一种新的GIS局部放电检测的压电式传感器

摘 要 GIS是以SF6作绝缘介质的气体绝缘金属封闭开关设备的简称，也成封闭式组合电器和气体绝缘变电站。它是将变电站中除变压器外的电气设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线、连接管和过渡元件等全部封闭在一个接地的金属外壳内，壳内充以0.34MPa-0.4 MPa的SF6气体作为绝缘和灭弧介质。对于GIS这种设备完全封闭在金属外壳中，不能依靠人的感官发现故障，为了准确对其内部的局放进行定位，可以采用压电式传感器对GIS进行局放在线监测，及时发现其内部故障并进行维修。

【关键词】GIS局部放电检测 压电式传感器 设计

1 引言

目前，市场上现有的压电式传感器的检测平面多为水平面型，对于具有一定弧度外壳位置的GIS检测有较大困难，本文针对这一问题设计了一种凹形柱面结构的压电式传感器。凹形柱面结构的压电式传感器在对电气设备内部声源进行检测和定位时，需要让其稳定的固定在电气设备的弧形外壁上。

2 压电式传感器的设计

本文所设计的压电式传感器除了具有携带方便，操作简单，性能稳定等工程技术优势外，还能使凹柱面结构的压电式传感器与电气设备的弧形外壁接触完全，能够保证接触的一致性和整体性。

2.1 选材

由于本文所设计的压电式传感器是对GIS进行局放检测，为避免电磁信号的干扰，不能使用金属材料；其次考虑到电气设备大部分处于露天环境下，所选材料要能够适应外部环境昼夜温湿度等条件的变化及恶劣天气和空气污染带来的酸碱盐腐蚀和其他污秽。鉴于上述情况，本文选用工程上常用的ABS：即由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的合成塑料。ABS是一种硬质塑料，同时具有一定韧性，密度约为1.04-1.06g/cm3 ，正常工作温度范围是-25-60；由于其耐油和抗酸、碱、盐及化学试剂等性能良好，同时也可以在一定程度上耐受有机溶剂的溶解，并且具有很好的成型性，加工产品表面光洁，易于染色，可用机械、粘合等法进行二次加工。由于其综合性能优良，所以比较适宜作为压电式传感器的材料。

2.2 结构及尺寸

该传感器装置采用长方体结构，其尺寸：长度L=120mm，宽度W=80mm，高H=35mm。在该传感器的压电式换能器槽两侧分别嵌入两块磁铁，磁铁接触面的曲率半径 r=40mm。

2.3 使用方法

（1）先将压电式换能器固定至装置中，将信号传输线从该装置出线孔穿出。

（2）将传感器装置耦合于GIS外壁，利用磁铁吸住外壁同时固定住装置，信号传输线接入多通道同步数据采集器，即可实时采集局放超声数据。

（3）将传感器装置从GIS外壁取下，耦合于其他位置再次进行测量。

3 结论

本文所设计的GIS局部放电检测的压电式传感器具有以下优点：

（1）携带方便，操作简单；

（2）该装置能够即插即用，可以避免超声换能器损坏或灵敏度降低时无法更换，而影响实验效果；

（3）可以使凹形柱面结构的压电式传感器与GIS的弧形外壁紧密接触，且耦合效果好；

（4）该装置在保证一定测向精度的同时，减少了冗余阵元，大大降低了成本，工程实用性强。

参考文献

[1] 罗勇芬. 基于超高频和超声波相控接收阵的变压器局部放电定位法的研究[D]. 西安： 西安交通大学， 2004.

[2] 谢庆. 基于空间谱估计的变压器局放超声阵列定位方法研究[D]. 北京： 华北电力大学， 2010.

[3] 张宇鹏. 电气设备局部放电的超声波检测方法研究[D]. 重庆： 重庆大学， 2009： 42-45.

作者单位

国网安徽省电力公司检修公司 安徽省合肥 市 230061

作者简介

黄石磊 （1977-）男，安徽省淮南市人。高级工程师。2000年毕业于华北电力大学高电压技术及设备专业，获得大学本科学历，学士学位。主要研究方向为输变电设备运维管理。

蒲道杰（1983），男，安徽省霍邱县人。工程师。2005年毕业于合肥工业大学电气工程及其自动化专业，获得大学本科学历，学士学位。主要研究方向为输变电设备运维 。