【正文】 將可燃?xì)怏w檢測(cè)儀又稱作LEL檢測(cè)儀的原因。如上右圖所示的陰影部分。可燃?xì)怏w發(fā)生爆炸必須具備一定的條件，那就是：一定濃度的可燃?xì)怏w，一定量的氧氣以及足夠熱量點(diǎn)燃它們的火源，這就是爆炸三要素（如上左圖所示的爆炸三角形），缺一不可，也就是說(shuō)，缺少其中任何一個(gè)條件都不會(huì)引起火災(zāi)和爆炸。C、利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解質(zhì)式等。氣體傳感器包括：半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器、紅外線氣體傳感器等。4氣體傳感器定義：能感受氣體(組分、分壓)并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。例如，開關(guān)柜的接頭通常是有鍍層的銅，, 因此必須采取措施提高其發(fā)射率。對(duì)于灰體，c=0, 故有a=1b, 在同一溫度下，其發(fā)射率跟吸收率相等，即e =1b。在圖中可以明確看出，曲線互不相交，這意味著輻射強(qiáng)度在每一個(gè)波長(zhǎng)下是嚴(yán)格的溫度函數(shù)，通過(guò)測(cè)定輻射強(qiáng)度即可確定物體的溫度。對(duì)提高電氣設(shè)備運(yùn)行可靠性乃至電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性都有一定的實(shí)用價(jià)值[7]。上述各種方法，都有各自優(yōu)缺點(diǎn), 如ABB的方案結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高；其它或因工作可靠性低或因成本較高等原因，未在現(xiàn)場(chǎng)大面積推廣。例如ABB 公司研制的‘Safe Guard’裝置[2]，主要用于配電開關(guān)柜中關(guān)鍵部位溫度的在線監(jiān)測(cè)，該裝置采用石英晶體聲表面波元件作為溫度敏感元件，將其粘貼在待測(cè)部位，由其組成的振蕩回路輸出與溫度有關(guān)的頻率信號(hào)，采用紅外調(diào)制發(fā)射技術(shù)，將高電位處溫度值發(fā)送到低電位處的紅外接受器上。電力系統(tǒng)中，存在著數(shù)量眾多的接頭，為保證連接的可靠性，過(guò)去常采用“測(cè)直阻法”和“貼溫度標(biāo)簽法”。本研究對(duì)提高基于紅外輻射的非接觸式傳感器工作可靠性和精度方面有一定的創(chuàng)新，對(duì)提高高壓電力設(shè)備運(yùn)行可靠性乃至電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性都有一定的實(shí)用價(jià)值。這種探測(cè)器在室溫工作時(shí)的探測(cè)率可達(dá) D≈1～2109厘米熱釋電型紅外探測(cè)器都是用硫酸三甘酞(TGS)和鉭酸鋰 (LiTaO3)等優(yōu)質(zhì)熱釋電材料(p的數(shù)量級(jí)為108C/)的小薄片作為響應(yīng)元，加上支架、管殼和窗口等構(gòu)成。而中和電荷由于材料的電阻率高跟不上這一變化，其結(jié)果是薄片的兩表面之間出現(xiàn)瞬態(tài)電壓。利用熱釋電材料的自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度而變化的效應(yīng)制成的一種熱敏型紅外探測(cè)器。熱電晶體表面上應(yīng)出現(xiàn)束縛電荷，平時(shí)這些束縛電荷常被晶體內(nèi)和外來(lái)的自由點(diǎn)和所中和，故晶體并不顯示存在有電場(chǎng)。它是溫度的函數(shù)，隨溫度升高而降低，相當(dāng)于釋放了一部分面電荷。故改探測(cè)器頗受重視，發(fā)展迅速。但熱探測(cè)器的光譜響應(yīng)寬，可在室溫下工作，使用方便，故仍有廣泛的應(yīng)用。紅外線傳感器又稱為紅外探測(cè)器，它的主要技術(shù)參數(shù)為：1響應(yīng)度，即靈敏度，是探測(cè)器的輸出信號(hào)電壓與入射到探測(cè)器的輻射功率之比。紅外線傳感器可接受這些波段的紅外輻射，并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，從而測(cè)得物體的溫度。所以，在進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究后，將超聲傳感技術(shù)用于電力系統(tǒng)電氣設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷的研究工作不僅十分有意義，而且有著廣泛的應(yīng)用前景。常見的大型電氣設(shè)備故障直接威脅著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行，并且影響供電質(zhì)量。