GIS局部放電超聲信號傳播特性及檢測系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Switchgear，GIS)由于其諸多優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛，特別是城市供電等高壓輸變電系統(tǒng)中。GIS中局部放電現(xiàn)象是其絕緣性能下降的一種征兆現(xiàn)象，并且會進一步劣化絕緣性能引起更大的事故。為了保證GIS穩(wěn)定安全運行，針對GIS局部放電檢測技術(shù)國內(nèi)外進行了大量理論和實驗研究。目前有多種方法可對局部放電進行有效檢測，但各種手段性能不盡完善，超聲波法作為一種重要的局部放電檢測手段得到了

2、廣泛的應(yīng)用，然而關(guān)于局放超聲信號的數(shù)值仿真研究非常少，相關(guān)研究多為實驗研究結(jié)果。因此針對這一問題利用時域有限差分法對GIS中超聲信號的傳播特性進行仿真，并參考仿真結(jié)果設(shè)計了一款超聲局放檢測儀。通過研究GIS中局放超聲信號的傳播規(guī)律，可以為超聲時延計算，基于幅值衰減定位計算提供理論依據(jù)，并為現(xiàn)場局放檢測提供理論參考。論文的主要研究內(nèi)容以及取得成果如下:
　　(1)利用電力聲方法對局放超聲信號產(chǎn)生機理進行研究，并對壓電式超聲傳感器的檢

3、測特性進行分析，影響超聲傳感器檢測靈敏度的主要因素包括壓電晶體厚度和目標(biāo)聲波波速，探頭的諧振頻率大小隨著壓電晶體的厚度減小而迅速增大。
　　(2)利用FDTD法對聲波動方程進行離散化處理，建立基于110kV標(biāo)準的GIS超聲傳播仿真模型，對超聲信號在GIS中的衰減特性，折反射問題，聲壓分布特性，局放源位置的影響，檢測角度的影響等進行仿真研究，結(jié)果表明超聲信號幅值大小與傳播距離基本成反比例關(guān)系，在氣固界面發(fā)生嚴重的界面損耗，金屬導(dǎo)桿對

4、超聲信號傳播有嚴重的阻擋效應(yīng)，GIS底部為一個重要的傳感器安裝位置。
　　(3)進行超聲檢測系統(tǒng)的研制，該部分主要包括軟件和硬件兩部分。硬件部分包括參考GIS中局部放電超信號的特性對聲發(fā)射傳感器進行選型，設(shè)計相應(yīng)的前置放大濾波電路，并設(shè)計以FPGA芯片為控制核心的數(shù)據(jù)采集和傳輸模塊，利用SOPC搭建所需要的硬件資源，通過NiosⅡ軟件編寫局放超聲信號的下位機軟件系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及傳輸?shù)目刂撇呗浴?br>　　本文最后利用研制的局部