湖北工业大学联合广西电科院提出“电力设备放电缺陷声-磁特征信号单体多功能传感”方法

阅读提示：本文约 2100 字

悖论认知“受电力设备壳体金属材质影响，采用单体传感器无法实现局部放电超声和电磁脉冲的同时感知”被消除，论文实现了单体传感器对局部放电声磁特征信号的同时感知和同端口声磁传播时间差的先后输出，为电力设备放电超声脉冲感知功能的简单可靠内置提供了新的解决思路。

研究背景

超声和电磁脉冲是反映电力设备自身潜伏性放电缺陷最重要的两类特征信号。受“气/油绝缘介质-金属外壳-大气”阻抗失配所引起的声波能量衰减影响，如何通过超声波传感功能的有效内置来避免界面阻抗失配引起的声波能量衰减、提升超声传感器感知灵敏度，一直是摆在广大电力科技工作者面前的难题。

论文所解决的问题及意义

不仅能够解决超声波感知功能无法在电力设备中的安全内置问题和传感器全向感知灵敏度畸变的问题。而且在对于大量已安装有内置特高频传感器或者已预留有特高频信号输出口的电力设备（例如大量220kV及以上GIS），无需对电力设备金属外壳进行改造即可实现超声波感知功能的内置。

论文方法及创新点

本文基于压电超声波法传感原理和二维平面式特高频传感原理，采用全向性环形IDT电极构建优化了具备放电超声和电磁波信号同时感知功能的PZT基单体多功能传感器，建模及测试结果如图1-8所示，其中复合型传感器即本微文所阐述单体多功能传感器。

结论

本文通过研究为电力设备放电超声脉冲感知功能的简单可靠内置提供了新的解决思路。但是仍然存在单体多功能传感器的感知灵敏度和热电复合场作用下长期内置的安全性还需进一步研究。

团队介绍

本文作者主要来自湖北工业大学高压电器智能监测与环保绝缘技术团队，团队长期致力于电气设备绝缘在线监测与故障诊断、新型环保电工材料等方向的研究，并研发我国首台具有完全自主知识产权的环保绝缘金属封闭开关设备。目前，团队共有教授2人、副教授4人，讲师6人，研究生70余人，其中国家级人才1人、省级人才3人。团队拥有交流1200kV和直流±800kV高压试验平台、220kV真型试验GIS、多套220kV和110kV无局放试验平台、3米法电波暗室、电工材料及装备火灾燃烧模拟试验平台、GC-MS、FTIR、热重分析仪等齐全的高压绝缘试验检测设备，设备价值六千余万元。发表SCI/EI检索期刊论文400余篇，获得国家技术发明二等奖1项、省部级科技奖励一等奖3项、二等奖5项、三等奖十余项。并积极响应国家政策号召开展科技成果转化，通过技术落地建设有“环保气体绝缘开关柜”批量化生产线。

张国治

副教授，博导，湖北工业大学电气系科研主任，新加坡国立大学NEMS&MEMS传感中心公派访问学者，《航天器环境工程》中文核心期刊编委，入选湖北省“楚天学者”人才计划。长期从事电力装备潜伏性绝缘缺陷智能化运维相关方向的研究，主持国家自然科学基金1项，湖北省自然科学基金面上和青年基金等省部级项目4项，发表SCI、EI期刊论文60余篇（第一/通讯近50篇），主编出版学术著作2本，授权国家发明专利13项（落地转化1项），获省部级科技奖励2项。

张磊

高级工程师，广西电网有限责任公司电力科学研究院电力设备管理所副经理，全国高电压试验技术和绝缘配合标准化技术委员会、EPTC变电专家工作委员会，长期从事变电类设备试验、设备故障诊断和监测、新技术应用研究等工作。主持或主要参与省部级项目7项，发表SCI、EI期刊或收录论文10余篇，主编出版学术著作2本，授权国家发明专利18项，主编行业标准2项。

张晓星

博导，教育部“长江学者奖励计划”教授、国家百千万工程人选，有突出贡献的中青年专家，享受国务院特殊津贴，教育部新世纪优秀人才。现任湖北工业大学电气与电子工程学院院长，主要从事高压电气设备绝缘在线监测与状态评估、新型传感技术和环保型气体绝缘材料等方向研究。主持包括国家自然科学基金在内的国家级项目十余项，获国家技术发明二等奖1项、省部级科技成果一等奖4项，省教学成果二等奖1项。

本工作成果发表在2024年第19期《电工技术学报》，论文标题为“具备局部放电超声波感知功能的PZT基特高频传感技术“。本课题得到湖北省自然科学基金创新群体项目、国家自然科学基金和湖北省自然科学基金项目的支持。

引用本文

张国治, 田晗绿, 张磊, 鲁昌悦, 张晓星. 具备局部放电超声波感知功能的PZT基特高频传感技术[J]. 电工技术学报, 2024, 39(19): 6215-6227. Zhang Guozhi, Tian Hanlü, Zhang Lei, Lu Changyue, Zhang Xiaoxing. Research on PZT-Based Ultrasonic-Ultra High Frequency Composite Partial Discharge Sensing Technology. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(19): 6215-6227.

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