(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210818115.6 (22)申请日 2022.07.13 (71)申请人 华北电力大 学 地址 102206 北京市昌平区北农路2号 (72)发明人 李庆民　魏来　薛乃凡　杨睿成　 王媛　 (51)Int.Cl. G01N 21/94(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 GIL内金属微纳粉尘非侵入式瞬时检测平台 (57)摘要 本发明公开了一种GIL内金属微纳粉尘非侵 入式瞬时检测平台， 检测平台包括GIL模拟装置， 耐压密封 金属腔体， 氦氖激光器， 光源扩束装置， 高速相机， 高压电源， 图像处理单元。 GIL模拟装 置与真型GIL有相似的电场分布， 可以模拟其运 行状况。 耐压密封金属腔体具有良好气密性， 充 入SF6气体后模拟 GIL实际运行的气体环境。 氦 氖 激光器作为探测光源， 光源扩束装置能提高检测 平台的检测范围。 高速相机捕捉氦氖激光器经光 源扩束装置形成的探测光光敏区中运动的金属 微纳粉尘。 高速相机捕捉到的图像可以快速反应 出GIL内金属微纳粉尘的有无； 经过图像处理软 件系统， 得到金属微纳粉尘的运动轨迹与运动学 特性。 基于此， 可以对GIL内金属微纳粉尘实现非 侵入式瞬时检测。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 115201215 A 2022.10.18 CN 115201215 A 1.一种GIL内金属微纳粉尘非侵入式瞬时检测平台， 其特征在于， 包括GIL模拟装置 (1)， 耐压密封金属腔体(2)， 氦氖激光器(3)， 光源扩束装置(4)， 高速相机(5)， 高压电源 (6)， 图像处 理单元(7)。 所述的GIL模拟装置(1)包括支撑外壳(13)， 高压电极(14)， 地电极(15)， 绝缘子(16)， 高压引线(17)， 接地线(18)和金属微纳粉尘(20)。 高压电极(14)、 地电极(15)和绝缘子(16) 嵌套在支撑外壳(13)上， 高压引线(17)与高压电极(14)相连， 通过高压电源(6)GIL模拟装 置(1)供电。 接地线(18)与地电极(15)相连后接地， 形成完整的电路。 所述的耐压密封金属腔体(2)， 外壁开设有观察窗A(8)与观察窗B(9)， 上壁开设气阀 (10)， 通过软管(11)将气瓶(12)中的SF6气体充入 耐压密封金属腔体(2)中， 模拟GIL运行的 气体环境。 所述的氦氖激光器(3)由专供电源(19)供电， 发出峰值功率为5mW、 波长为628nm的红 光， 激光光束0.8m m。 所述的光源扩束装置(4)是光学扩束镜， 将氦氖激光器(3)发出的0.8mm光束按照一定 倍数扩大。 本平台采用8倍扩束镜， 将探测光半径扩大到6.4mm。 氦氖激光器(3)发出的探测 光经光源扩束装置(4)， 再经过观 察窗B(9)进入到 GIL模拟装置(1)， 探测光照射到运动中的 金属微纳粉尘(20)时， 会产生强反射 光。 所述的高速相机(5)用以拍摄运动 中被探测光照射到的金属微纳粉尘(20)， 设置补光 装置(21)， 增加高速相机(5)的拍摄视野亮度， 增强成像的清晰度。 高速相机(5)拍摄的图像 传输至计算机(25)。 高速相机(5)、 补光装置(21)均放置在观察窗A(8)外 。 所述的高压电源(6)包括高压供电电源(22)、 高压导线(23)和高压套管(24)。 高压套管 (24)安装在耐压密封金属腔体(2)上壁外侧， 经高压导线(23)与高压供电电源(22)连接， 高 压套管(24)经高压引线(17)向GI L模拟装置(1)施加高电压 。 所述的图像处理单元(7)内置于计算机(25)中， 对高速相机(5)传输的图像进行处理， 实现非侵入式瞬时检测金属微纳粉尘(20)的有无， 并进行运动学特性的分析， 形成金属微 纳粉尘(20)的运动轨迹， 计算速度、 加速度等物理量。 从而实现金属微纳粉尘的非侵入式瞬 时检测。 2.根据权利要求1所述的一种GIL内金属微纳粉尘非侵入式瞬时检测平台， 其特征在 于， 所述的耐压密封金属腔体(2)由铝合金制成， 长为400mm， 宽为400mm， 高为800mm， 金属腔 体壁的厚度为10mm， 最大耐压0.5Mpa。 耐压密封金属腔体(2)上开有观察窗A(8)与观察窗B (9)， 两观察窗呈90 °， 均为圆形， 半径为75m m， 厚度为15m m， 材质为有机玻璃。 3.根据权利要求1所述的一种GIL内金属微纳粉尘非侵入式瞬时检测平台， 其特征在 于， 所述的氦氖激光器(3)、 光源扩束装置(4)和高速相机(5)组成激光 ‑高速相机联合探测 系统， 氦氖激光器(3)发出峰值功率为5mW、 波长为628nm的红光， 激光光束0.8mm。 光源扩束 装置采用扩 大倍数为8倍的光学扩束镜。 高速相机(5)设置拍摄帧数为750帧， 触发前500帧， 触发后25 0帧， 用以记录在电场中快速运动的金属微纳粉尘(20)的图片信息 。 4.根据权利要求1所述的一种GIL内金属微纳粉尘非侵入式瞬时检测平台， 其特征在 于， 所述的GIL模拟装置(1)中高压电极(14)为圆柱体， 底面半径20mm， 高400mm。 地电极(15) 长400mm， 内半径为65mm， 厚度为10mm。 高压电极(14)和地电极(15)均由铝合金制成。 绝缘子 (16)由环氧树脂与氧化铝的复合材料浇 筑而成， 呈圆台状， 高100mm， 下底 面半径为65mm， 上权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115201215 A 2地面半径为22mm， 分别开有20mm的圆孔。 高压电极(14)与地电极(15)平行放置， 和绝缘子 (16)共同嵌套在支撑 外壳(13)上。 5.根据权利要求1所述的一种GIL内金属微纳粉尘非侵入式瞬时检测平台， 其特征在 于， 所述的金属微纳粉尘(20)材质为铝， 形状为球形。 实验所用的粉尘半径为50nm至 1500nm， 代表GIL气室内产生的不同粒径的微纳粉尘， 也是本专利中阐述平台要探测的对 象。 6.根据权利要求1所述的一种GIL内金属微纳粉尘非侵入式瞬时检测平台， 其特征在 于， 高压电源(6)可对平台施加电压最高为300kV， 长期稳定地提供波纹系数<0.3％的高压 直流电。 7.根据权利要求1所述的一种GIL内金属微纳粉尘非侵入式瞬时检测平台， 其特征在 于， 图像处理单元(7)置于计算机中， 能够对激光 ‑高速相机联合探测系统获得的金属微纳 粉尘(20)图像进行灰度处理， 获得其运动位置和轨迹。 并计算金属微纳粉尘(20)速度、 加速 度等动力学 特征， 获得运动学 特性。 从而实现金属微纳粉尘的非侵入式瞬时检测。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115201215 A 3