以部分放電發生的超聲波信號為依據，通過對部分放電發生的超聲波進行頻譜剖析，得知低頻段所包含的重量較為豐厚，因而選取了中心頻率為40kHz的SR40M型壓電轉換設備作為該部分放電丈量體系的超聲傳感器；依據該傳感器輸出阻抗大、輸出信號十分弱小的特色，規劃了擴大電路，一起為了下降噪聲，規劃了相應的有源帶通濾波電路，信號通過擴大濾波后得到了比較滿意的成果。
運用有限元剖析軟件建立了超聲波屏蔽罩的仿真模型。仿真成果標明超聲波屏蔽罩能大大下降外界攪擾信號對丈量的影響，進步了傳感器的抗攪擾才能。
直流高壓電源開關柜是配網中重要的電氣設備，它的安全運轉直接關系著供電的質量和可靠性。開關柜中絕緣介質的缺點和老化是要挾設備安全運轉、形成事端的主要原因。據統計，在6-10kV開關柜事端中，有超越50%是因為絕緣失效引起的[1-4]。
許多實踐標明，設備的部分放電水平跟本身的絕緣狀況直接相關。絕緣失效越嚴峻對應的部分放電水平就越顯著。因而可通過檢測電氣設備的部分放電水平間接地評估其絕緣狀況。檢測部分的原理主要有暫態對地電壓（Transient EarthVoltage，TEV）法、超高頻（ultra high frequency，UHF）法、超聲波法等[5-7]。
暫態對地電壓法具有靈敏度高的長處，但因為電磁波在柜體表面傳播速度較快，簡略呈現定位不精確的狀況，而且該傳感器抗電磁攪擾的才能較弱，給現場丈量形成了不小的應戰。
超高頻法因為頻帶的挑選性具有抗攪擾才能強的特色，但因為超高頻法是依據射頻法的原理，只能定性地剖析局放的強弱，約束了它的推行運用。而超聲波法檢測的是超聲信號，因而關于電磁攪擾具有較強的抗攪擾才能。而且超聲波在空氣中傳播速度較慢，這為開關柜中部分放電的精斷定位供給了可能，有利于減小定位差錯。因而運用超聲波法檢測部分放電放電強度及其放電點的方位具有重要的運用價值和意義。
現在，運用超聲波有用檢測電力設備內部部分放電的儀器不少，其間英國EA公司的Ultra TEV Plus聲電聯合檢測儀是現在電力職業廣泛運用的部分放電檢測設備。盡管該設備具有必定的定位功能，可是定位不行精確。
國內的西安交通大學羅勇芬教授曾運用超聲波檢測和定位變壓器內部的部分放電，取得了一些重大成果和名貴經歷。運用超聲波檢測部分放電的便攜式儀器也不少，可是這些儀器都僅僅定性的判別電力設備內部有無放點而沒有定位功能，其精度、靈敏度和可操作性都有待進步。且開關柜的運轉環境比較復雜，不僅有電磁攪擾還存在許多的機械振動等攪擾，而超聲波法盡管關于電磁攪擾具有較強的抗攪擾才能，但關于機械振動比較靈敏。
歸納考慮以上各種因素，本文依據部分放電發生超聲波的頻譜范圍，斷定其能量主要集中在哪個頻帶內，并運用這一定論我們挑選適宜的超聲傳感器。規劃了相應的信號預處理單元，對信號進行擴大和濾波。一起對所規劃的超聲波檢測探頭進行了抗攪擾研討。
1 超聲傳感器的基本原理（略）
圖1 超聲傳感器的內部結構圖
2 超聲波傳感器的規劃（略
3 抗攪擾研討
因為開關柜的運轉環境比較復雜，周圍存在著許多的攪擾信號，且超聲波傳感器關于機械振動特別靈敏，因而有必要對超聲波傳感器的抗攪擾辦法進行研討[14-16]。
3.1 有源帶通濾波器的規劃