圖) 給出了對(duì)一變壓器繞組模擬變形（人為使繞組縱向上若干餅線圈向內(nèi)凹陷發(fā)生變形）進(jìn)行檢測(cè)得出的結(jié)果，由圖可以清楚地看出繞組變形的部位（圖 中對(duì)應(yīng)的突出部分）及程度（線圈餅凹陷的幅度愈大，對(duì)應(yīng)的測(cè)量距離L愈大）。方波信號(hào)經(jīng)接口電路送至單片機(jī)，由單片機(jī)根據(jù)發(fā)射波和對(duì)應(yīng)的反射波在箱體表面與繞組之間總的傳播時(shí)間和超聲波在油中已知的傳播速度即可計(jì)算出該繞組與箱體表面的實(shí)測(cè)距離L. 式中L為油箱外殼與繞組表面之間的實(shí)際測(cè)量距離；c為超聲波在油中傳播速度；t為發(fā)射波和對(duì)應(yīng)的反射波在箱體表面與繞組之間總的傳播時(shí)間。電氣原理框圖檢測(cè)裝置的工作原理如下：將超聲傳感器置于變壓器油箱外側(cè)，用高壓電脈沖激勵(lì)傳感器中的壓電晶片發(fā)射超聲波；該超聲波穿過(guò)變壓器箱體鋼板，進(jìn)入變壓器，在油與繞組的交界面處發(fā)生反射后返回超聲傳感器；傳感器接收到該反射超聲信號(hào)，再將其轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)。電力變壓器在運(yùn)輸或系統(tǒng)故障等情況下，通常會(huì)受到較大的外力沖擊，使其繞組發(fā)生位移或變形。真空開關(guān)結(jié)構(gòu)及檢測(cè)原理示意圖如圖*所示Schematic diagram of the vacuum breaker structure and its detecting principle當(dāng)其真空度降低時(shí)，系統(tǒng)電壓通過(guò)電極與中間保護(hù)屏之間發(fā)生放電現(xiàn)象，產(chǎn)生超聲波。通常要求真空滅弧室內(nèi)真空度高于5*106Pa，一般在107~109Pa之間。真空開關(guān)（真空斷路器、真空接觸器和真空負(fù)荷開關(guān)等）以高真空作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)，其觸頭與滅弧系統(tǒng)簡(jiǎn)單，具有使用壽命長(zhǎng)、檢修間隔時(shí)間長(zhǎng)、易于維護(hù)、適合頻繁操作、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。經(jīng)運(yùn)算處理后與設(shè)定值比較，即可判定變壓器正常與否。由文獻(xiàn)［5］可知，大型變壓器局部放電時(shí)發(fā)射的超聲波信號(hào)的頻譜分布約為60300khz，其中心頻率約為90khz。大型電力變壓器中，對(duì)局部放電量的測(cè)量是檢測(cè)變壓器絕緣特性的有效方法。這種壓電晶片具有較高的機(jī)電耦合常數(shù)，能有效地發(fā)射和接收超聲波。結(jié)合長(zhǎng)期從事電氣設(shè)備故障診斷的研究，介紹了超聲傳感技術(shù)在電力系統(tǒng)電氣設(shè)備故障診斷中的主要應(yīng)用成果[4] 。目前對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷通常采用電氣量測(cè)量法。智能的全自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)波頻 率，自動(dòng)的溫差補(bǔ)償功能使其工作更加穩(wěn)定可靠。防水型，發(fā)射夾角較小，靈敏度高，方便與工業(yè)顯示儀表連接，也提供發(fā)射夾角較大的探頭。一種特殊材料粘附在壓電陶瓷上，作為聲匹配層，可實(shí)現(xiàn)與空氣的聲阻 抗相匹配。所以，在高頻率探測(cè)中，必須使用垂直厚度振動(dòng)模式的 壓電陶瓷。壓電陶瓷被固定在金屬盒體的頂部?jī)?nèi)側(cè)。如超聲波傳感器，一個(gè)復(fù)合式振動(dòng)器被靈活地固定在底座上。另一方面，當(dāng)振動(dòng)壓電陶瓷時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電荷。 由發(fā)送傳感器(或稱波發(fā)送器)、接收傳感器(或稱波接收器)、控制部分與電源部分組成。該種有T/R4060，T/R4012等（其中T表示發(fā)送，R表示接收，40表示頻率為40KHZ，16及12表示其外徑尺寸，以毫米計(jì)）。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它可以將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時(shí)它接收到超聲波時(shí)，也能轉(zhuǎn)變成電能，所以它可以分成發(fā)送器或接收器。