内置式超声波阵列式局部放电智能传感器的设计方法

摘要

本发明涉及一种内置式超声波阵列式局部放电智能传感器的设计方法，所属局部放电监测技术领域，包括如下操作步骤：第一步：在开关柜内通过安装底座两侧的安装孔将罩壳固定。第二步：安装完成后打开开关旋钮，此时罩壳内的电路主板控制AE探头、MEMS超声波传感器和暂态地电波传感器对开关柜进行实时监测。第三步：AE探头接收放电区域的撞击，使得MEMS超声波传感器监测的局部放电过程，并由暂态地电波传感器进行定量测试。第四步：巡检人员通过仪器监测到的超声波及暂态地电波信号变化进行判断并及时进行维修。具有操作简单、时效性高和运行稳定性好的特点。解决了对开关柜局部放电监测效果差的问题。避免电气绝缘强度降低引起的安全隐患。

说明书

技术领域

本发明涉及局部放电监测技术领域，具体涉及一种内置式超声波阵列式局部放电智能传感器的设计方法。

背景技术

开关柜局部放电带电检测的常规手段有超声波检测和暂态地电压检测两种，采用巡检和在线监测两种检测手段。巡检主要采用外置式超声波传感器和暂态地电压传感器，利用开关柜的柜门缝隙处和金属柜体检测泄漏的超声波信号和流经柜体表面的暂态地电压信号。巡检通过人工移动超声传感器和暂态地电压传感器的方式，对开关柜缝隙和柜体表面进行全方位的局放信号检测。

在线监测由于主要应用于无人值守、长期实时检测的场合，传感器只能采用固定式的安装方式，目前国内外大部分厂家的开关柜在线监测系统，均为每台开关柜配置1只超声波和1只暂态地电波传感器，放置于柜体表面或者柜体内部。

因此，放置传感器的位置相对固定，对于指向性较强的超声波局部放电信号检测来说，具有检测范围过小、无法覆盖所有重点检测对象的致命性缺点。特别是开关柜局放检测的两个重点区域开关室和电缆室分别处于柜体的中部和下部，中间有金属部分分隔，如果只安装一只超声波传感器，必然无法全面检测开关柜的局部放电信号。

现有的超声波传感器，如果要通过简单增加传感器数量的方式来提高检测范围，将大大增加安装难度和系统成本，而且现有的传感器外形尺寸较大，又需要前置信号处理电路配合，在狭小的开关柜内部没有足够的安装空间提供给多只传感器使用。

MEMS传感器即微机电系统（Microelectro Mechanical Systems），是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。经过四十多年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。

截止到2010年，全世界有大约600余家单位从事MEMS的研制和生产工作，已研制出包括微型压力传感器、加速度传感器、微喷墨打印头、数字微镜显示器在内的几百种产品，其中MEMS传感器占相当大的比例。MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。

发明内容

本发明主要解决现有技术中存在操作复杂、时效性低和运行稳定性差的不足，提供了一种内置式超声波阵列式局部放电智能传感器的设计方法，其具有操作简单、时效性高和运行稳定性好的特点。解决了对开关柜局部放电监测效果差的问题。避免电气绝缘强度降低引起的安全隐患。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种内置式超声波阵列式局部放电智能传感器的设计方法，包括如下操作步骤：

第一步：在开关柜内通过安装底座两侧的安装孔将罩壳固定。

第二步：安装完成后打开开关旋钮，此时罩壳内的电路主板控制AE探头、MEMS超声波传感器和暂态地电波传感器对开关柜进行实时监测。

声发射简称AE技术，是脆性材料受到外力或内力作用时，由于自身的形变和裂纹扩展造成其内部弹性能量迅速释放而产生瞬态弹性波的一种物理现象。

第三步：AE探头接收放电区域的分子间产生激烈的撞击，使得MEMS超声波传感器监测的局部放电过程，将产生的超声波即一种机械振动波进行脉冲式感应并通过声电转换将信号放大，并由暂态地电波传感器进行定量测试，最后经电路主板上的模数转化功能将测试数据显示到仪器上。

