一种适用于GIS绝缘件内部缺陷的超声检测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种适用于GIS绝缘件内部缺陷的超声检测系统，包括电源模块、DSP模块、隔离驱动模块、超声发生模块、超声接收模块和串口通信模块，所述电源模块包含高压电源电路和低压电源电路，所述隔离驱动模块包括隔离驱动电路，所述超声发生模块包括超声激励电路，所述超声接收模块包括限幅保护电路、可调放大电路、带通滤波电路和A/D转换电路。本实用新型专利技术可同时支持两个探头对GIS绝缘件进行检测试验，具有检测成本小、检测效率高、检测带宽和增益可调、检测灵敏度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于GIS绝缘件内部缺陷的超声检测系统
本技术涉及输变电绝缘设备领域，尤其涉及一种适用于GIS绝缘件内部缺陷的超声检测系统。
技术介绍
气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)在输变电系统中应用越来越广泛，GIS绝缘件(包括盆式绝缘子、支柱绝缘子和绝缘轴等)是GIS中的主要绝缘设备，由环氧树脂、固化剂(一般是酸酐类)和填料(氧化铝粉)混合放到带金属嵌件的模具中高温固化而成，如果固化过程质量控制不好，绝缘件的环氧材料与铝合金交内部会出现气泡、裂纹、脱壳等缺陷，在实际应用过程中这些内部缺陷会使绝缘件内部电场分布不均匀，导致绝缘件局部放电、绝缘件异常发热等现象，加速绝缘件老化，使绝缘件性能下降，直接威胁GIS的正常运行。因此，及早确认GIS绝缘件是否存在内部缺陷，对保障电力系统安全运行具有重要意义。目前，GIS绝缘件内部缺陷检测一般在出厂试验阶段，常用两种检测方法：一种采用工业数字化X射线成像技术，通过对比X射线穿透波在显示板上的明暗程度来判断绝缘子内部是否缺陷，其优点是缺陷可视化、检测效率较高，但其对宽度较小的裂纹缺陷检测灵敏度不高，且X射线的辐射对人体有害，X射线成像机器价格昂贵、体积庞大、无法对装配和检修过程中的绝缘子进行检测；另一种是采用工频局部放电检测方法，包括脉冲电流法、特高频法、声学检测法、光学检测法和化学检测法等，依据局部放电量大小对绝缘子状态进行评估，实际应用最广泛的是脉冲电流法，但很难准确识别绝缘子的缺陷部位和缺陷形状。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种适用于GIS绝缘件内部缺陷的超声检测系统。本技术由低功耗、高精度的数字处理器(DSP)为核心，包括电源模块、DSP模块、隔离驱动模块、超声发生模块、超声接收模块和串口通信模块等硬件电路，能够对GIS绝缘件内部缺陷进行可靠有效地检测，且系统成本低、检测精度高、体积小、便于携带，能够对安装、检修时的GIS绝缘件进行检测。本技术的目的能够通过以下技术方案实现：一种适用于GIS绝缘件内部缺陷的超声检测系统，包括电源模块、DSP模块、隔离驱动模块、超声发生模块、超声接收模块和串口通信模块组成；所述电源模块包括高压电源电路和低压电源电路；所述高压电源电路中的元器件包括保险丝、热敏电阻、压敏电阻、安规电容、抗干扰磁环、整流桥、π型滤波、升压芯片和高压输出电解电容；其中，保险丝、热敏电阻和压敏电阻用于对整个系统进行短路保护、过热保护和过电压保护；安规电容和抗干扰磁环用于减小电源噪声和尖峰干扰、降低系统辐射；整流桥和π型滤波用于将交流市电进行全波整流后滤波成直流电；升压芯片和高压输出电解电容用于将输出整流后的直流电升压到指定电压并稳定输出；所述低压电源电路包括反激变换电路和极性反转芯片，反激变换电路中的元器件包括反激变压器、反激二极管、变压器控制芯片和低压输出电解电容；所述DSP模块包括DSP片内电压转换电路和DSP的时钟激发电路；所述隔离驱动模块包括隔离驱动电路；所述超声发生模块包括超声激励电路；超声激励电路中的元器件包括MOSFET、反压电容和反压二极管。