局部放电超声波传感器的选择

高电压技术综合实验报告( 2012 -- 2013年度第一学期)名称：高电压技术综合实验题目：GIS局部放电院系：电气与电子工程学院班级：学号：109118学生姓名：指导教师：唐志国设计周数：2周成绩：日期：2013 年01月09日一、实验的目的与要求使学生掌握电力设备绝缘性能的在线检测方法和抗干扰技术，特别是局部放电的在线监测技术。

二、实验正文1．电缆中间接头和终端局部放电的高频、甚高频检测.1.1试验具体要求及内容GIS是电力系统的重要设备，是保证供电可靠性的基础，一旦发生故障必将引起局部以至全部地区停电的严重后果。

GIS的故障绝大多数为绝缘故障，而局部放电是GIS发生绝缘故障的先兆和表现形式。

GIS发生局部放电时会发出振动、超高频和超声波信号，在GIS外壳及盆式绝缘子上布置相应的传感器相应的传感器接收其信号即可实现GIS局部放电的检测。

1.2实验原理：电磁耦合法GIS发生绝缘故障的原因是其内部电场的畸变，往往伴随着局部放电现象，产生脉冲电流，电流脉冲上升时间及持续时间仅为纳秒( nS ) 级，该电流脉冲将激发出高频电磁波，其主要频段为0.3—3GHz，该电磁波可以从GIS上的盘式绝缘子处泄露出来，采用超高频传感器(频段为0.3—3GHz )测量绝缘缝隙处的电磁波，然后根据接收的信号强度来分析局部放电的严重程度。

1.3试验接线图（注明所采用的试品、检测系统）试验采用了振动、超高频和超声波测试回路相结合的综合测试系统。

由于常规法检测局部放电信号比较灵敏，因此也作为特高频检测法初期局部放电信号的参考。

试验电源由自耦调压器输出后接到YDTW15kVA/150kV无晕工频高压试验变压器上。

试品包括金属尖刺、接触不良和金属颗粒放电等模型。

1.4试验方法及步骤(1)将试品——内置放电模型GIS实体模型高压端接于试验变压器高压输出端，振动及超声波传感器贴于GIS外壳，超高频传感器贴于盆式绝缘子处。

(2)各传感器输出接于示波器上。

规章制度编号：国网（运检/4）***-2016国家电网公司变电检测通用管理规定第4分册超声波局部放电检测细则国家电网公司二〇一六年十月目录前言 (III)1检测条件 (2)1.1环境要求 (2)1.2待测设备要求 (2)1.3人员要求 (2)1.4安全要求 (2)1.5检测仪器要求 (3)2检测准备 (3)3检测方法 (4)3.1检测原理图 (4)3.2检测步骤 (4)3.3检测验收 (5)4检测数据分析和处理 (5)5检测原始数据和报告 (5)5.1原始数据 (5)5.2检测报告 (5)附录A（规范性附录）超声波局部放电检测报告 (6)附录B（资料性附录）超声测试典型图谱 (7)附录C（资料性附录）缺陷部位和缺陷类型判断依据 (16)前言为进一步提升公司变电运检管理水平，实现变电管理全公司、全过程、全方位标准化，国网运检部组织26家省公司及中国电科院全面总结公司系统多年来变电设备运维检修管理经验，对现行各项管理规定进行提炼、整合、优化和标准化，以各环节工作和专业分工为对象，编制了国家电网公司变电验收、运维、检测、评价、检修通用管理规定和反事故措施（以下简称“五通一措”）。

经反复征求意见，于2017年1月正式发布，用于替代国网总部及省、市公司原有相关变电运检管理规定，适用于公司系统各级单位。

本细则是依据《国家电网公司变电检测通用管理规定》编制的第4分册《超声波局部放电检测细则》，适用于35kV及以上变电站的气体绝缘金属封闭开关设备、GIL、罐式断路器、金属封闭式开关柜设备。

本细则由国家电网公司运维检修部负责归口管理和解释。

本细则起草单位：**、**。

本细则主要起草人：**、**。

超声波局部放电检测细则1 检测条件1.1 环境要求a)环境温度宜在-10～40ºC。

b)环境相对湿度不宜大于80%，若在室外不应在有大风、雷、雨、雾、雪的环境下进行检测。

c)在检测时应避免大型设备振动、人员频繁走动等干扰源带来的影响。

如何选择适用于接近或距离测量的超声波传感器超声波传感器是使用换能器发送和接收超声波脉冲，该超声波脉冲中继有关物体接近度的信息，经反射返回传感器，系统通过测量回波返回传感器的时间，并利用声波在介质中的传播速度计算超声波测量到物体距离的仪器。

