基于相控阵爬波阵列的瓷支柱绝缘子结构健康监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于相控阵爬波阵列的瓷支柱绝缘子结构健康监测装置。瓷支柱绝缘子瓷体的上/下两端部靠近上/下法兰盘的外圆周侧面均安装有相控阵爬波探头阵列；计算机发出控制信号并经发射延时模块、信号发生模块和功率放大模块发送给相控阵爬波探头阵列，相控阵爬波探头阵列对瓷支柱绝缘子瓷体与上/下法兰盘连接处的各个位置进行信号聚焦并扫描，相控阵爬波探头阵列将接收到的信号经信号放大模块、数据采集模块和接收延时模块传回计算机，最终实现瓷支柱绝缘子结构的健康监测。本发明专利技术通过相控阵爬波阵列聚焦方法提高了爬波监测的灵敏度，相对瓷支柱绝缘子巡检方式，其发现故障的实时性和可靠性更高。故障的实时性和可靠性更高。故障的实时性和可靠性更高。

Structural health monitoring device of porcelain post insulator based on phased array creeping wave array

【技术实现步骤摘要】
基于相控阵爬波阵列的瓷支柱绝缘子结构健康监测装置


[0001]本专利技术涉及支柱绝缘子结构健康监测领域的一种瓷支柱绝缘子结构健康监测装置，尤其涉及了一种基于相控阵爬波阵列的瓷支柱绝缘子结构健康监测装置。

技术介绍

[0002]瓷支柱绝缘子是发电厂和变电站的重要组成设备，大量使用于电力系统中的瓷支柱绝缘子起着支撑导线、断路器和高压开关作用。在电力系统运行中，瓷支柱绝缘子长期工作于强电场，机械应力，污秽及温湿度等共同构成的错综复杂的恶劣环境中，出现故障的几率很大，严重威胁电力系统的安全运行。
[0003]瓷支柱绝缘子结构由上、下法兰盘和瓷支柱绝缘子瓷体通过水泥胶接而成。
[0004]瓷支柱绝缘子的主要缺陷机理分为两种：
[0005]1、由于带刀闸开关的绝缘子在运行的过程中会受到一定的开关动作产生的应力，产生疲劳损坏；
[0006]2、在温差变化较大的地区，绝缘子由于其制作工艺的原因，材料的膨胀系数不同带来的法兰盘与瓷体的脱粘，使得产生缺陷。
[0007]根据统计资料显示，90％的瓷支柱绝缘子裂纹发生在法兰盘和瓷体结构胶接区域，目前采用各种技术原理的瓷支柱绝缘子巡检模式无法实时掌控瓷支柱绝缘子结构健康状况。因此对瓷支柱绝缘子进行结构健康监测，对于保障供电系统安全有着重大意义。

