淺談高壓絕緣子的電暈紫外檢測(cè)系統(tǒng)

溫春光　張克勝

【摘 要】本文根據(jù)電暈所發(fā)生的紫外光特點(diǎn)，對(duì)電暈紫外檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了研究和分析，最終通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)得出電暈紫外檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

【關(guān)鍵詞】高壓絕緣子；電暈；紫外線(xiàn)；檢測(cè)系統(tǒng)

基于檢測(cè)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(cè)裝置；從電源的驅(qū)動(dòng)到整套裝置的外形設(shè)計(jì)都以實(shí)用化為目標(biāo)，使用虛擬儀器來(lái)編寫(xiě)軟件系統(tǒng)，具有在線(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，同時(shí)后臺(tái)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(cè)量，不影響被測(cè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和靈敏度高等特點(diǎn)，通過(guò)分析采集的紫外光脈沖信號(hào)來(lái)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(gè)檢測(cè)系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩個(gè)功能系統(tǒng)，系統(tǒng)的硬件由以下六個(gè)子功能模塊構(gòu)成：光-電轉(zhuǎn)換模塊、高壓及驅(qū)動(dòng)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(hào)放大及數(shù)據(jù)采集模塊。

當(dāng)紫外光經(jīng)過(guò)濾光系統(tǒng)被光電倍增管檢測(cè)到，將紫外光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流脈沖信經(jīng)過(guò)I/U轉(zhuǎn)換和脈沖放電，信號(hào)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(duì)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(cè)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(dòng)。

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(hào)非常微弱，必須選擇高靈敏度的紫外傳感器才能探測(cè)到該信號(hào)。綜合考慮探測(cè)器的靈敏度和探測(cè)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(jiàn)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(yáng)極暗電流卻低至15pA，陽(yáng)極脈沖上升時(shí)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(diǎn)，適合于放電這類(lèi)脈沖信號(hào)的檢測(cè)。

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，也決定了探測(cè)的距離和紫外光脈沖的幅值。

2.2高壓模塊和驅(qū)動(dòng)電源

光電倍增管需要在陰極、各個(gè)打拿極和陽(yáng)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(chǎng)（或磁場(chǎng)）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?cè)俦痪劢乖诘诙螛O，這樣，一般經(jīng)十次以上倍增，放大倍數(shù)可達(dá)到108～1010。最后，在高電位的陽(yáng)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(chǎng)， C9619高壓電源其特點(diǎn)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(dòng)電源可采用多種形式等，一般用于小型儀器。光電倍增管對(duì)高壓供電電源的穩(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(lèi)很多，可以根據(jù)應(yīng)用的情況設(shè)計(jì)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(gè)電阻構(gòu)成電阻鏈分壓器，分別向l0級(jí)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(xiàn)的波長(zhǎng)范圍是40nm-400nm，高壓電氣設(shè)備放電產(chǎn)生的紫外線(xiàn)大部分波長(zhǎng)在280nm-400nm的區(qū)域內(nèi)，也有小部分波長(zhǎng)小于280nm，太陽(yáng)光中也含紫外線(xiàn)，由于波長(zhǎng)小于300nm的紫外線(xiàn)被大氣中的臭氧所吸收，所以可以通過(guò)大氣傳輸?shù)闹挥?00nm-400nm的紫外線(xiàn)，而我們采用的紫外光電倍增管R2078探測(cè)波段為160nm-320nm，有超過(guò)300nm的部分，會(huì)受到日光中.-部分紫外光的干擾，由于這部分光線(xiàn)在日光中的輻射強(qiáng)度相對(duì)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(kāi)了最強(qiáng)大的自然光源一太陽(yáng)造成的復(fù)雜背景，保證了在日盲紫外波段對(duì)絕緣子放電進(jìn)行探測(cè)時(shí)接收到的紫外線(xiàn)信號(hào)免受日光和其他因素的干擾。基于本系統(tǒng)的探測(cè)要求，本系統(tǒng)選擇了沈陽(yáng)匯博公司的“太陽(yáng)盲打?yàn)V光片，它是一種寬帶干涉濾光片，在整個(gè)光通范圍內(nèi)的透光百分比T%為10%-20%，中心波長(zhǎng)為252.8nm，正好位于日盲區(qū)域，半波寬度16.9nm，峰值投射率28.4%，具有良好的波長(zhǎng)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(kāi)了最強(qiáng)大的自然光源一太陽(yáng)造成的復(fù)雜背景，保證了在日盲紫外波段對(duì)絕緣子放電進(jìn)行探測(cè)時(shí)接收到的紫外線(xiàn)信號(hào)免受日光和其他因素的干擾，但也對(duì)探測(cè)系統(tǒng)造成一定的影響，一是紫外光透過(guò)濾光片好，信號(hào)減弱。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）利用日盲型光電倍增管可有效探測(cè)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(duì)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(cè)放電的新方法。

（2）探測(cè)距離對(duì)系統(tǒng)的輸出影響較大，因此在檢測(cè)放電時(shí)需要對(duì)探測(cè)距離進(jìn)行標(biāo)定，以便對(duì)在不同的探測(cè)距離的所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。

（3）驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)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(dòng)電壓對(duì)系統(tǒng)的在檢測(cè)弱信號(hào)時(shí)尤為重要。

（4）放電間隙固定時(shí)，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(shí)，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(duì)于不同的放電間隙，相同電壓下，間隙越小，脈沖數(shù)越多，紫外光脈沖幅值越大。

【參考文獻(xiàn)】

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