因其特性超声波传感器被广泛用于各种非接触场景如接近或距离测量中，然而目前市场上的各种超声波传感器在安装配置、环境密封、电子特征等方面各不相同。

特别是在声学上，根据操作频率和辐射模式不同，不难选择最符合特定应用环境和机械要求的传感器，也不难评估不同型号产品电子性能。

声学对超声波传感器操作和测量产生了深远影响。

本文工采网小编通过介绍超声波传感器的特性和影响因素来解答如何选择适用于接近或距离测量的超声波传感器。

影响超声波传感器操作的一些基本声学参数1、声速随温度和传输介质(通常是空气) 的组成变化而变化，测量的精度和分辨率有何影响？重点：抓住空气中，声速与温度的关系在回波测距系统中, 测量了超声脉冲发射与返回接收机之间的运行时间。

然后使用传输介质(通常是空气) 中的声速计算到目标的距离。

测得的目标距离的精度与计算中使用的声速精度成正比。

声波的实际速度是声音传播的介质组成和温度的函数，如图1。

空气中的声速随温度的变化由关系[5]:c(T)：空气中声速与温度函数，单位：英寸/秒；T：大气温度，单位：℃。

不同气体介质中的声速与空气组成的关系，同时受化学成分和温度的影响。

下表是10°C 的各种气体的声速。

2、声波波长随声速和频率而变化，分辨率、精度、最小目标尺寸以及最小和最大目标距离的影响规律。

重点：声波波长与声速和频率的关系声波波长随声速和频率的变化而变化，λ= c/f。

λ：波长；c：声速；f：频率3、声波衰减随着频率和湿度而改变，对超声波传感器在空气中的最大目标距离的影响。

重点：声波衰减与频率和湿度的关系随着声波的传播，由于传输介质中的摩擦损失，声压的振幅降低。

探讨基于DSP的开关柜局部放电在线监测系统电路设计摘要：开关柜运行过程中可能出现局部放电现象，加大了电力系统运行安全风险，需要做好开关柜局部放电在线监测工作，及时处理线路问题。

本文主要针对基于DSP的开关柜局部放电在线监测系统中的电路设计进行分析，提出采用超声波检测开关柜的局部放电问题，提高电路设计科学性。

本监测系统抗干扰性能良好，能保证检测数据完整性和准确性。

关键词：DSP；开关柜；局部放电；在线监测前言电网系统建设规模的不断扩大，需要加大对系统中电力设备运行状态的监测，是评价电网运行可靠与否的重要指标。

开关柜是电力网络中的主要构成部分，局部放电是引起设备存在安全隐患的主要原因。

因此有必要加大对开关柜运行中局部放电现象的实时监测，建立相应的监测系统，做好电路设计工作，以便为开关柜设备检查提供帮助。

一、局部放电监测系统软硬件开发（一）系统结构与原理本次设计的超声波在线监测系统，是一种固定式监测系统。

系统处理器选择合理与否对最终检测结果有着直接影响。

进行系统设计时，选择DSP作为处理器，其具有较好计算能力，满足电气设备实时监测需求。

硬件系统主要包括超声传感器、滤波电路、放大电路、信息采集电路和存储电路等组成部分。

监控系统可实现以下功能：对超声波信号进行滤波和计算，得到超声波信号传输强度及频率等信息；针对局部放电现象发出预警信号；对传感器信号进行外部存储；显示放电强度信息。

（二）系统软硬件设计针对上述监控系统功能要求来进行系统软硬件设计，需要从以下方面进行。

1.系统硬件设计在硬件设计环节，首先进行系统供电线路的设计，结合开关柜放电检测要求，选用参数恰当的降压器，确定固定电压和工作温度。

本次供电电路中，设计I/O引脚电压为3.4V，核供电电压2.0V，由此确定电压输出值。

其次，设计软件下载电路。

监测系统运行过程中，会根据电气设备检测要求增加新的功能软件，因此要保证软件下载操作正常进行。

在相应的电路设计中，要求处理器具有器件调试和测试功能，取代传统集成线路的测试方式，基于IEEE1149.1标准来设计边界扫描逻辑接口；最后，要进行超声波信号显示电路设计。

