九元方形超声阵列传感器固定装置的设计

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【摘要】局部放电会引起电气设备的机电性能下降，造成绝缘材料损坏。对电气设备的局部放电进行准确的定位是十分必要的。局放超声阵列定位法是利用超声阵列传感器以及阵列信号处理技术获取局放源位置的方法。传感器用来接收局放源信号，如果固定不佳会很大程度影响定位结果。因此，本文针对九元方形超声阵列传感器设计了固定装置。该固定装置具有结构简单、携带方便的特点，可以实现局部放电的故障检测，并确保检测精度。

【关键词】局部放电;阵列检测;固定装置

引言

局部放电是电气设备绝缘劣化和电力系统事故发生的重要原因，对其进行准确定位可以及时准确判断局放源的位置，有利于检修，具有重要意义。

局放超声阵列定位法的原理是利用超声阵列传感器接收目标信号并估计各单个传感器阵元的时延，然后通过阵列信号处理技术对各单个传感器阵元的接收信号进行运算，从而得到局放源的空间方位角和俯仰角信息的方法。目前市场上缺乏平面超声阵列传感器的成品，研究人员大多通过在电气设备外壁的不同位置固定多个超声阵元的方法，实现局放超声阵列定位的目的，由于拆装困难、阵元间距不固定等原因，局放超声阵列定位在现场应用中受到限制。因此，有必要设计一种简便且实用的适用于电气设备局放检测的平面超声阵列传感器固定装置。

平面超声阵列传感器固定装置是用于解决平面超声阵列传感器的安装问题的一种装置。包括磁座和固定套，所述固定套形状为圆柱体，在其与待检测电气设备外壁相对的端面上设置有多个排列成不同形状阵列的阵元插槽，每个阵元插槽的底部设置有引线孔，所述磁座与电气设备外壁相对的一面设置有与固定套相匹配的圆柱形固定套安装槽，所述固定套安装槽底部设置有固定套压紧弹簧，固定套安装槽的槽底中部设置有电缆过孔。该装置结构简单、携带方便，不仅可保证平面超声阵列传感器阵元间距的一致性，确保检测精度，而且拆装难度低，可大大提高电气设备局部放电的检测效率。

1.九元方形超声阵列传感器的阵元简介（见图1）

图1 超声传感器阵元的结构图

图1中，1：背衬;2：外壳;3：压电元件;4：匹配层;5：电极引线。

表1 超声传感器阵元参数

长 头部直径 尾部直径

13mm 7.8mm 5.2mm

9个超声阵列传感器阵元，其参数见表1。

2.九元方形超声阵列传感器固定装置设计方案

（1）结构设计方

九元方形超声阵列传感器装配体上的圆柱孔呈圆形排列，如图2所示，在装配体的左右两侧分别装有条形磁铁槽。九元方形超声阵列传感器装配体的尺寸为：长43mm、宽40mm，装配体上圆柱孔的直径为5.2mm、圆柱孔深度为5mm，相邻圆柱孔的中心间距为8mm。

（2）材质设计方案

超声阵列传感器装配的材料选用航空铝材，航空铝材是一种铝合金，由于其耐油和抗酸、碱、盐及化学试剂等性能良好，同时也可以在一定程度上耐受有机溶剂的溶解，耐磨性好，易于加工，可以使用机械、粘合等法进行二次加工，质量较轻，便于携带，虽然它的耐高温强度较低，但是完全能够满足在正常环境下的实验要求。

图3 九元方形超声阵列传感器装配体实物图

3.九元方形超声阵列传感器固定装置使用步骤

先将各传感器阵元依次固定至装置中，然后将该装置耦合于电气设备外壁，利用磁铁吸住外壁同时固定住固定装置，信号传输线接入多通道同步数据采集器，即可实时采集局放超声数据，如需更换检测位置，只需将装置取下耦合于其他位置即可，操作简单。

4.结论

本文研制了一种九元方形超声阵列传感器固定装置，它长43mm、宽40mm，装配体上圆柱孔的直径为5.2mm、圆柱孔深度为5mm，相邻圆柱孔的中心间距为8mm。超声阵列传感器装配的材料选用航空铝材，航空铝材是一种铝合金，适合做超声阵列传感器装配体的材料。该超声阵列传感器固定装置与传感器可以灵活组合，起到很好的固定作用。

参考文献

[1]谢庆，律方成，李成榕等.超声相控阵与宽带阵列信号处理相结合的油中局部放电定位方法[J].中国电机工程学报，2009，29（28）：13-17.

[2]李燕青.超声波法检测电力变压器局部放电的研究[D].保定：华北电力大学，2004.

基金项目：国家自然科学基金项目（51307060）;中央高校基本科研业务费专项资金资助（2014MS84）;新能源电力系统国家重点实验室开放基金项目（LAPS14011）;河北省高等学校科学技术研究指导项目（Z2013086）。