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠(yuǎn)。在工業(yè)中應(yīng)用主要采用縱向振蕩。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低。由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長(zhǎng)時(shí)間地工作而不產(chǎn)生失效。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括：（1）工作頻率。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭接收）等。以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。廣泛應(yīng)用在局部放電監(jiān)測(cè)中的傳感器就根據(jù)電測(cè)法和非電測(cè)法分為兩大類：電測(cè)法傳感器 脈沖電流法 超高頻法[3]（在此文不做詳細(xì)介紹）非電測(cè)法傳感器1超聲傳感器 2紅外傳感器3新型燃料電池氣體傳感器4光學(xué)傳感器2超聲傳感器（ultrasonic sensor）的簡(jiǎn)介與原理定義：利用超聲波檢測(cè)技術(shù)，將感受的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。非電測(cè)法有油中氣體分析、紅外監(jiān)測(cè)、光側(cè)法和聲測(cè)法。脈沖電流法是離線條件下測(cè)量電氣設(shè)備局部放電的基本方法，也是目前在線監(jiān)測(cè)局部放電的主要手段。對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和故障診斷，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)知性維修的前提，是保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，也是對(duì)傳統(tǒng)的離線預(yù)防性試驗(yàn)的重大補(bǔ)充和拓展。因此迫切需要對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)或定時(shí)的在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)反映電力設(shè)備如絕緣等的劣化程度，以便采取預(yù)防措施，避免停電事故發(fā)生。我國(guó)開展電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用已有10多年了，對(duì)提高電力設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)水平，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，減少停電事故的發(fā)生起到了積極作用。傳感器技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、電子和光電技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，提高了局部放電監(jiān)測(cè)的靈敏度和抗干擾水平。20世紀(jì)70年代中期，能使油中氣體分離的高分子塑料滲透膜的發(fā)明和應(yīng)用，解決了在線連續(xù)監(jiān)測(cè)問題。 20世紀(jì)60年代，美國(guó)最先使用可燃性氣體總量（TCG）監(jiān)測(cè)裝置，來(lái)測(cè)定變壓器儲(chǔ)油柜油面上的自由氣體，以判斷變壓器的絕緣狀態(tài)。信息獲取科學(xué)與技術(shù)又是構(gòu)成信息技術(shù)的三大支柱之一，是信息的源頭和基礎(chǔ)。氣具體內(nèi)容是對(duì)運(yùn)行中的電力設(shè)備的絕緣狀況進(jìn)行連續(xù)的在線監(jiān)測(cè)，隨時(shí)獲得能反映絕緣狀況的信息。若維修水品不高，反而可能使設(shè)備維修越壞，從而產(chǎn)生新的經(jīng)濟(jì)損失。這無(wú)疑在預(yù)防設(shè)備事故的發(fā)生，保證供電安全可靠方面，起著很好的作用，但是長(zhǎng)期工作經(jīng)驗(yàn)表明，這樣一個(gè)維修體系有著一定得局限性。電力設(shè)備，特別是大型設(shè)備故障會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。其中92%是因絕緣劣化引起失效等等事故。1980年，電力部對(duì)36臺(tái)故障電流傳感器進(jìn)行分析，結(jié)果是絕緣事故占92%。大量資料表明，導(dǎo)致設(shè)備失效的主要原因是其絕緣性能的劣化[1]。