电气设备绝缘检测的新技术有哪些在现代电力系统中，电气设备的可靠运行至关重要。

而绝缘性能是确保电气设备安全、稳定运行的关键因素之一。

随着科技的不断进步，电气设备绝缘检测技术也在不断创新和发展。

本文将为您介绍一些当前较为先进的电气设备绝缘检测新技术。

一、局部放电检测技术局部放电是电气设备绝缘劣化的早期表现之一。

通过检测局部放电现象，可以及时发现绝缘潜在的问题。

1、超高频检测法超高频检测法利用传感器接收局部放电产生的超高频电磁波信号。

这种方法具有较高的灵敏度和抗干扰能力，能够检测到微小的局部放电信号，并且可以实现对放电位置的定位。

2、超声波检测法当局部放电发生时，会产生超声波信号。

超声波检测法通过安装在设备外壳上的传感器来接收这些信号。

该方法适用于检测开关柜、变压器等设备的局部放电，但其检测范围相对较小。

3、特高频与超声波联合检测法将特高频检测法和超声波检测法相结合，可以综合利用两种方法的优点，提高检测的准确性和可靠性。

同时，还能够对局部放电的类型和严重程度进行更精确的评估。

二、红外热成像检测技术电气设备在运行过程中，由于电流通过会产生热量。

如果绝缘存在问题，可能会导致局部过热。

红外热成像检测技术通过检测设备表面的温度分布，来判断是否存在绝缘故障。

该技术具有非接触、快速、直观等优点。

可以在设备运行状态下进行检测，不影响设备的正常运行。

但它也存在一定的局限性，例如对于小面积的发热点可能不够敏感，容易受到环境温度和风速等因素的影响。

三、介电响应检测技术介电响应检测技术是一种基于电气设备绝缘介质的电学特性进行检测的方法。

1、频域介电谱法通过在不同频率下测量设备绝缘的介电常数和介质损耗因数，来评估绝缘的状态。

该方法能够反映绝缘的整体性能，但测试时间相对较长。

2、时域介电谱法时域介电谱法通过施加阶跃电压或脉冲电压，测量绝缘介质的极化和去极化电流，从而分析绝缘的状况。

这种方法测试速度较快，但对测试设备的要求较高。

GIS局部放电检测及故障处理气体绝缘金属封闭开关设备（以下简称GIS）是一种集联络、掌握、测量和爱护于一体的高度集成化开关电器。

GIS 具有设备占地面积小、防火性能良好，运行过程中平安性、牢靠性高、日常维护的工作量少等优势。

近几年来，随着社会的进展，对电能质量的要求也越来越高，同时对GIS 设备平安运行的要求也相应提高。

GIS 中绝缘老化的一个重要因素是由于局部放电，而通过对设备进行局部放电检测成为评定绝缘状态的重要手段。

下面就GIS 设备局部放电检测技术及故障进行分析。

1 GIS 局部放电检测的方法概述目前，有关局部放电检测的方法有：电测法、非电测法。

电测法又包括：超声波检测方法、脉冲电流检测方法（ERA）、高频检测方法（HF）、甚高频检测方法（VHF）、超高频检测方法（UHF）。

而非电测法有：光测法、声测法、化学法，在这些非电测法中，声测法由于检测时所用声学传感器不同被分为超声波法及震惊法。

在电测法中，超声波检测方法、脉冲电流检测方法及超高频检测方法是目前最常用的检测方法。

1.1 超声波检测方法超声波检测方法可以在GIS 外壳上直接安装传感器，不必在GIS 内提前装置，同时还可以沿着GIS 移动手持传感器，逐点查找消失故障的部位。

这种检测方法和超高频检测方法比较，对传感器要求明显降低，便利了工作人员进行设备管理维护。

另外，超声波检测法预防外部干扰的力量较强，直接通过触发方式、触发阈值、信号频带的设置进行性能提升。

1.2 脉冲电流检测方法脉冲电流检测方法作为IEC270 中推举的一种传统检测方法，虽然可以对局部的放电水平进行定量性检测，但却没有局部放电现场的抗干扰力量，所以这种检测方法通常适用于局部放电测量的试验室检测中。

