以部分放電發(fā)生的超聲波信號(hào)為依據(jù)，通過對(duì)部分放電發(fā)生的超聲波進(jìn)行頻譜剖析，得知低頻段所包含的重量較為豐厚，因而選取了中心頻率為40kHz的SR40M型壓電轉(zhuǎn)換設(shè)備作為該部分放電丈量體系的超聲傳感器；依據(jù)該傳感器輸出阻抗大、輸出信號(hào)十分弱小的特色，規(guī)劃了擴(kuò)大電路，一起為了下降噪聲，規(guī)劃了相應(yīng)的有源帶通濾波電路，信號(hào)通過擴(kuò)大濾波后得到了比較滿意的成果。
運(yùn)用有限元剖析軟件建立了超聲波屏蔽罩的仿真模型。仿真成果標(biāo)明超聲波屏蔽罩能大大下降外界攪擾信號(hào)對(duì)丈量的影響，進(jìn)步了傳感器的抗攪擾才能。
直流高壓電源開關(guān)柜是配網(wǎng)中重要的電氣設(shè)備，它的安全運(yùn)轉(zhuǎn)直接關(guān)系著供電的質(zhì)量和可靠性。開關(guān)柜中絕緣介質(zhì)的缺點(diǎn)和老化是要挾設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)、形成事端的主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在6-10kV開關(guān)柜事端中，有超越50%是因?yàn)榻^緣失效引起的[1-4]。
許多實(shí)踐標(biāo)明，設(shè)備的部分放電水平跟本身的絕緣狀況直接相關(guān)。絕緣失效越嚴(yán)峻對(duì)應(yīng)的部分放電水平就越顯著。因而可通過檢測(cè)電氣設(shè)備的部分放電水平間接地評(píng)估其絕緣狀況。檢測(cè)部分的原理主要有暫態(tài)對(duì)地電壓（Transient EarthVoltage，TEV）法、超高頻（ultra high frequency，UHF）法、超聲波法等[5-7]。
暫態(tài)對(duì)地電壓法具有靈敏度高的長(zhǎng)處，但因?yàn)殡姶挪ㄔ诠耋w表面?zhèn)鞑ニ俣容^快，簡(jiǎn)略呈現(xiàn)定位不精確的狀況，而且該傳感器抗電磁攪擾的才能較弱，給現(xiàn)場(chǎng)丈量形成了不小的應(yīng)戰(zhàn)。
超高頻法因?yàn)轭l帶的挑選性具有抗攪擾才能強(qiáng)的特色，但因?yàn)槌哳l法是依據(jù)射頻法的原理，只能定性地剖析局放的強(qiáng)弱，約束了它的推行運(yùn)用。而超聲波法檢測(cè)的是超聲信號(hào)，因而關(guān)于電磁攪擾具有較強(qiáng)的抗攪擾才能。而且超聲波在空氣中傳播速度較慢，這為開關(guān)柜中部分放電的精斷定位供給了可能，有利于減小定位差錯(cuò)。因而運(yùn)用超聲波法檢測(cè)部分放電放電強(qiáng)度及其放電點(diǎn)的方位具有重要的運(yùn)用價(jià)值和意義。
現(xiàn)在，運(yùn)用超聲波有用檢測(cè)電力設(shè)備內(nèi)部部分放電的儀器不少，其間英國(guó)EA公司的Ultra TEV Plus聲電聯(lián)合檢測(cè)儀是現(xiàn)在電力職業(yè)廣泛運(yùn)用的部分放電檢測(cè)設(shè)備。盡管該設(shè)備具有必定的定位功能，可是定位不行精確。
國(guó)內(nèi)的西安交通大學(xué)羅勇芬教授曾運(yùn)用超聲波檢測(cè)和定位變壓器內(nèi)部的部分放電，取得了一些重大成果和名貴經(jīng)歷。運(yùn)用超聲波檢測(cè)部分放電的便攜式儀器也不少，可是這些儀器都僅僅定性的判別電力設(shè)備內(nèi)部有無放點(diǎn)而沒有定位功能，其精度、靈敏度和可操作性都有待進(jìn)步。且開關(guān)柜的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境比較復(fù)雜，不僅有電磁攪擾還存在許多的機(jī)械振動(dòng)等攪擾，而超聲波法盡管關(guān)于電磁攪擾具有較強(qiáng)的抗攪擾才能，但關(guān)于機(jī)械振動(dòng)比較靈敏。
歸納考慮以上各種因素，本文依據(jù)部分放電發(fā)生超聲波的頻譜范圍，斷定其能量主要集中在哪個(gè)頻帶內(nèi)，并運(yùn)用這一定論我們挑選適宜的超聲傳感器。規(guī)劃了相應(yīng)的信號(hào)預(yù)處理單元，對(duì)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)大和濾波。一起對(duì)所規(guī)劃的超聲波檢測(cè)探頭進(jìn)行了抗攪擾研討。
1 超聲傳感器的基本原理（略）
圖1 超聲傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
2 超聲波傳感器的規(guī)劃（略
3 抗攪擾研討
因?yàn)殚_關(guān)柜的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境比較復(fù)雜，周圍存在著許多的攪擾信號(hào)，且超聲波傳感器關(guān)于機(jī)械振動(dòng)特別靈敏，因而有必要對(duì)超聲波傳感器的抗攪擾辦法進(jìn)行研討[14-16]。