無(wú)論是大型關(guān)鍵設(shè)備如發(fā)電機(jī)、變壓器，還是小型設(shè)備如電力電容器、絕緣子等，一旦發(fā)生失效，必將引起局部甚至全部地區(qū)的停電。19711974年，我國(guó)6kv及以上的電機(jī)事故的統(tǒng)計(jì)分析表明，絕緣損壞事故占事故總臺(tái)次的66%。例如，北美電力系統(tǒng)曾因絕緣故障引起至少三個(gè)電力局的230kv電流互感器爆炸。例如，變壓器短路故障產(chǎn)生的巨大電磁力會(huì)引起繞組變形，也使絕緣受損傷而導(dǎo)致發(fā)生匝間擊穿；變壓器內(nèi)部過(guò)熱可導(dǎo)致油溫上升，使絕緣過(guò)熱而發(fā)生裂解，最后發(fā)展為放電性絕緣故障。對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行絕緣監(jiān)督的主要手段，以往是一直采用定期進(jìn)行絕緣預(yù)防性試驗(yàn)，即根據(jù)電力部所頒發(fā)的《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》，對(duì)不同設(shè)備所規(guī)定的項(xiàng)目和相應(yīng)的試驗(yàn)周期，定期在停電狀態(tài)下進(jìn)行絕緣預(yù)防性試驗(yàn)。因?yàn)樵O(shè)備的實(shí)際狀態(tài)可能完全不必作任何維修，而仍能夠繼續(xù)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。考慮到原有預(yù)防性維修體系的局限性，為降低停電和維修費(fèi)用，提出預(yù)知性維修和狀態(tài)維修這一新概念。狀態(tài)維修有以下優(yōu)點(diǎn)：1） 可更有效的使用設(shè)備，提高設(shè)備的利用率2） 降低維修費(fèi)用3） 有目標(biāo)的進(jìn)行維修，可以提高維修水平，使設(shè)備運(yùn)行更安全可靠4） 可系統(tǒng)地對(duì)設(shè)備制造部門反饋設(shè)備的質(zhì)量信息，用以提高產(chǎn)品的可靠性 傳感器技術(shù)是信息獲取科學(xué)與技術(shù)的核心技術(shù)[2]。那么，我們就回顧一下，傳感技術(shù)在電力行業(yè)局部放電在線監(jiān)測(cè)中的歷史進(jìn)程，以分析傳感器技術(shù)在現(xiàn)在行業(yè)中的重要應(yīng)用和對(duì)工程應(yīng)用領(lǐng)域的巨大作用。其缺點(diǎn)是要取油樣，需在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，故不能在線連續(xù)監(jiān)測(cè)。 近20年來(lái)，由于壓電元件靈敏度的提高和低噪聲集成放大器的應(yīng)用，大大提高了超聲傳感器的信噪比和監(jiān)測(cè)靈敏度，使其得以廣泛用于局部放電的在線監(jiān)測(cè)。那么，這些傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，使得在線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度越來(lái)越高、故障檢測(cè)率也越來(lái)越高，在工程中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。 隨著電力系統(tǒng)朝著高電壓、大容量的方向發(fā)展，如何保證電力設(shè)備的安全運(yùn)行就更為重要，一旦發(fā)生停電事故，將給生產(chǎn)和生活帶來(lái)巨大的影響和損失。與預(yù)防性試驗(yàn)相比，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用高靈敏度的傳感器采集運(yùn)行中設(shè)備絕緣劣化的信息，信息量的處理和識(shí)別依賴于豐富的軟件支持的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，不僅可以把某些預(yù)試項(xiàng)目在線化，而且還引進(jìn)了一些新的更真實(shí)反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的綜合診斷，促進(jìn)電力設(shè)備向狀態(tài)檢修過(guò)渡的進(jìn)程。電測(cè)法利用局部放電所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，即測(cè)量因放電時(shí)電荷變化所引起的脈沖電流，稱為脈沖電流法。其缺點(diǎn)是由于現(xiàn)場(chǎng)存在嚴(yán)重的電磁干擾，將會(huì)大大降低監(jiān)測(cè)靈敏度和信噪比。聲測(cè)法和脈沖電流法配合使用，是局部放電的重要監(jiān)測(cè)手段。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲換能器，或者超聲探