1.3 超高频检测方法超高频检测方法中系统频率掌握在为0.3 ~ 3GHz 以内，而通常外部电晕频率小于200MHz,因此应用超高频检测方法对局部放电进行测量，不会受到电晕放电的影响。

一、单项选择题1、特高频GIS局放检测仪传感器及放大器的频带宽度一般为（B ）。

A、10kHz-100kHzB、300MHz-1.5GHzC、100kHz-10MHzD、1GHz-10GHz2、应用脉冲电流法进行局部放电试验，其局部放电量试验结果的单位为（D ）。

A、kHzB、mVC、mAD、pC3、如果局放检测方法测得的图谱如下图所示，其放电源类型应为（C ）。

A、悬浮电位放电B、绝缘内部气隙C、电晕D、金属微粒4、如果应用GIS特高频局放检测方法测得的图谱如下图所示，其放电源类型应用为（A ）。

A、金属微粒B、绝缘内部气隙C、电晕D、悬浮电位5、对于带末屏引下线的CT进行局放检测，可优先选用（C ）检测方法。

A、特高频B、超声波C、高频D、地电波6、电力电缆高频局放检测的信号频率范围为（B ）。

A、10kHz-100kHzB、3MHz—30MHzC、100kHz-10MHzD、1GHz-10GHz7、GIS局部放电可用（A ）方法进行检测。

A、特高频、超声波B、高频、超声波C、高频、地电波D、特高频、地电波8、频谱仪的作用是（D ）。

A、观察信号的时域波形B、观察信号的局放谱图C、观察局放的典型图谱D、测量信号的频率成分9、无线电射频根据频率和波长的不同，可以划分为不同的波段，特高频频带范围规定为（B ）。

A、300MHz-1GHzB、300MHz-3GHzC、300kHz-1GHzD、1GHz-10GHz0、电磁波在真空或空气中的传播速度是（C ）。

A、8×108 m/sB、8×108 m/minC、3×108 m/sD、3×108 m/min1、特高频与高频局部放电检测过程中是否需要电压同步信号：（D ）。

