浅谈高压绝缘子的电晕紫外检测系统

【摘 要】本文根据电晕所发生的紫外光特点，对电晕紫外检测系统进行了研究和分析，最终通过相关试验得出电晕紫外检测系统的准确性。

【关键词】高压绝缘子；电晕；紫外线；检测系统

基于检测的思想，利用日盲型光电倍增管为核心元件，研制了绝缘子紫外光脉冲检测装置；从电源的驱动到整套装置的外形设计都以实用化为目标，使用虚拟仪器来编写软件系统，具有在线数据实时采集，同时后台数据处理相应数据功能，此套装置具有能够实现非接触式测量，不影响被测系统的正常运行和灵敏度高等特点，通过分析采集的紫外光脉冲信号来研究绝缘子表面放电的特性和规律。

1.系统构成

整个检测系统可分为硬件和软件两个功能系统，系统的硬件由以下六个子功能模块构成：光-电转换模块、高压及驱动电源模块、放电定位模块、滤光系统、I/U转换及脉冲信号放大及数据采集模块。

当紫外光经过滤光系统被光电倍增管检测到，将紫外光信号转换成电流脉冲信经过I/U转换和脉冲放电，信号进入数据采集系统，系统使用基于虚拟仪器的软件对采集的数据进行分析和处理。

2.光-电转换模块

光电转换模块是检测系统的核心，主要包括光电倍增管、分压电路、高压电源模块以及电源驱动。

2.1 R2078日盲型光电倍增管

电晕放电辐射出的日盲波段紫外光信号非常微弱，必须选择高灵敏度的紫外传感器才能探测到该信号。综合考虑探测器的灵敏度和探测的光谱响应范围，本系统选择HAMAMATMU公司的R2078日盲型光电倍增管，该光电倍增管为端窗型结构，R2078外形结构图如图3.2，最大阴极有效面积直径为21ram，其光电阴极采用了极度改进型Cs.Tc阴极材料，可见光谱响应范围为160.320nm，有着更好的日盲区响应特性，该管的典型增益高达，但其阳极暗电流却低至15pA，阳极脉冲上升时间为1.5ns，因此它具有灵敏度高、低噪声、响应速度快、具有极高信噪比和阴极面积大的特点，适合于放电这类脉冲信号的检测。

R2078日盲型光电倍增管的增益和外加电压具有密切的关系，外加电压的大小不仅决定了光电倍增管的增益，也决定了探测的距离和紫外光脉冲的幅值。

2.2高压模块和驱动电源

光电倍增管需要在阴极、各个打拿极和阳极上施加直流的高压，光阴极在光子作用下发射电子，这些电子被外电场（或磁场）加速，聚焦于第一次极，这些冲击次极的电子能使次极释放更多的电子，它们再被聚焦在第二次极，这样，一般经十次以上倍增，放大倍数可达到108～1010。最后，在高电位的阳极收集到放大了的光电流。本系统采用日本滨松公司生产的小型高压电源C9619提供加速电场， C9619高压电源其特点是集成化高，体积小，结构紧凑，输入电源适应范围宽，输出电压连续可调，便携式，驱动电源可采用多种形式等，一般用于小型仪器。光电倍增管对高压供电电源的稳定性要求很高，一般要达到0.01%～0.05%，高压电源的稳定性通常要比光电倍增管所要求的稳定性高大约10倍。

2.3分压电路

光电倍增管的供电电路种类很多，可以根据应用的情况设计出各具特色的供电电路。本系统使用了最经典的电阻分压式供电电路。如图1所示为典型光电倍增管的电阻分压式供电电路。电路由11个电阻构成电阻链分压器，分别向l0级倍增极提供电压。

图1 典型光电倍增管的电阻分压式供电电路

3.滤光系统

紫外线的波长范围是40nm-400nm，高压电气设备放电产生的紫外线大部分波长在280nm-400nm的区域内，也有小部分波长小于280nm，太阳光中也含紫外线，由于波长小于300nm的紫外线被大气中的臭氧所吸收，所以可以通过大气传输的只有300nm-400nm的紫外线，而我们采用的紫外光电倍增管R2078探测波段为160nm-320nm，有超过300nm的部分，会受到日光中.-部分紫外光的干扰，由于这部分光线在日光中的辐射强度相对放电辐射光大很多，所以必须在前端加日盲紫外滤光片以去除这部分紫外辐射的干扰。这样就避开了最强大的自然光源一太阳造成的复杂背景，保证了在日盲紫外波段对绝缘子放电进行探测时接收到的紫外线信号免受日光和其他因素的干扰。基于本系统的探测要求，本系统选择了沈阳汇博公司的“太阳盲打滤光片，它是一种宽带干涉滤光片，在整个光通范围内的透光百分比T%为10%-20%，中心波长为252.8nm，正好位于日盲区域，半波宽度16.9nm，峰值投射率28.4%，具有良好的波长定位精度、半波带宽精度，波形系数（矩形化程度）、峰值透射率等均达到指标。使用滤光片虽然避开了最强大的自然光源一太阳造成的复杂背景，保证了在日盲紫外波段对绝缘子放电进行探测时接收到的紫外线信号免受日光和其他因素的干扰，但也对探测系统造成一定的影响，一是紫外光透过滤光片好，信号减弱。

4.实验结论

（1）利用日盲型光电倍增管可有效探测到棒一板间隙的电晕放电，紫外光脉冲与电晕脉冲有着良好的对应关系，可将紫外光脉冲作为研究电晕现象的重要表征参数，是一种有效的探测放电的新方法。

（2）探测距离对系统的输出影响较大，因此在检测放电时需要对探测距离进行标定，以便对在不同的探测距离的所得的数据进行比对。

（3）驱动电压对光电倍增管的灵敏度起着决定性的作用，选择合适的驱动电压对系统的在检测弱信号时尤为重要。

（4）放电间隙固定时，紫外光脉冲数随这电压的增大而增大，脉冲数变化较大，紫外脉冲的最大幅值也随电压的增大而增大，但其幅值变化缓慢，并且当电压上升到接近间隙击穿电压（U50%）时，紫外脉冲幅值基本上不再随电压的改变而增大，而是保持在一定的幅值。

（5）对于不同的放电间隙，相同电压下，间隙越小，脉冲数越多，紫外光脉冲幅值越大。

【参考文献】

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