将光信号转换为电信号。其中遮光盒(13)采用聚乙烯材质，底面半径为150mm，厚度为5mm。圆柱体底面上在距离圆面边缘10cm处开一个直径为6mm的圆孔(22)。光学探测器(15)使用型号为h10426的光电倍增管(pmt)，其导线通过遮光盒(13)地面的6mm圆孔(22)与低压电压施加装置(16)相连。低压电压施加装置(16)为光学探测器(15)提供+15v、-15v和0-1.4v的低电压作为电源。5.根据权利要求1所述的一种微纳粉尘微弱放电的先进光学检测系统，其特征在于，所述的高精度灵敏示波器(17)的型号为dl6154-h-hc/b5。6.根据权利要求1所述的一种微纳粉尘微弱放电的先进光学检测系统，其特征在于，所述的高压电源(1，2，3)可对平台施加电压最高为300kv，长期稳定地提供波纹系数＜0.25％的高压直流电。
7.根据权利要求1所述的一种微纳粉尘微弱放电的先进光学检测系统，其特征在于，所述的检测gil内微纳金属粉尘微弱放电的步骤为：s1、将不同直径的微纳金属粉尘(9)放入金属腔体(5)的下侧内表面中，模拟gil内部运行产生的金属粉尘；s2、连接好光学探测器系统(13，15，16，19)的基本电路并将遮光盒(13)与第一观察窗(14)紧密相连，将第二观察窗(8)使用遮光布密封，使第一观察窗(14)与第二观察窗(8)均没有外部光线进入；s3、使用高压电压施加装置(1，2，3)向探测装置供电，电压加到45kv使微纳金属粉尘(9)起举、放电；s4、高精度灵敏示波器(17)实时监测光学探测系统(13，15，16，19)产生的电信号，金属腔体(5)中的微纳金属粉尘(9)发生微弱放电产生的光信号被光学探测器(15)捕捉，最终在高精度灵敏示波器(17)上出现波形，以此监测出发生了微弱放电。

技术总结
本发明公开了一种微纳粉尘微弱放电的先进光学检测系统，包括金属腔体，光学探测系统，微纳金属粉尘，高精度灵敏示波器，高压电源。金属腔体是密闭腔体，可以模拟GIL基本特性，充气后可以模拟GIL的气体氛围和运行的基本特点；金属腔体内放置微纳金属粉尘，模拟GIL在日常运行条件下产生的纳米或亚微米尺度的粉尘；光学探测系统包括遮光盒、光电倍增管(PMT)等，金属腔体前置位观察窗外安置遮光盒，遮光盒内放置光学探测器，用以接受金属腔体内微纳粉尘微弱放电产生的光信号并放大、转化为输出电信号；电信号输出接入高精度灵敏示波器，获得微纳粉尘放电产生的信号。基于此，可以对GIL内微纳金属粉尘的微弱放电进行检测。纳金属粉尘的微弱放电进行检测。纳金属粉尘的微弱放电进行检测。


技术研发人员：李庆民 魏来 刘智鹏 蒋雨恒 薛乃凡
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2022.01.13
技术公布日：2023/7/26