第四步：当开关柜出现异常时，巡检人员通过仪器监测到的超声波及暂态地电波信号变化进行判断并及时进行维修。

作为优选，MEMS超声波传感器与罩壳上端的散热盖相嵌套连接安装，MEMS超声波传感器上端与AE探头相电路连通式嵌套连接。

作为优选，MEMS超声波传感器设有6个并呈蜂窝式分布。

作为优选，暂态地电波传感器外围设有与开关柜相吸合固定的环形磁铁，环形磁铁与开关柜间通过涂覆EVI胶进行绝缘处理。

作为优选，当仪器检测到MEMS超声波传感器和暂态地电波传感器上的信号波动时，信号接收器接收异常信号，此时绝缘灯座上的报警灯得电亮起。

作为优选，绝缘灯座内与报警灯连通的铁芯柱在线圈通电的作用下产生磁场，与绝缘灯座下部的磁钢柱相磁吸触接，报警灯得电灯亮。

作为优选，磁钢柱与铁芯柱磁吸触接时，磁钢柱下端的绝缘推盘带动弹簧拉伸。

作为优选，当信号接收器的异常信号消除时，铁芯柱上的线圈失电，磁钢柱与铁芯柱磁吸力小于磁钢柱的重量，磁钢柱脱离铁芯柱带动绝缘推盘使得弹簧收缩复位，报警灯失电灯灭。

本发明能够达到如下效果：

本发明提供了一种内置式超声波阵列式局部放电智能传感器的设计方法，与现有技术相比较，具有操作简单、时效性高和运行稳定性好的特点。解决了对开关柜局部放电监测效果差的问题。避免电气绝缘强度降低引起的安全隐患。

附图说明

图1是本发明的局部放电智能传感器的结构示意图。

图2是本发明的局部放电智能传感器的结构剖视图。

图3是本发明的报警灯的结构示意图。

图中：安装底座1，散热盖2，罩壳3，开关旋钮4，AE探头5，安装孔6，MEMS超声波传感器7，电路主板8，暂态地电波传感器9，环形磁铁10，EVI胶11，绝缘灯座12，报警灯13，铁芯柱14，线圈15，信号接收器16，磁钢柱17，弹簧18，绝缘推盘19。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：如图1、图2和图3所示，一种内置式超声波阵列式局部放电智能传感器的设计方法，包括如下操作步骤：

第一步：在开关柜内通过安装底座1两侧的安装孔6将罩壳3固定。暂态地电波传感器9外围设有与开关柜相吸合固定的环形磁铁10，环形磁铁10与开关柜间通过涂覆EVI胶11进行绝缘处理。

第二步：安装完成后打开开关旋钮4，此时罩壳3内的电路主板8控制AE探头5、MEMS超声波传感器7和暂态地电波传感器9对开关柜进行实时监测。

MEMS超声波传感器7与罩壳3上端的散热盖2相嵌套连接安装，MEMS超声波传感器7设有6个并呈蜂窝式分布。MEMS超声波传感器7上端与AE探头5相电路连通式嵌套连接。

第三步：AE探头5接收放电区域的分子间产生激烈的撞击，使得MEMS超声波传感器7监测的局部放电过程，将产生的超声波即一种机械振动波进行脉冲式感应并通过声电转换将信号放大，并由暂态地电波传感器9进行定量测试，最后经电路主板8上的模数转化功能将测试数据显示到仪器上。

第四步：当开关柜出现异常时，仪器检测到MEMS超声波传感器7和暂态地电波传感器9上的信号波动时，信号接收器16接收异常信号，此时绝缘灯座12上的报警灯13得电亮起。巡检人员通过仪器监测到的超声波及暂态地电波信号变化进行判断并及时进行维修。

绝缘灯座12内与报警灯13连通的铁芯柱14在线圈15通电的作用下产生磁场，与绝缘灯座12下部的磁钢柱17相磁吸触接，报警灯13得电灯亮。磁钢柱17与铁芯柱14磁吸触接时，磁钢柱17下端的绝缘推盘19带动弹簧18拉伸。

当信号接收器16的异常信号消除时，铁芯柱14上的线圈15失电，磁钢柱17与铁芯柱14磁吸力小于磁钢柱17的重量，磁钢柱17脱离铁芯柱14带动绝缘推盘19使得弹簧18收缩复位，报警灯13失电灯灭。

综上所述，该内置式超声波阵列式局部放电智能传感器的设计方法，具有操作简单、时效性高和运行稳定性好的特点。解决了对开关柜局部放电监测效果差的问题。避免电气绝缘强度降低引起的安全隐患。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。