[0001] 本发明申请涉及一种气体绝缘开关设备击穿闪烙故障气室定位的方法及仪器，具体来说涉及一种通过检测气体绝缘开关设备所有气室的声强大小来定位发生击穿闪烙故障气室的方法及仪器。

[0002] 如今，六氟化硫(SF6)封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘开关设备”(Gas Insulated Switchgear)简称GIS，GIS的每一个间隔，用不通气的盆式绝缘子(气隔绝缘子)划分为若干个独立的SF6气室，即气隔单元，各独立气室在电路上彼此相通，而在气路上则相互隔离。由于GIS具有体积小、重量轻、安全性好、可靠性高、能适应恶劣环境条件下使用等优点，作为变电站中高压线路的绝缘设备在电力系统中的应用越来越广泛。

[0003] 耐压试验作为GIS交接试验的重要步骤，为确保设备正常运行具有非常重要的意义。在交接试验耐压过程中，一般会发生GIS气隔单元击穿闪络的情况，当GIS发生闪络时，发出的声波沿金属外壳传递，从发生闪络故障气室通过绝缘子传递到相邻不发生闪络故障气室，声波振动强度衰减10倍以上。利用这一性质可以定位发生闪络故障气室。目前一般采用人耳去听声强的办法来确定是哪一个气室间隔发生击穿闪络。由于GIS击穿闪络后声音在金属筒壁中传播，而且由于人的听力的个体差异，很难准确地判断具体是哪个气室发生击穿闪络。而采用GIS超声局放检测仪在加压的老化阶段去逐点测试，由于耐压时间短，时间上不可能做到每个气室都测量一遍。因此，如果采用多个独立声强检测传感器，在耐压试验前将传感器分别布置在不同的气室，一旦发生击穿放电，通过比较各个传感器所获声信号的大小，就能够精确判断击穿闪络来自GIS哪个气室，从而进行解体修理。

[0004] 所以，如果能设计一套独立的声强检测仪器组成的可任意扩展的分布式监测系统，就不会受GIS气室多、监测位置多的影响，在耐压试验时就能一次监测GIS各个部位(可随意扩展到几百上千个点)，可避免多次加压对GIS设备绝缘性的破坏。本发明的研究工作正是基于这样的思路进行的。

[0005] 本发明的目的是提供一种通过检测GIS所有气室的声强大小来定位发生击穿闪烙故障气室的方法，以及提供一种检测准确、操作简单、低成本、结构简单的GIS(气体绝缘开关设备)击穿闪烙故障气室定位的声强检测仪器。

[0006] 本发明通过以下步骤及技术方案来实现上述目的：a、通过声强检测仪器的传感器检测GIS所有气室的声信号并生成检测信号；b、将检测信号转换为数字信号；c、处理获得的数字信号并显示及报警；d、记录报警的声强检测仪器显示的声强值；e、通过比较，获知声强值最大的声强检测仪器对应的气室。其中，在步骤a中用压电薄膜传感器来检测气室的声强变化；在步骤e中比较测量值，声强值最大的声强检测仪器对应的气室就是发生击穿闪烙故障气室。

[0007] 本发明提供的声强检测仪器包括如下几个模块：传感器模块、数据采集模块、信号处理模块、有效值显示模块、报警显示模块及电源管理模块。其中，传感器模块主要是将来自GIS气室产生的声信号转换为电信号并送至数据采集模块前端；数据采集模块主要对传感器采集到的信号进行调理，包括放大、滤波；信号处理模块主要由单片机构成，主要完成信号的A／D转换、数据的处理；有效值显示模块显示声信号对应的电压值；报警显示模块显示气室声压信号超出已设定值时发出报警信号(红灯报警)；电源管理模块为系统提供电源供给，满足各个芯片的电源要求。

[0008] 本发明具有检测准确、操作简单、低成本、简单的优点。可用于GIS设备系统及有关微震动系统的检测控制领域。附图说明

[0009] 图1为本发明声强检测仪工作原理框图；

[0010] 图2为本发明信号处理主程序流程图；

[0011] 图3为本发明声强检测仪电路设计原理图。

[0012] 本发明是通过检测GIS所有气室的声强大小来定位发生击穿闪烙故障气室的方法及仪器，主要用于GIS交接试验耐压过程中，GIS气隔单元击穿闪络的定位，以保证故障气室的可靠诊断及维修。亦可应用于相关微震动系统的检测控制领域。

[0013] 本发明的声强检测仪器是利用压电薄膜传感器来检测GIS气隔单元的声强，通过单片机来完成声强的显示及报警。仪器整体分为如下几个模块：传感器模块、数据采集模块、信号处理模块、有效值显示模块、报警显示模块及电源管理模块。其中传感器模块的作用主要是将来自GIS气室产生的声信号转换为电信号并送至数据采集模块前端；数据采集模块主要对传感器采集到的信号进行调理，包括放大、滤波；信号处理模块主要由单片机构成，主要完成信号的A／D转换、数据的处理；有效值显示模块显示声强信号对应的电压值；报警显示模块显示气室声压信号超出已设定值时发出报警信号(红灯报警)；电源管理模块为系统提供电源供给，满足各个芯片的电源要求。

[0014] 研究声波信号在GIS气隔单元中的传播可知，当GIS发生闪络时，发出的声波沿金属外壳传递，从发生闪络故障气室通过绝缘子传递到相邻不发生闪络故障气室，声波振动强度衰减10倍以上。因此，通过检测GIS气隔单元中的声强并进行比较，声强最大的气隔单元就是发生击穿闪络的气室单元，从而可快速准确定位出故障气室，以便维护修理。

[0015] 来自压电薄膜传感器的模拟信号经过电荷变换电路、预放大电路、滤波电路、后置放大电路和有效值转换电路进入A／D转换电路，A／D转换电路将模拟信号转换成数字信号送入数据处理系统(单片机)。电荷变换电路由运算放大器(LF356N)、精密电阻、聚苯乙烯电容组成。经过电荷变换之后，完成了信号的阻抗变换和信号变换，将电荷信号转换为对应的电压信号。但由于变换之后的信号较弱，为了获得较高的信噪比，需对该信号进行一定的预放大处理。预放大电路设计选取的运放芯片为LF356N，其具有增益带宽宽(5MHZ)、输入阻抗高、偏置和失调电压低等优点。在设计信号采集电路时，不仅要考虑如何采集到有用的信号，也要考虑如何滤除来自现场和电路本身的杂波干扰等问题，在滤波电路设计中选用了高通滤波电路和低通滤波电路叠加而形成的带通滤波电路。每一级滤波电路阶数设计为二阶电路，以使滤波电路衰减倍数在40dB，有效滤除干扰信号干扰。经过滤波之后的信号幅度较小，需对信号作进一步放大，以便对信号进行检测。放大电路设计选取的运放芯片仍为LF356N。经过后置放大电路之后的信号仍为双极性信号，为了便于单片机采集和处理，同时对信号进行有效值转换处理，选用AD637有效值转换芯片构成有效值转换电路。信号处理电路主要由单片机构成，主要完成的功能有：信号A／D转换、采集数据的处理等。本发明选用C8051F410单片机作为产品微控制器芯片，选用LCM045A显示单元作为显示屏；当被检声强信号达到一定幅度后，通过LED灯输出红光，以示报警。

[0016] 图1为本发明声强检测仪电器原理框图，图2为本发明信号处理主程序流程图，图3为本发明声强检测仪电路设计原理图。

[0017] 上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的一个可行性实施例的具体说明，但是该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更，均应包含于本案的专利范围之内。