技术实现思路

[0008]为了解决
技术介绍
中存在的问题和需求，本专利技术的目的是提供一种基于相控阵爬波阵列的瓷支柱绝缘子结构健康监测装置，用以解决上述现有瓷支柱绝缘子巡检技术存在的缺陷，确保瓷支柱绝缘子结构健康状况实时可控。
[0009]本专利技术通过如下技术方案予以实现：
[0010]所述瓷支柱绝缘子结构包括瓷支柱绝缘子瓷体、上法兰盘和下法兰盘，瓷支柱绝缘子瓷体的上下两端分别与上法兰盘和下法兰盘相连，其特征在于，包括计算机、发射延时模块、信号发生模块、功率放大模块、信号放大模块、数据采集模块、接收延时模块和相控阵爬波探头阵列；
[0011]瓷支柱绝缘子瓷体的上/下两端部靠近上/下法兰盘的外圆周侧面均安装有相控阵爬波探头阵列，相控阵爬波探头阵列分别与功率放大模块和信号放大模块相连，信号放大模块依次经数据采集模块、接收延时模块、计算机、发射延时模块和信号发生模块后与功率放大模块相连；计算机发出控制信号并经发射延时模块、信号发生模块和功率放大模块发送给相控阵爬波探头阵列，相控阵爬波探头阵列对瓷支柱绝缘子瓷体与上/下法兰盘连接处的各个位置进行信号聚焦并扫描，相控阵爬波探头阵列将接收到的信号经信号放大模块、数据采集模块和接收延时模块传回计算机，最终实现瓷支柱绝缘子结构的健康监测。
[0012]所述瓷支柱绝缘子瓷体两端的相控阵爬波探头阵列结构相同，相控阵爬波探头阵
列安装在瓷支柱绝缘子瓷体上/下端的第一瓷裙与上/下法兰盘之间的瓷支柱绝缘子瓷体的外圆周侧面，上/下端的相控阵爬波探头阵列的工作方向沿瓷支柱绝缘子瓷体轴向指向上/下法兰盘；
[0013]相控阵爬波探头阵列包括多个爬波探头，多个爬波探头沿圆周等间隔地安装在瓷支柱绝缘子瓷体的外圆周侧面，各个爬波探头的工作方向沿瓷支柱绝缘子瓷体轴向指向上/下法兰盘，各个爬波探头分别与对应的功率放大模块和信号放大模块相连。
[0014]所述爬波探头的个数与发射延时模块、信号发生模块、功率放大模块、信号放大模块、数据采集模块、接收延时模块的个数相同。
[0015]所述相控阵爬波探头阵列的多个爬波探头对应的发射延时模块中的发射延时量和接收延时模块中的接收延时量相同，以第一爬波探头与目标位置之间的距离为基准位置，第一爬波探头对应的发射延时量和接收延时量记为0，根据剩余爬波探头与目标位置之间的距离通过以下公式计算剩余爬波探头对应的发射延时量和接收延时量，使得各个爬波探头的爬波信号聚焦于目标位置：
[0016][0017]其中，L1为第一爬波探头与目标位置之间的距离，L
i
为第i个爬波探头与目标位置之间的距离，Δt
i
为第i个爬波探头对应的发射延时模块中的发射延时量和接收延时模块中的接收延时量，n为相控阵爬波探头阵列中爬波探头的总个数；c为爬波在瓷支柱绝缘子瓷体中的传播速度。
[0018]所述爬波探头为超声波探头。
[0019]本专利技术的主要有益效果有：
[0020]本专利技术通过一种相控阵爬波瓷支柱绝缘子结构健康监测装置，实现了瓷支柱绝缘子法兰盘胶接区域结构健康状况的实时监测，并通过相控阵聚焦技术提高了爬波监测的灵敏度，相对瓷支柱绝缘子巡检方式，其发现故障的实时性和可靠性更高。
附图说明
[0021]图1是本专利技术的相控阵爬波探头阵列安装示意图；
[0022]图2是本专利技术的爬波探头结构示意图；
[0023]图3是本专利技术的相控阵爬波探头阵列聚焦示意图；
[0024]图4是本专利技术的瓷支柱绝缘子结构健康监测装置示意图。
