淺議高壓絕緣子電暈紫外檢測系統(tǒng)

1、淺議高壓絕緣子電暈紫外檢測系統(tǒng)【摘要】本文根據(jù)電暈所發(fā)生的紫外光特點，對電 暈紫外檢測系統(tǒng)進(jìn)行了研究和分析，最終通過相關(guān)試驗得出 電暈紫外檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性?！娟P(guān)鍵詞】高壓絕緣子；電暈；紫外線；檢測系統(tǒng)基于檢測的思想，利用日盲型光電倍增管為核心元件， 研制了絕緣子紫外光脈沖檢測裝置；從電源的驅(qū)動到整套裝 置的外形設(shè)計都以實用化為目標(biāo)，使用虛擬儀器來編寫軟件 系統(tǒng)，具有在線數(shù)據(jù)實時采集，同時后臺數(shù)據(jù)處理相應(yīng)數(shù)據(jù) 功能，此套裝置具有能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式測量，不影響被測系 統(tǒng)的正常運行和靈敏度高等特點，通過分析采集的紫外光脈 沖信號來研究絕緣子表面放電的特性和規(guī)律。1. 系統(tǒng)構(gòu)成整個檢測系統(tǒng)可分為硬件和軟

2、件兩個功能系統(tǒng)，系統(tǒng)的 硬件由以下六個子功能模塊構(gòu)成：光-電轉(zhuǎn)換模塊、高壓及 驅(qū)動電源模塊、放電定位模塊、濾光系統(tǒng)、i/u轉(zhuǎn)換及脈沖 信號放大及數(shù)據(jù)采集模塊。當(dāng)紫外光經(jīng)過濾光系統(tǒng)被光電倍增管檢測到，將紫外光 信號轉(zhuǎn)換成電流脈沖信經(jīng)過i/u轉(zhuǎn)換和脈沖放電，信號進(jìn)入 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)使用基于虛擬儀器的軟件對采集的數(shù)據(jù) 進(jìn)行分析和處理。2. 光-電轉(zhuǎn)換模塊光電轉(zhuǎn)換模塊是檢測系統(tǒng)的核心，主要包括光電倍增 管、分壓電路、高壓電源模塊以及電源驅(qū)動。2. 1 r2078日盲型光電倍增管電暈放電輻射出的日盲波段紫外光信號非常微弱，必須 選擇高靈敏度的紫外傳感器才能探測到該信號。綜合考慮探 測器的靈敏度和探測

3、的光譜響應(yīng)范圍，本系統(tǒng)選擇 hamamatmu公司的r2078日盲型光電倍增管，該光電倍增管 為端窗型結(jié)構(gòu)，r2078外形結(jié)構(gòu)圖如圖3. 2,最大陰極有效 面積直徑為21ram,其光電陰極采用了極度改進(jìn)型cs. tc陰 極材料，可見光譜響應(yīng)范圍為160. 320nm,有著更好的日盲 區(qū)響應(yīng)特性，該管的典型增益高達(dá)，但其陽極暗電流卻低至 15pa,陽極脈沖上升時間為1.5ns,因此它具有靈敏度高、 低噪聲、響應(yīng)速度快、具有極高信噪比和陰極面積大的特點, 適合于放電這類脈沖信號的檢測。r2078日盲型光電倍增管的增益和外加電壓具有密切的 關(guān)系，外加電壓的大小不僅決定了光電倍增管的增益，也決 定了探

4、測的距離和紫外光脈沖的幅值。2.2高壓模塊和驅(qū)動電源光電倍增管需要在陰極、各個打拿極和陽極上施加直流 的高壓，光陰極在光子作用下發(fā)射電子，這些電子被外電場 （或磁場）加速，聚焦于第一次極，這些沖擊次極的電子能 使次極釋放更多的電子，它們再被聚焦在第二次極，這樣， 一般經(jīng)十次以上倍增，放大倍數(shù)可達(dá)到1081010o最后， 在高電位的陽極收集到放大了的光電流。本系統(tǒng)采用日本濱 松公司生產(chǎn)的小型高壓電源c9619提供加速電場，c9619高 壓電源其特點是集成化高，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，輸入電源適 應(yīng)范圍寬，輸出電壓連續(xù)可調(diào)，便攜式，驅(qū)動電源可采用多 種形式等，一般用于小型儀器。光電倍增管對高壓供電電源

