CN104714160A - 多功能传感器及其在gis放电和微水含量检测方面的应用 - Google Patents

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吴勇峰
王伟
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Abstract

本发明涉及一种多功能传感器及其在GIS放电和微水合量检测方面的应用，该传感器由环氧树脂做衬底，在其表面制备一定厚度的金属铝；通过对金属铝刻蚀制成用于对碳纳米薄膜电学参数检测的叉指电极和用于接收电磁波的微带天线，一体化设计；在所述叉指电极和所述微带天线处设置有信号传输线；通过将该传感器与环氧树脂、固化剂、填料及其他辅料按比例混合浇注，固化形成一体，将其安装于GIS上设置的手孔内，通过电缆将传感器检测信号传输出去。本发明将两种敏感元件制作在同一种材料上的内置式一体化多功能传感器，能同时测量局部放电和微水这两个参数，容易实现信号补偿和校正，具有集成度高、体积小、准确度高和漏气点少的优点。

Description

多功能传感器及其在GIS放电和微水含量检测方面的应用
技术领域
本发明涉及电力检测设备领域，具体公开一种多功能传感器及其在GIS放电和微水含量检测方面的应用。
背景技术
在电力系统中，GIS设备(气体绝缘金属封闭开关设备)具有运行可靠性高、维护方便，占地面积小等优点而越来越得到广泛的应用。然而有两种因素会很容易造成GIS设备的绝缘事故，它们分别是：局部放电和微量水分。一旦GIS设备发生绝缘事故，电压等级越高，停电造成的损失越大。因此，目前对于GIS设备绝缘状态的评估，主要是通过对GIS设备内部的局部放电情况和微水含量来判断，其监测方法是在不同位置分别安装局部放电传感器和微水传感器进行检测。
运行经验表明，采用现有这种监测技术存在一系列问题：
(1)微水传感器安装在GIS设备的气体补气口或监测口上，与气室有较长一段距离，这种结构设计上的缺陷导致传感器不能准确反映气室内部的微水的真实含量；
(2)由于采用由多个单一传感器所组成的测试系统，这种监测系统体积大，布线复杂，功耗大，而且各个传感器需要分别做信号处理，信号传输过程中受干扰概率大大增加；
(3)由于GIS设备内部充满了高气压SF6气体，因此安装的传感器越多，意味着漏气点越多，一旦漏气将导致GIS设备不能正常工作；
(4)这种传统的单一型传感器只能测量一个物理量，然而为了准确全面的认识被测对象并评估各种环境因素对于测试结果的影响，往往需要同时测量多个物理量。
发明内容
本发明的目的在于：为解决以上问题提供一种将两种敏感元件制作在同一种材料上的内置式一体化多功能传感器，能同时测量局部放电和微水这两个参数，容易实现信号补偿和校正，具有集成度高、体积小、准确度高和漏气点少。
本发明所采用的技术方案是这样的：
多功能传感器，该传感器由环氧树脂做衬底，在其表面制备一定厚度的金属铝；通过对金属铝刻蚀制成用于对碳纳米薄膜电学参数检测的叉指电极和用于接收电磁波的微带天线，一体化设计；在所述叉指电极和所述微带天线处设置有信号传输线。
进一步地，所述金属铝的厚度为0.8～1.2μm。
进一步地，所述碳纳米薄膜由MWNTs-SiO2复合材料制成。
进一步地，所述的多功能传感器在GIS放电量和微水含量检测方面的应用，通过将该传感器与环氧树脂、固化剂、填料按比例混合浇注，固化形成一体，将其安装于GIS上设置的手孔内，通过电缆将传感器检测信号传输出去。
综上所述，由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明是将两种敏感元件制作在同一个环氧树脂衬底材料上，制成集成化多功能传感器，使一个传感器能同时测量两个参数，由于集成在一个芯片上，各敏感元件的工作条件相同，容易实现信号补偿和校正，具有集成度高、体积小、测试功能强等特点。