[0025]图中：上法兰盘1、瓷支柱绝缘子瓷体2、下法兰盘3、相控阵爬波探头阵列4、压电晶片5、斜楔6、吸声材料7、电缆线8、探头外壳9。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0027]瓷支柱绝缘子结构包括瓷支柱绝缘子瓷体2、上法兰盘1和下法兰盘3，瓷支柱绝缘子瓷体2的上下两端分别与上法兰盘1和下法兰盘3相连，如图4所示，包括计算机、发射延时模块、信号发生模块、功率放大模块、信号放大模块、数据采集模块、接收延时模块和相控阵爬波探头阵列4；
[0028]如图1所示，瓷支柱绝缘子瓷体2的上/下两端部靠近上/下法兰盘的外圆周侧面均通过对应的固定支架安装有相控阵爬波探头阵列4，相控阵爬波探头阵列4分别与功率放大模块和信号放大模块相连，信号放大模块依次经数据采集模块、接收延时模块、计算机、发射延时模块和信号发生模块后与功率放大模块相连；计算机发出控制信号并经发射延时模块、信号发生模块和功率放大模块发送给相控阵爬波探头阵列4，相控阵爬波探头阵列4对瓷支柱绝缘子瓷体2与上/下法兰盘连接处(即胶接区域)的各个位置进行信号聚焦并扫描，相控阵爬波探头阵列4将接收到的信号经信号放大模块、数据采集模块和接收延时模块传回计算机，最终实现瓷支柱绝缘子结构的健康监测。
[0029]瓷支柱绝缘子瓷体2两端的相控阵爬波探头阵列4结构相同，瓷支柱绝缘子瓷体2的外圆周侧面设置有多个间隔布置的瓷裙，最上、下端的瓷裙均作为瓷支柱绝缘子瓷体2的第一瓷裙，相控阵爬波探头阵列4安装在瓷支柱绝缘子瓷体2上/下端的第一瓷裙与上/下法兰盘之间的瓷支柱绝缘子瓷体2的外圆周侧面，上/下端的相控阵爬波探头阵列4的工作方向沿瓷支柱绝缘子瓷体2轴向指向上/下法兰盘；
[0030]相控阵爬波探头阵列4包括多个爬波探头，多个爬波探头沿圆周等间隔地安装在瓷支柱绝缘子瓷体2的外圆周侧面，各个爬波探头的工作方向沿瓷支柱绝缘子瓷体2轴向指向上/下法兰盘，各个爬波探头分别与对应的功率放大模块和信号放大模块相连。
[0031]爬波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相控阵爬波阵列的瓷支柱绝缘子结构健康监测装置，所述瓷支柱绝缘子结构包括瓷支柱绝缘子瓷体(2)、上法兰盘(1)和下法兰盘(3)，瓷支柱绝缘子瓷体(2)的上下两端分别与上法兰盘(1)和下法兰盘(3)相连，其特征在于，包括计算机、发射延时模块、信号发生模块、功率放大模块、信号放大模块、数据采集模块、接收延时模块和相控阵爬波探头阵列(4)；瓷支柱绝缘子瓷体(2)的上/下两端部靠近上/下法兰盘的外圆周侧面均安装有相控阵爬波探头阵列(4)，相控阵爬波探头阵列(4)分别与功率放大模块和信号放大模块相连，信号放大模块依次经数据采集模块、接收延时模块、计算机、发射延时模块和信号发生模块后与功率放大模块相连；计算机发出控制信号并经发射延时模块、信号发生模块和功率放大模块发送给相控阵爬波探头阵列(4)，相控阵爬波探头阵列(4)对瓷支柱绝缘子瓷体(2)与上/下法兰盘连接处的各个位置进行信号聚焦并扫描，相控阵爬波探头阵列(4)将接收到的信号经信号放大模块、数据采集模块和接收延时模块传回计算机，最终实现瓷支柱绝缘子结构的健康监测。2.根据权利要求1所述的一种基于相控阵爬波阵列的瓷支柱绝缘子结构健康监测装置，其特征在于，所述瓷支柱绝缘子瓷体(2)两端的相控阵爬波探头阵列(4)结构相同，相控阵爬波探头阵列(4)安装在瓷支柱绝缘子瓷体(2)上/下端的第一瓷裙与上/下法兰盘之间的瓷支柱绝缘子瓷体(2)的外圆周侧面，上/下端的相控阵爬波探头阵列(4)的工作方向沿瓷支柱绝缘子瓷体(2)轴向指向上/下法兰盘；相控阵爬...

【专利技术属性】
技术研发人员：马鹏，马旭斌，曾中伟，姜伟基，杨勇，何予莹，李金徽，杜鑫，王军，李吉存，仇昊，赵刚，
申请(专利权)人：内蒙古电力集团有限责任公司阿拉善供电分公司，
类型：发明
国别省市：