A、特高频需要B、高频需要C、均不需要D、均需要2、超声波是指频率高于（C ）的声波。

A、100kHzB、300MHzC、20kHzD、150kHz3、下列电力设备当中，不宜应用超声波法进行局放检测的是（A ）。

传感器的选用原则传感器是现代工业自动化控制系统中不可或缺的重要组成部分，它能够将各种物理量转换成电信号，从而实现对物理量的测量、控制和监测。

在选择传感器时，需要考虑多个因素，以下是传感器的选用原则。

1.测量范围和精度传感器的测量范围和精度是选择传感器时需要考虑的重要因素。

测量范围是指传感器能够测量的物理量的最大和最小值，而精度则是指传感器测量结果与实际值之间的误差。

在选择传感器时，需要根据实际需求确定测量范围和精度，以确保传感器能够满足实际应用的要求。

2.响应时间和频率响应传感器的响应时间和频率响应也是选择传感器时需要考虑的因素。

响应时间是指传感器从接收到物理量变化的信号到输出测量结果的时间，而频率响应则是指传感器能够测量的物理量变化的最高频率。

在选择传感器时，需要根据实际应用的要求确定响应时间和频率响应，以确保传感器能够满足实际应用的要求。

3.环境适应性传感器的环境适应性也是选择传感器时需要考虑的因素。

不同的传感器适用于不同的环境，例如温度、湿度、压力、振动等。

在选择传感器时，需要根据实际应用的环境确定传感器的环境适应性，以确保传感器能够在实际应用的环境中正常工作。

4.可靠性和稳定性传感器的可靠性和稳定性也是选择传感器时需要考虑的因素。

传感器的可靠性是指传感器在长期使用过程中的故障率，而稳定性则是指传感器在长期使用过程中的测量结果的稳定性。

在选择传感器时，需要选择具有高可靠性和稳定性的传感器，以确保传感器能够在长期使用过程中正常工作。

5.成本和性价比传感器的成本和性价比也是选择传感器时需要考虑的因素。

不同的传感器价格不同，而性价比则是指传感器的性能和价格之间的比值。

在选择传感器时，需要根据实际应用的需求确定传感器的成本和性价比，以确保传感器能够在实际应用中具有较高的性价比。

传感器的选用原则包括测量范围和精度、响应时间和频率响应、环境适应性、可靠性和稳定性以及成本和性价比。

在选择传感器时，需要根据实际应用的需求综合考虑以上因素，以确保选择到适合实际应用的传感器。

传感器的选择注意事项在进行传感器的选择时，需要考虑以下几个注意事项：1.应用需求：首先要明确传感器的应用需求，确定需要测量的参数、测量范围以及测量精度等。

不同的应用场景可能需要不同类型的传感器，因此要确保选取的传感器能够满足应用需求。

2.传感器类型：传感器可以分为许多不同的类型，例如温度传感器、压力传感器、加速度传感器等。

选择合适的传感器类型取决于需要测量的物理量。

有时，一个应用场景可能需要多个传感器以测量多个参数。

3.传感器特性：传感器的特性包括灵敏度、响应时间、线性度、稳定性等。

这些特性会直接影响到传感器的性能和可靠性。

因此，在选择传感器时需要考虑这些特性，并根据需求确定合理的要求。

4.传感器输出：传感器的输出可以分为模拟输出和数字输出两种形式。

模拟输出一般需要转换成数字信号进行处理，而数字输出可以直接连接到数字系统中。

根据应用需求和系统结构，选择合适的传感器输出形式。

5.传感器接口：传感器的接口通常包括模拟接口（如电压输出或电流输出）和数字接口（如I2C、SPI等）。

选择合适的传感器接口取决于系统的硬件平台和应用需求。

6.传感器价格：传感器的价格也是一个需要考虑的因素。

不同类型和不同品牌的传感器价格差异很大。

选择传感器时需要根据预算和应用需求，权衡价格和性能之间的关系。

7.传感器可靠性：传感器的可靠性特性包括寿命、工作温度范围、抗干扰性等。

这些特性会直接影响到传感器的稳定性和使用寿命。

因此，在选择传感器时要注意其可靠性特性。

8.供应商信誉：选择一个可靠的供应商也是至关重要的。

一个有良好信誉的供应商通常能提供优质的产品和良好的售后服务，能够为使用者提供技术支持和解决问题的帮助。

在进行传感器选择时，上述注意事项应该综合考虑，根据应用需要和预算情况，选择最适合的传感器。

此外，定期维护和校准传感器也是保持传感器性能和可靠性的重要方式。

传感器的选择注意事项传感器是将实际物理量转换为可测量的电信号的装置，广泛应用于工业自动化、环境监测、智能家居等领域。

选择适合的传感器非常重要，以下是一些选择传感器的注意事项。

1.测量范围：传感器的测量范围应能够覆盖所需测量的物理量范围。

如果超出了传感器的测量范围，就无法测量准确的结果。

2.精确度：传感器的精确度是指其输出值与实际值之间的偏差。

通常以百分比、百分比以及误差值等形式表示。

选择传感器时要考虑准确度要求，精确度越高，测量结果越准确。

3.灵敏度：传感器的灵敏度是指其输出值对物理量变化的响应程度。

灵敏度越高，传感器对环境变化的响应越快。

4.响应时间：传感器的响应时间是指传感器从接受到物理量变化到输出信号稳定所需的时间。

在一些应用中，如高速测量或控制系统中，响应时间非常重要。

5.电源要求：传感器通常需要电源供电，选择传感器时要考虑可用的电源类型和电源电压范围。

有些应用中还需要考虑电池寿命等电源管理问题。

6.环境适应能力：传感器应能适应各种环境条件，如温度、湿度、压力等。

有些应用中，传感器会暴露在恶劣的环境中，如高温、高湿度、腐蚀等，传感器应具备相应的抗干扰能力。

7.可靠性：选择传感器时要考虑其可靠性和寿命。

传感器应具有良好的稳定性和长期工作的可靠性，避免频繁维修和更换。

8.成本：传感器的成本也是选择的重要考虑因素之一、不同类型的传感器价格差异较大，根据实际需求和预算进行选择。

9.可编程性和通信接口：一些应用需要传感器具备可编程性和通信接口，以满足不同的需求，如数据采集和远程监控。

10.校准和维护：传感器在使用过程中可能会出现漂移或失效的情况，需要定期校准和维护。

选择传感器时要考虑校准和维护的便利性。

总之，选择合适的传感器需要综合考虑测量范围、精确度、灵敏度、响应时间、电源要求、环境适应能力、可靠性、成本、可编程性和通信接口以及校准和维护等因素。

根据具体的应用需求和预算，选择最合适的传感器可以确保测量结果的准确性和稳定性。