因为传感器具有一定的带宽，因此也具有了一定的选频功能，但是仍然能够耦合低于20kHz的超声信号，因此运用前置放大滤波电路对传感器接收信号进行放大和滤波处理。
由于实际当中并不存与设计当中完全匹配的电阻，电容值，需要根据实测值对电路进行适当的微调。在测试当中运用DG4062型号的函数信号发生器产生一个峰峰值为10mV，频率为40kHz的正弦信号来检测通带范围内的增益放大效果，将该信号送入前置放大器的初级放大电路中。然后将电路中末级放大电路的输出端接入TDS3052B型示波器测量前置放大电路的实际效果，测试结果如上图5．2所示，其中通道1为前置放大器的输出信号波形，通道2为输入的原始信号波形。
图(a)中输入信号频率为5kHz处于带通滤波器的阻带范围内，可以看出输出端信号基本为0很好的将频带外的信号滤除。图(b)中可以看出相比于原始信号10mV的幅值，放大电路输出幅值达到了1．1 5V，原始信号被放大了11 5倍，波形没有发生失真，原始设计级联放大倍数为100倍和实际输出的信号幅值有比较的出入，分析可能原因是各元器件标称值与实测值存在偏差并且电位器未处于预设位置，各类误差累加使得输出信号产生偏差；通过分别调节初级放大电路和末级放大电路的电位器将输出放大倍数调整为1 oo倍，使得放大信号符合预设值。
1.2滤波电路测试
为测试带通滤波器的实际性能，在带通滤波器的整个通带附近中取不同的频率点，用函数信号发生器产生各个测试点相应频率的的正弦脉冲信号，信号幅值为10mV，用示波器检测检测滤波器检测输出幅值，将测试结果绘制在同一图中：
从上图可以看出在低高通滤波器部分实测结果与仿真结果非常相近，但在低通滤波器部分信号衰减速度较为缓慢，并且在20kHz～150kHz通频带范围内非常平坦，在阻带10kHz处衰减接近．40db，在阻带．250kHz处衰也达到了一40db，基本符合设计要求，要使得低通滤波器获得更好特性可以选用误差更小的电子元件，采用更高阶形式的滤波器结构获得更快的衰减速度。
2 信号采集与数据传输测试
2.1数据传输测试
为了验证系统的存储与传输功能，设置一个8位的计数器，计数器读取时钟信号并将数据进行累加，输出的数据变化范围在0x00～0xlF之间，首先读取八位数据将其送入输入FIFO缓存器，经过缓存处理后数据变为32位，再将32位送入SDRAM进行存储，当SDRAM存储的数据达到预设大小后，读取SDRAM的数据经过输出FIFO缓存器重新将数据变为8位，通过Uart串口模块将数据传输至上位机显示。
从图5．5中可以看出上位机串口助手软件接收到的数据以十六进制方式显示从00～1F不断循环重复显示，并且呈现不断递增的趋势说明接收到的数据与下位机发出数据的顺序结果是一致的并未发生勿码漏码等现象，整个数据缓存存储的硬件设备以及软件控制程序正常工作，系统能够实现正确的数据传输功能。
2.2整体测试
为了验证整个信号采集存储传输的功能，通过函数信号发生器源发送一个脉冲宽度为209s的脉冲波，然后将送入局放超声检测系统，通过模数转换后，将数据存入SDRAM进行存储直到数据采集完后，将存储信息通过串口传输至上位机，再运用matlab软件将接收到的信号数据绘制成曲线：
从上图可以看出整个测试过程数据信号完整的被采集并在上位机上显示出来，说明局放超声检测系统在实验室环境中能够有效的实现数据的采集传输功能，完整的采集到脉冲波形信号。
3 现场测试
通过上述实验室环境中的测试，验证了检测系统能够正常工作，为了进一步验证在更为复杂和真实环境中检测系统能够有效检测到局放超声信号，搭建实验平台并进行现场实验。
3.1局部放电试验平台
为测试本套系统监测的准确性，在国网湖南省电力科学研究院局放实验室进行现场实测，试验原理图如下图所示。
图中调节器与工频220V电源相连接，然后送入电力滤波器进行滤波器，再将电压送入局放实验平台当中的升压变压器，其中升压变压器的变比为727：1，GIS内部充以0．4MPa SF6绝缘气体，实验平台为西湖电子研究所研制的XD5936型模型，外壳为铁质，共有两个气室，中间以盘式绝缘子相隔离，包括了高压套管，导电杆等部件，每个气室内有两种局放缺陷模型。