2.对于微水检测采用碳纳米薄膜作为敏感材料，碳纳米薄膜作为拥有纳米级直径与微米级长度的微纳米材料，具有表面积大、吸附能力强等优点，其对水分子的吸附以物理吸附为主，吸附与脱附过程所需时间较短，因此采用碳纳米薄膜制做成的这种湿度传感器具有响应速度快的优点；同时，由于碳纳米薄膜独特的电学特性，使得其灵敏度更高。
3.对于局部放电检测采用基于Koch边界的分形天线进行接收。该天线是一种平面微带天线，是基于分形原理进行设计，其多频带的特性可以有效地扩展天线的频带。该微带天线是一种二维的平面结构天线，尺寸很小，不会畸变GIS内部电场，对电磁波信号的接收性能好。
4.由于采用这种内置式安装结构，该多功能传感器能与SF6气体充分接触，可以更准确地反应SF6中微水的含量，也能更灵敏地接收局部放电时产生的电磁波信号。
5.采用该多功能传感器所构成的测试系统可减少传感器的数量和安装电缆数量，从而减小测试系统的体积和功耗。此外，安装的传感器数量越少，漏气点越少，运行也越可靠。
附图说明
图1为本发明多功能传感器结构示意图；
图中标记：1、衬板；2、碳纳米薄膜；3、叉指电极；4、微带天线。
图2为本发明在GIS设备上的应用结构图。
图中标记：1、传感器；2、环氧树脂；3、手孔；4、电缆；5、盖板。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
如图1所示，多功能传感器，采用环氧树脂做衬底1，通过真空蒸镀的方法，在衬底表面制备厚度为1um的金属铝，通过对制得的铝膜进行光刻、腐蚀，制成用于对碳纳米薄膜2(MWNTs-SiO2复合材料)电学参数检测的叉指电极3和用于接收电磁波的微带天线4；利用丝网印刷工艺在叉指电极3表面均匀涂覆由MWNTs，SiO2、乙基纤维素与松油醇配制的浆料，再利用烧结工艺去除乙基纤维素和松油醇等有机物，制得碳纳米薄膜2；在所述叉指电极3和所述微带天线4处设置有信号传输线。
检测时，利用碳纳米薄膜2在不同湿度环境中的″涨缩″性来改变叉指电极3间的介电常数，从而导致所述叉指电极3和所述微带天线4处设置的信号传输线之间的电容发生改变，通过测量电容量可获得微水含量；同时，利用基于Koch边界分形的微带天线4接收局部放电时产生的电磁波，并转化为高频电流，用所述微带天线4处设置的信号传输线作为馈线进行馈电，传输给检测设备。因此，通过该传感器可同时测量微水含量和局部放电量这两个参量。
如图2所示，所述的多功能传感器在GIS放电量和微水含量检测方面的应用，为了更准确测量GIS内部局部放电和微水含量，设计了内置式封装结构，通过将该传感器1与环氧树脂2、固化剂、填料按比例混合浇注，固化形成一体，将其安装于GIS上设置的手孔3内，通过电缆4将传感器检测信号传输出去；采用环氧树脂2浇注成型的传感器1具有很强的电气和机械强度，可以直接与盖板5固定在一起进行密封。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.多功能传感器，其特征在于：该传感器由环氧树脂做衬底，在其表面制备一定厚度的金属铝；通过对金属铝刻蚀制成用于对碳纳米薄膜电学参数检测的叉指电极和用于接收电磁波的微带天线，一体化设计；在所述叉指电极和所述微带天线处设置有信号传输线。
2.根据权利要求1所述的多功能传感器，其特征在于：所述金属铝的厚度为0.8～1.2μm。
3.根据权利要求1所述的多功能传感器，其特征在于：所述碳纳米薄膜由MWNTs-SiO2复合材料制成。
4.根据权利要求1～3所述的多功能传感器在GIS放电量和微水含量检测方面的应用，通过将该传感器与环氧树脂、固化剂、填料按比例混合浇注，固化形成一体，将其安装于GIS上设置的手孔内，通过电缆将传感器检测信号传输出去。
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