GIS局部放电外置式超声、特高频一体化传感器和检测方法技术

本发明专利技术涉及GIS局部放电外置式超声、特高频一体化传感器和检测方法。包括柔性薄膜式压电材料层，分别敷设在柔性薄膜式压电材料层上表面的金属电极结构一，敷设在柔性压电材料层下表面的金属电极结构二，以及印刷在柔性薄膜式压电材料层上表面且与金属结构一连接的金属馈电组件或穿过柔性薄膜式压电材料层与上表面金属结构一连接的金属馈电组件。本发明专利技术能够根据信号线输出的超声波信号与特高频信号到达时间的不同或者二者对应频率的不同进行区别分析，做到准确定位局放位置。做到准确定位局放位置。做到准确定位局放位置。

【技术实现步骤摘要】
GIS局部放电外置式超声、特高频一体化传感器和检测方法


[0001]本专利技术属于局部放电检测系统领域，可用于GIS局部放电绝缘缺陷超声、特高频检测，特别涉及GIS局部放电外置式超声、特高频一体化传感器和检测方法。

技术介绍

[0002]气体绝缘组合电器(GIS Insulated Switchgear，简称GIS) 结构复杂、制造要求高，是电力系统中的关键设备。近年来我国电网中GIS放电故障多发，长期的放电故障将导致GIS绝缘系统劣化并可能发展成击穿放电，导致GIS设备发生结构性损坏，后续检修工作繁杂，检修时间长，部分GIS放电故障甚至导致了局部电网瘫痪，造成了电网的大面积停电。
[0003]局部放电是反映GIS绝缘性能的重要参数，它是GIS绝缘劣化的征兆和表现形式，又是绝缘进一步劣化的原因。因此，检测GIS局部放电是GIS状态监测的重要内容，在局部放电发生发展成击穿放电前期对存在缺陷的GIS设备及时做出停电和检修安排，可以有效避免GIS设备的损坏，保护电网安全稳定运行。
[0004]局部放电是绝缘仅部分击穿的放电现象，在局部放电发生时产生一系列的光、声、电气和机械的振动等物理现象和化学变化，为监测GIS设备内部绝缘状态提供检测信号。根据检测原理和手段的不同，常用的局部放电检测方法有超高频法、超声波法及高频电流耦合法等。而目前国内使用较多的是超声波检测法和特高频检测法。
[0005]超声波法(AE，又称声发射法)通过安装在外壳上的超声波探头检测GIS设备产生局部放电时所伴随产生的超声波信号。它与GIS设备的电气回路无任何联系，不受电气方面的干扰，具有较强的抗电磁干扰能力。
[0006]特高频（UHF）法是一种利用天线传感器检测局部放电产生的高频电磁波信号，检测的电磁波频带主要在300M
‑
3GHz。由于变电站电力现场的干扰电磁脉冲能量主要集中在200MHz以下，所以UHF法具有较强的抗电磁干扰能力。目前新出厂的220kV及以上电压等级GIS均安装有UHF监测系统或者留有UHF监测接口。
[0007]目前，国内外普遍利用外置超声波传感器和内置特高频传感器进行声电联合检测来实现GIS设备的局部放电定位处理。GIS内置特高频传感器虽然具有较高的传感效率，但需在GIS制造时完成，无法用于大量已经投运的GIS设备。为克服已投运GIS内置UHF检测方法的局限性，形成了外置传感器的检测方法。但常规的检测方法无法检测GIS内部局部放电的UHF信号，于是检测从盆式绝缘子浇注孔处辐射出来的UHF 信号便成为实现 GIS 局部放电UHF 检测的唯一方法。GIS外置超声传感器随着近几年科技的发展，压电元件的带载特性提高，超声传感器的灵敏度增强，超声检测法的应用也变得广泛起来。在对GIS设备进行局放检测时，将超声传感器放置到GIS外壳表面，由于GIS外壳具有很好的超声传播特性，这种方法也非常适于GIS设备局部放电的在线检测。
[0008]因此，在现有的超声波法与特高频法的基础上，本专利技术所设计的气体绝缘组合电器PD外置式超声、特高频一体化传感装置，可将上述两种方法融合在一起，构成一个一体化传感器装置，既能够有效实现超声波信号和高频电磁波信号的同时输出与检测，也可以结
合超声波法和特高频法的优点，有效解决目前国内分开安置超声传感器和特高频天线传感器所出现的不能同时输出两个信号，不能精准定位局放位置等问题。本专利技术使用柔性压电材料，外置时可以更好的贴合GIS柱形外壳，压电材料上敷设金属电极，通过设计不同形状的金属电极结构以及将不同形状的金属电极结构合理放置到GIS设备相应位置，能够有效感应超声波信号和高频电磁波信号，且可以根据现场GIS设备半径大小调节传感器装置上下侧环绳的长短或者使用配套磁石绳带横向固定在GIS盆式绝缘子外部金属环上，有利于检测人员随时安装、调整、拆卸传感器，扩大了对不同类型GIS设备的使用范围，提高了GIS设备局部放电绝缘缺陷现场检测的有效性、灵活性和便捷性，降低了检测维修成本。该传感器装置可完全独立于GIS设备，且不需要打开任何零部件，可广泛适用于已投入运行的GIS局部放电信号的检测。