開關柜運轉的環境周圍存在許多攪擾信號，比如說用電器的發動和中止，需求有濾波電路進行濾波處理，使得噪音更小，因而本文規劃了相應的濾波電路。傳統的濾波器多選用無源濾波器，，其具有結構簡略、價格低廉、運轉可靠性高級長處，因而被廣泛運用。然而，因為國內短少專門的研討機構，集成工藝和資料工業遠遠跟不上現在電子通訊職業的需求。有源濾波器的濾波效果不會跟著頻率的改變而改變。本文挑選了有源濾波器。
規劃的有源濾波器如圖7所示。該電路的長處在于僅僅增加了一個電阻就可以自由地設定電路增益，而且只需微調這個電阻，就能完成中心頻率的調整而不會影響Q值。其間運算擴大器依然選用超低噪聲運放器材OPA211，選用兩級帶通級聯的方式，完成如圖8所示的頻域特性。
圖7 有源濾波器原理圖
將超聲傳感器、有源濾波器和擴大電路連接好今后都裝進屏蔽殼中，以減小噪聲，然后進行實際丈量，翻開電源后，如圖9為信號擴大前與擴大后超聲信號的比照圖。從圖中可以看出，其噪聲在4mV以下，擴大濾波前的原始信號中簡直看不到超聲信號，因為這時顯著超聲信號被徹底淹沒在了外部的噪聲中。
而擴大濾波后的信號幅值能到達50mV的水平，而且可以明晰地分辨出超聲探頭檢測到的部分放電信號，由此闡明所規劃的帶通濾波器可以到達擴大濾波的預期效果。
3.2 超聲屏蔽罩的規劃
因為超聲探頭是全方向性的，抗攪擾才能較弱，在背景噪聲比較大的狀況下，無法有用地進行丈量。為了進步超聲探頭的抗攪擾才能，，仿真規劃了如圖10所示的超聲屏蔽罩。屏蔽外殼選用有機塑料，通過仿真進一步優化了超聲探頭罩的尺度。加裝超聲屏蔽罩前后，超聲探頭接收到從不同視點入射的超聲波的聲壓散布分別如圖11和圖12所示。
從仿真成果可以看出，無論有無超聲罩，正向入射時超聲傳感器接收到的信號最強。但無超聲罩的超聲波傳感器表現出全向性的特色，跟著入射方向違背垂直入射方向視點的增大，傳感器接收到的信號有所減弱，但并不顯著。有超聲罩時，傳感器具有了必定的方向性，可以大大削弱違背正向入射的攪擾信號，進步了信噪比。
圖12 有超聲屏蔽罩時傳感器上聲壓散布
為了驗證屏蔽罩的效果，進行了如下比照試驗：在試驗室中將兩個類型徹底相同的超聲傳感器對準開關柜的縫隙，其間一個傳感器裝置有規劃的屏蔽罩，開關柜體內無放電，通過示波器調查輸出信號的噪聲水平。可以看到在周圍沒有顯著嘈雜聲的狀況下，未裝置超聲屏蔽罩的其噪聲水平現已到達了10mV，而裝有超聲屏蔽罩的傳感器其噪聲水平顯著下降，大約在6mV，可以說屏蔽殼的效果適當顯著。
4 定論
本文剖析了開關柜典型部分放電信號發生超聲波的頻帶散布，并依據頻帶散布完成了超聲探頭的選型。因為超聲傳感器將聲波信號轉換成簡略處理和顯現的電信號十分弱小，不簡略丈量和收集，有必要將其擴大后再進行信號收集作業，因而本文規劃了超聲傳感器的前置擴大電路。
一起超聲波檢測時，周圍存在許多的攪擾信號，為了進步丈量的精度和可靠性，本文對超聲波檢測下的抗攪擾進行了研討。規劃了相應的有源濾波電路和超聲波屏蔽罩。
仿真和試驗成果標明，通過濾波和加裝屏蔽罩后傳感器接收到的攪擾信號顯著減小，進步了檢測體系的抗攪擾才能。
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