所述超声接收模块包括限幅保护电路、可调放大电路、带通滤波电路和A/D转换电路；限幅保护电路中的元器件包括反压电容、两个并联的稳压二极管和保护电阻；可调放大电路包括运算放大器及其匹配电阻和可控增益集成运放及其匹配电阻；所述串口通信模块包括通讯芯片和电荷泵电容。具体地，高压电源电路将220V交流市电转换为+400V直流电，用于作为低压电源的输入侧以及作为超声激励电路的输入，为超声探头提供激励电源；低压电源电路将+400V直流电转换为+12V或±5V的直流低压电，用于为其他模块进行供电；优选地，所述保险丝采用3.15A/310V延迟型保险丝，能够对整个系统进行有效的短路和过载保护；保险丝封装采用微型封装，可以减小所占空间。优选地，所述热敏电阻采用负温度系数的热敏电阻(NTC)，型号为NTC10D-9，在电路电源接通瞬间，电路中会产生比正常工作时高出许多倍的浪涌电流，而NTC热敏电阻器的初始阻值较大，能够抑制电路中过大的电流，从而保护其电源电路及负载。优选地，所述压敏电阻采用10D561K，最大抗浪涌电流2.5kA，标称钳位电压460V，当初电路承受过压时进行电压钳位，并且可以吸收多余的电流以保护敏感器件。优选地，所述安规电容规格为X2型，容量为0.1μF，额定电压为310VAC、精度为±10％。优选地，所述抗干扰磁环包括一小一大两个磁环，小磁环为大小为100μH的自制电感，大磁环为大小为20mH的自制电感，小磁环放置在大磁环的前端，一前一后主要抑制空间传导和辐射。优选地，所述整流桥采用低正向压降、高浪涌电流、低功耗的KBL410K全波整流模块。优选地，所述π型滤波为LCC型滤波电路，放置在整流桥的输出端，包含两个插件电容和一个磁环电感，两个插件电容均为聚酯薄膜电容，额定直流耐压均为630V，容量分别为0.33μF和0.47μF；磁环电感为自制电感，由漆包线绕制而成，大小为300μH。优选地，所述升压芯片为高集成度、低功耗、高工作效率、高可靠性的PFS7624C，PFS7624C内置600VMOSFET，可以自动控制输出电压及其功率，同时内部还具有欠压、过流等保护功能，保证升压芯片稳定可靠工作；优选地，所述高压输出电解电容规格为68μF/500V，工作温度为-25℃～+105℃，标称寿命为10000Hrs@105℃。优选地，所述反激变压器包含初级线圈、第一次级线圈和第二次级线圈，初级线圈为线径0.32mm的漆包线，匝数为54匝；第一次级线圈为8匝，线径为0.65mm的三层绝缘线；第二次级线圈为3匝，线径为0.65mm的三层绝缘线；第一次级线圈的输出电压为+12V，第二次级线圈的输出电压为+5V；反激变压器选用的骨架为PQ3220，初级线圈、第一次级线圈和第二次级线圈均采用“三明治”绕法。优选地，所述反激二极管采用超快恢复二极管ES2J，反向恢复时间35ns，方向耐压600V，平均整流电流2A，满足系统需求。优选地，所述变压器控制芯片采用高工作效率、低功耗、高稳定性且具有过载、短路等保护功能的LYT6068C，内置725VMOSFET，对反激变压器进行可靠控制。优选地，所述低压输出电解电容包括第一低压输出电解电容和第二低压输出电解电容，第一低压输出电解电容接在变压器第一次级线圈的输出端，规格为220μF/25V；第二低压输出电解电容接在变压器第二次级线圈的输出端，规格为47μF/16V；优选地，所述极性反转芯片为ILC7660，用于将+5V电压转换为-5V电压供其他电路使用。优选地，DSP采用TMS320F28335，TMS320F28335的I/O工作电压为+3.3V，内核电压为+1.8V；因此所述DSP片内电压转换电路包括+3.3V电压转换电路和+1.8V电压转换电路，其中，+3.