技术实现思路

[0009]本专利技术为要解决的技术问题提供一种气体绝缘组合电器PD外置式超声、特高频一体化传感技术。该装置外置于GIS外壳表面，可同时检测局部放电所产生的超声波信号与特高频信号，选择柔性薄膜式压电材料作为介质基底板，在介质基底板上敷设频率能够同时感应超声波信号和电磁波信号的金属电极结构，金属电极结构和压电材料构成压电式超声波传感器，金属电极结构和压电材料基底构成特高频天线传感器，金属电极结构的输出端通过金属馈电组件连接信号，可同时输出超声波信号和特高频电磁波信号。该装置上的金属电极结构一部分形状应与GIS盆式绝缘子上浇注孔形状相对应，主要感应特高频信号；另一部分形状与GIS盆式绝缘子外部金属环宽窄对应，主要感受超声波信号，两部分中间以金属电极相连。在利用该传感器进行GIS设备局部放电绝缘缺陷检测时，将该传感器置于GIS设备外壳表面，利用该传感器上的可调环绳纵向环绕盆式绝缘子固定或利用配套磁石绳带横向吸附在盆式绝缘子外部金属环上固定，使上表面电极感受特高频信号部分对准盆式绝缘子浇注孔，感受超声波部分贴在盆式绝缘子外部金属环上，当GIS设备内部存在局部放电绝缘缺陷时，本专利设计的PD外置式超声、特高频一体化传感器同时输出超声波信号和高频电磁波信号，可根据超声波信号和电磁波信号到达时间的不同或者二者对应频率的不同，区分超声波信号和电磁波信号。
[0010]针对
技术介绍
存在的问题，本专利技术采用如下技术方案：一种气体绝缘组合电器PD外置式超声、特高频一体化传感器，其特征在于，包括柔性薄膜式压电材料层，分别敷设在柔性薄膜式压电材料层上表面的金属电极结构一，敷设在柔性压电材料层下表面的金属电极结构二，以及印刷在柔性薄膜式压电材料层上表面且与金属结构一连接的金属馈电组件或穿过柔性薄膜式压电材料层与上表面金属结构一连接的金属馈电组件。
[0011]一种气体绝缘组合电器PD外置式超声、特高频一体化传感器，其特征在于，包括柔性薄膜式压电材料层，敷设在柔性薄膜式压电材料层一面的金属电极结构一、二，以及穿过柔性薄膜式压电材料层与金属电极结构一相连的金属馈电组件。
[0012]在上述的一种气体绝缘组合电器PD外置式超声、特高频一体化传感器，所述柔性薄膜式压电材料层为PVDF薄膜层，PVDF薄膜层为双层，金属电极结构一为铜制电极；铜制电极一部分为圆形电极，另一部分为插指电极，中间以金属铜相连。金属电极结构二为铜制电
极，满敷设在柔性薄膜式压电材料层下表面。馈电组件为金属馈电带线，设置在双层PVDF薄膜中间夹层，通过近耦合给金属电极结构一馈电。金属馈电带线外接信号输出线，金属电极结构二与信号输出线外导体相连，信号输出线可同时输出超声波信号与高频电磁脉冲信号。
[0013]在上述的一种气体绝缘组合电器PD外置式超声、特高频一体化传感器，所述柔性薄膜式压电材料层为PVDF薄膜层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体绝缘组合电器PD外置式超声、特高频一体化传感器，其特征在于，包括柔性薄膜式压电材料层，分别敷设在柔性薄膜式压电材料层上表面的金属电极结构一，敷设在柔性压电材料层下表面的金属电极结构二，以及印刷在柔性薄膜式压电材料层上表面且与金属结构一连接的金属馈电组件或穿过柔性薄膜式压电材料层与上表面金属结构一连接的金属馈电组件。2.根据权利要求1所述的一种气体绝缘组合电器PD外置式超声、特高频一体化传感器，其特征在于，所述柔性薄膜式压电材料层为PVDF薄膜层，PVDF薄膜层为双层，金属电极结构一为铜制电极；铜制电极一部分为圆形电极，另一部分为插指电极，中间以金属铜相连；金属电极结构二为铜制电极，满敷设在柔性薄膜式压电材料层下表面；馈电组件为金属馈电带线，设置在双层PVDF薄膜中间夹层，通过近耦合给金属电极结构一馈电；金属馈电带线外接信号输出线，金属电极结构二与信号输出线外导体相连，信号输出线可同时输出超声波信号与高频电磁脉冲信号。3.根据权利要求1所述的一种气体绝缘组合电器PD外置式超声、特高频一体化传感器，其特征在于，所述柔性薄膜式压电材料层为PVDF薄膜层，PVDF薄膜层为单层，金属电极结构一为铜制电极；铜制电极一部分为圆形电极，另一部分为插指电极，中间以金属铜相连；金属电极结构二为铜制电极，满敷设在柔性薄膜式压电材料层下表面；馈电组件采用金属馈电探针，穿过PVDF薄膜层与上表面金属电极结构一相连；金属馈电探针外接信号输出线，金属电极结构二与信号输出线外导体相连，信号输出线可同时输出超声波信号与高频电磁脉冲信号。4.一种气体绝缘组合电器PD外置式超声、特高频一体化传感器，其特征在于，包括柔性薄膜式压电材料层，敷设在柔性薄膜式压电材料层一面的金属电极结构一、二，以及穿过柔性薄膜式压电材料层与金属电极结构一相连的金属馈电组件。5.根据权利要求4所述的一种气体绝缘组合电器PD外置式超声、特高频一体化传感器，其特征在于，所述柔性薄膜式压电材料层为PVDF薄膜层，PVDF薄膜层为单层，金属电极结构一、二均为铜制电极；金属电极结构一形状应与GIS盆式绝缘子上浇注孔形状相对应，金属电极结构二应与GIS盆式绝缘子外部金属环宽窄对应，具体形状为便于感受超声波信号；馈电组件采用馈电探针，金属电极结构一下端中点处通过馈电探针与信号线输出线相连，金属电极结构二上端中点处与信号输出线外导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国治，余星雨，张晓星，宋午，鲁昌悦，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：