5、的穩(wěn)定性要求很高，一般要達(dá)到0.01%0.05%,高壓電源的 穩(wěn)定性通常要比光電倍增管所要求的穩(wěn)定性高大約10倍。2. 3分壓電路光電倍增管的供電電路種類很多，可以根據(jù)應(yīng)用的情況 設(shè)計出各具特色的供電電路。本系統(tǒng)使用了最經(jīng)典的電阻分 壓式供電電路。如圖1所示為典型光電倍增管的電阻分壓式 供電電路。電路由11個電阻構(gòu)成電阻鏈分壓器，分別向10 級倍增極提供電壓。圖1典型光電倍增管的電阻分壓式供電電路3. 濾光系統(tǒng)紫外線的波長范圍是40nm-400nm,高壓電氣設(shè)備放電產(chǎn) 生的紫外線大部分波長在280nm-400nm的區(qū)域內(nèi)，也有小部 分波長小于280nm,太陽光中也含紫外線，由于波長小于 300

6、nm的紫外線被大氣中的臭氧所吸收，所以可以通過大氣 傳輸?shù)闹挥?00nm-400nm的紫外線，而我們采用的紫外光電 倍增管r2078探測波段為160nm-320nm,有超過300nm的部 分，會受到日光中-部分紫外光的干擾，由于這部分光線在 日光中的輻射強度相對放電輻射光大很多，所以必須在前端 加日盲紫外濾光片以去除這部分紫外輻射的干擾。這樣就避 開了最強大的自然光源一太陽造成的復(fù)雜背景，保證了在日 盲紫外波段對絕緣子放電進(jìn)行探測時接收到的紫外線信號 免受日光和其他因素的干擾。基于本系統(tǒng)的探測要求，本系 統(tǒng)選擇了沈陽匯博公司的"太陽盲打濾光片，它是一種寬帶 干涉濾光片，在整個光通范圍

7、內(nèi)的透光百分比t%為10%-20%, 中心波長為252. 8nm,正好位于日盲區(qū)域，半波寬度16. 9nm, 峰值投射率2& 4%,具有良好的波長定位精度、半波帶寬精 度，波形系數(shù)（矩形化程度）、峰值透射率等均達(dá)到指標(biāo)。 使用濾光片雖然避開了最強大的自然光源一太陽造成的復(fù) 雜背景，保證了在日盲紫外波段對絕緣子放電進(jìn)行探測時接 收到的紫外線信號免受日光和其他因素的干擾，但也對探測 系統(tǒng)造成一定的影響，一是紫外光透過濾光片好，信號減弱。4. 實驗結(jié)論（1）利用日盲型光電倍增管可有效探測到棒一板間隙 的電暈放電，紫外光脈沖與電暈脈沖有著良好的對應(yīng)關(guān)系， 可將紫外光脈沖作為研究電暈現(xiàn)象的重要表征參數(shù)，是一種 有效的探測放電的新方法。（2）探測距離對系統(tǒng)的輸出影響較大，因此在檢測放 電時需要對探測距離進(jìn)行標(biāo)定，以便對在不同的探測距離的 所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對。(3) 驅(qū)動電壓對光電倍增管的靈敏度起著決定性的作 用，選擇合適的驅(qū)動電壓對系統(tǒng)的在檢測弱信號時尤為重 要。(4) 放電間隙固定時，紫外光脈沖數(shù)隨這電壓的增大 而增大，脈沖數(shù)變化較大，紫外脈沖的最大幅值也隨電壓的 增大而增大，但其幅值變化緩慢，并且當(dāng)電壓上升到接近間 隙擊穿電壓(u50%)時，紫外脈沖幅值基本上不再隨電壓的 改變而增大，而是保持在一定的幅值。(5) 對于不同的放電間隙