3.1 有源帶通濾波器的規(guī)劃
開關(guān)柜運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)境周圍存在許多攪擾信號(hào)，比如說用電器的發(fā)動(dòng)和中止，需求有濾波電路進(jìn)行濾波處理，使得噪音更小，因而本文規(guī)劃了相應(yīng)的濾波電路。傳統(tǒng)的濾波器多選用無源濾波器，，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略、價(jià)格低廉、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性高級(jí)長(zhǎng)處，因而被廣泛運(yùn)用。然而，因?yàn)閲?guó)內(nèi)短少專門的研討機(jī)構(gòu)，集成工藝和資料工業(yè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上現(xiàn)在電子通訊職業(yè)的需求。有源濾波器的濾波效果不會(huì)跟著頻率的改變而改變。本文挑選了有源濾波器。
規(guī)劃的有源濾波器如圖7所示。該電路的長(zhǎng)處在于僅僅增加了一個(gè)電阻就可以自由地設(shè)定電路增益，而且只需微調(diào)這個(gè)電阻，就能完成中心頻率的調(diào)整而不會(huì)影響Q值。其間運(yùn)算擴(kuò)大器依然選用超低噪聲運(yùn)放器材OPA211，選用兩級(jí)帶通級(jí)聯(lián)的方式，完成如圖8所示的頻域特性。
圖7 有源濾波器原理圖
將超聲傳感器、有源濾波器和擴(kuò)大電路連接好今后都裝進(jìn)屏蔽殼中，以減小噪聲，然后進(jìn)行實(shí)際丈量，翻開電源后，如圖9為信號(hào)擴(kuò)大前與擴(kuò)大后超聲信號(hào)的比照?qǐng)D。從圖中可以看出，其噪聲在4mV以下，擴(kuò)大濾波前的原始信號(hào)中簡(jiǎn)直看不到超聲信號(hào)，因?yàn)檫@時(shí)顯著超聲信號(hào)被徹底淹沒在了外部的噪聲中。
而擴(kuò)大濾波后的信號(hào)幅值能到達(dá)50mV的水平，而且可以明晰地分辨出超聲探頭檢測(cè)到的部分放電信號(hào)，由此闡明所規(guī)劃的帶通濾波器可以到達(dá)擴(kuò)大濾波的預(yù)期效果。
3.2 超聲屏蔽罩的規(guī)劃
因?yàn)槌曁筋^是全方向性的，抗攪擾才能較弱，在背景噪聲比較大的狀況下，無法有用地進(jìn)行丈量。為了進(jìn)步超聲探頭的抗攪擾才能，，仿真規(guī)劃了如圖10所示的超聲屏蔽罩。屏蔽外殼選用有機(jī)塑料，通過仿真進(jìn)一步優(yōu)化了超聲探頭罩的尺度。加裝超聲屏蔽罩前后，超聲探頭接收到從不同視點(diǎn)入射的超聲波的聲壓散布分別如圖11和圖12所示。
從仿真成果可以看出，無論有無超聲罩，正向入射時(shí)超聲傳感器接收到的信號(hào)最強(qiáng)。但無超聲罩的超聲波傳感器表現(xiàn)出全向性的特色，跟著入射方向違背垂直入射方向視點(diǎn)的增大，傳感器接收到的信號(hào)有所減弱，但并不顯著。有超聲罩時(shí)，傳感器具有了必定的方向性，可以大大削弱違背正向入射的攪擾信號(hào)，進(jìn)步了信噪比。
圖12 有超聲屏蔽罩時(shí)傳感器上聲壓散布
為了驗(yàn)證屏蔽罩的效果，進(jìn)行了如下比照試驗(yàn)：在試驗(yàn)室中將兩個(gè)類型徹底相同的超聲傳感器對(duì)準(zhǔn)開關(guān)柜的縫隙，其間一個(gè)傳感器裝置有規(guī)劃的屏蔽罩，開關(guān)柜體內(nèi)無放電，通過示波器調(diào)查輸出信號(hào)的噪聲水平?？梢钥吹皆谥車鷽]有顯著嘈雜聲的狀況下，未裝置超聲屏蔽罩的其噪聲水平現(xiàn)已到達(dá)了10mV，而裝有超聲屏蔽罩的傳感器其噪聲水平顯著下降，大約在6mV，可以說屏蔽殼的效果適當(dāng)顯著。
4 定論
本文剖析了開關(guān)柜典型部分放電信號(hào)發(fā)生超聲波的頻帶散布，并依據(jù)頻帶散布完成了超聲探頭的選型。因?yàn)槌晜鞲衅鲗⒙暡ㄐ盘?hào)轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)略處理和顯現(xiàn)的電信號(hào)十分弱小，不簡(jiǎn)略丈量和收集，有必要將其擴(kuò)大后再進(jìn)行信號(hào)收集作業(yè)，因而本文規(guī)劃了超聲傳感器的前置擴(kuò)大電路。
一起超聲波檢測(cè)時(shí)，周圍存在許多的攪擾信號(hào)，為了進(jìn)步丈量的精度和可靠性，本文對(duì)超聲波檢測(cè)下的抗攪擾進(jìn)行了研討。規(guī)劃了相應(yīng)的有源濾波電路和超聲波屏蔽罩。
仿真和試驗(yàn)成果標(biāo)明，通過濾波和加裝屏蔽罩后傳感器接收到的攪擾信號(hào)顯著減小，進(jìn)步了檢測(cè)體系的抗攪擾才能。
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