将超声传感器表面涂抹耦合剂凡士林提高声波透射系数同时具有高粘性的耦合剂可以将探头吸附于GIS金属外壳表面，并在探头下方放置木板以预防探头粘合不牢固跌落导致探头损坏。超声传感器耦合局放激励产生的超声信号转化为电信号后，将其接入前置放大器进行放大滤波处理后，通过抗干扰传输线接入数据采集系统中，然后将信号送入上位机进行数据分析。
3.2局部放电试验平台
该局放平台具有四个可自行设置的局放缺陷类型包括了：气隙放电、悬浮放电、尖端放电、自由金属颗粒，．每个气室设置了两个缺陷模型完全封闭在GIS当中。当设置局放缺陷模型时，保证壳体安全接地，然后控制相应缺陷类型的开关，将缺陷开关顺时针旋拧到底，再往反方向逆时针转一周，则该缺陷设置完成。本文试验采用高压导体尖端放电的缺陷类型，如下图5．9所示，对相应的局放控制开关进行上述操作，并确认其他类型缺陷没有被接入系统当中。
3.3实验方案
(1)首先确认整个实验平台安全接地、完整，确认GIS内部气压正常，工频耐压平台正常工作，按照图5．7连接好整体实验电路，并再次确认实验接线正确无误。
(2)对高压尖端放电缺陷开关进行设置，将对应旋钮转到底并反向旋转一周，确认其他缺陷未处于工作状态。
(3)在超声探头表面凡士林作为耦合剂更好的接收局放超声信号，由于耦合剂具有一定的粘性可以直接将超声探头固定于GIS外壳，本次实验选用了保定华创电气有限公司生产的局放检测仪作为参考，并且该实验平台内置了超高频局放传感器将其作为局放起始的判断标准，连接好系统接线，打开局放仪设备电源进行参数设置令其正常工作。
(4)采用逐步加压法对GIS进行声压，每次升压间隔20min，逐渐从0kV开始升压，观察各局放检测仪的检测结果，由于实验室环境内置式超高频局放检测仪具有较高的灵敏度，当内置超高频传感器检测到局放发生并且局放量基本稳定不变时，开始记录数据，如果局放不稳定则继续升高电压直至相对稳定，并记录实验数据。
(5)实验完成后通过电压控制台缓慢降低GIS输入电压幅值至0kV，最后按照接线图逐步拆除连接线，整理仪器设备，将局放缺陷按钮从新旋回到原来位置，确认整个实验品台清洁完整，仪器设备齐全。
3.4试验结果及分析
按照上述试验步骤进行试验，将电压从0开始升压，同时观察内置超高频检测仪中是否发生局放现象，若有局放发生并且局放量较为稳定时，超声局放仪开始检测并存储数据，由于升压控制台不能完全精确控制每次升压的幅值，因此试验记录之间的电压间隔未要求严格一致，具体试验数据如表5．2所示，并将局放检测结果与外加电压幅值之间的关系绘制成曲线如图5．1 0所示：
从图5．10可知在40kV时，超声局放检测仪才有较为明显的局放信号产生，当小于这个值时检测值几乎不变可以视为环境噪声干扰。在40～60kV范围之内超声幅值上升缓慢，当超过60kV时，检测幅值快速上升，表明局部放电程度急剧加速，说明在一定的电压范围内局放超声幅值与外加电压幅值成正相关，局放检测仪检测结果能正常反映GIS局放放电的严重程度。
为了更完整的观测局放超声信号，调高预判断模块触发值并将外加电压升高至70kV时对GIS进行检测，将检测获得的信号传输上位机，通过matlab绘制出局放波形图，而华创超声局放仪的检测结果通过外接USB读取后在上位机软件中显示波形，两者的检测结果如图5．11所示。
从图5．1 1可知，上位机接收的超声波形图，底部噪声幅值仍然较大，由于实验现场还有其他高压试验正在进行产生了一定量的超声噪声信号，但从图(a)中仍可以清晰看出局放信号波形图，说明设计的局放超声检测能够正常检测到超声脉冲波形，在现场更加复杂环境中超声局放仪基本功能仍能够正常运行工作，但与对照的华创电气产的超声局放仪检测结果相比，两者波形有一定的差异性，这是由于采用不同型号的声发射传感器，不同厂家型号的传感器具有不同频率响应特性曲线不能保证在谐振频率范围内的响应曲线完全平坦，因此会存在一定偏差。同时保定华创超声局放仪相对灵敏度较高，分析原因可能是其采用性能更好的超声传感器以及采用数字滤波器技术对超声信号进行处理，因此后续可以考虑选用灵敏度更好的传感器以及采用数字滤波等手段进一步提高设备的灵敏度和抗干扰能力。
作者：黄墀志 湖南大学电气与信息工程学院
导师姓名及职称：汪沨教授、黄智伟高工
鹏翔新闻