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于GIS绝缘件内部缺陷的超声检测系统，其特征在于，包括DSP模块、电源模块、隔离驱动模块、超声发生模块、超声接收模块和串口通信模块组成；/n所述电源模块包括高压电源电路和低压电源电路；/n所述高压电源电路中的元器件包括保险丝、热敏电阻、压敏电阻、安规电容、抗干扰磁环、整流桥、π型滤波、升压芯片和高压输出电解电容；其中，保险丝、热敏电阻和压敏电阻用于对整个系统进行短路保护、过热保护和过电压保护；安规电容和抗干扰磁环用于减小电源噪声和尖峰干扰、降低系统辐射；整流桥和π型滤波用于将交流市电进行全波整流后滤波成直流电；升压芯片和高压输出电解电容用于将输出整流后的直流电升压到指定电压并稳定输出；/n所述低压电源电路包括反激变换电路和极性反转芯片，反激变换电路中的元器件包括反激变压器、反激二极管、变压器控制芯片和低压输出电解电容；/n所述DSP模块包括DSP片内电压转换电路和DSP的时钟激发电路；/n所述隔离驱动模块包括隔离驱动电路；/n所述超声发生模块包括超声激励电路；/n所述超声激励电路中的元器件包括MOSFET、反压电容和反压二极管；/n所述超声接收模块包括限幅保护电路、可调放大电路、带通滤波电路和A/D转换电路；/n所述限幅保护电路中的元器件包括反压电容、两个并联的稳压二极管和保护电阻；所述可调放大电路包括运算放大器及其匹配电阻和可控增益集成运放及其匹配电阻；/n所述串口通信模块包括通讯芯片和电荷泵电容。/n...

【技术特征摘要】
1.一种适用于GIS绝缘件内部缺陷的超声检测系统，其特征在于，包括DSP模块、电源模块、隔离驱动模块、超声发生模块、超声接收模块和串口通信模块组成；
所述电源模块包括高压电源电路和低压电源电路；
所述高压电源电路中的元器件包括保险丝、热敏电阻、压敏电阻、安规电容、抗干扰磁环、整流桥、π型滤波、升压芯片和高压输出电解电容；其中，保险丝、热敏电阻和压敏电阻用于对整个系统进行短路保护、过热保护和过电压保护；安规电容和抗干扰磁环用于减小电源噪声和尖峰干扰、降低系统辐射；整流桥和π型滤波用于将交流市电进行全波整流后滤波成直流电；升压芯片和高压输出电解电容用于将输出整流后的直流电升压到指定电压并稳定输出；
所述低压电源电路包括反激变换电路和极性反转芯片，反激变换电路中的元器件包括反激变压器、反激二极管、变压器控制芯片和低压输出电解电容；
所述DSP模块包括DSP片内电压转换电路和DSP的时钟激发电路；
所述隔离驱动模块包括隔离驱动电路；
所述超声发生模块包括超声激励电路；
所述超声激励电路中的元器件包括MOSFET、反压电容和反压二极管；
所述超声接收模块包括限幅保护电路、可调放大电路、带通滤波电路和A/D转换电路；
所述限幅保护电路中的元器件包括反压电容、两个并联的稳压二极管和保护电阻；所述可调放大电路包括运算放大器及其匹配电阻和可控增益集成运放及其匹配电阻；
所述串口通信模块包括通讯芯片和电荷泵电容。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述保险丝采用3.15A/310V延迟型保险丝，保险丝封装采用微型封装；
所述热敏电阻采用负温度系数的热敏电阻；
所述压敏电阻采用10D561K；
所述整流桥采用KBL410K全波整流模块；
所述π型滤波为LCC型滤波电路，放置在整流桥的输出端，包含两个插件电容和一个磁环电感，两个插件电容均为聚酯薄膜电容；
所述升压芯片采用PFS7624C。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述抗干扰磁环...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝艳捧，郑尧，何伟明，田方园，邹舟诣奥，阳林，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44