2025年(断路器传感器工程师)断路器传感器技术试题及答案

2025年(断路器传感器工程师)断路器传感器技术试题及答案一、单项选择题（共10题，每题2分，共20分）1.以下哪种传感器常用于断路器触头温度在线监测且抗电磁干扰能力最强？A.热电偶传感器B.光纤光栅温度传感器C.红外测温传感器D.铂电阻温度传感器2.断路器机械特性监测中，用于测量分/合闸速度的常用传感器是？A.振动加速度传感器（MEMS）B.霍尔电流传感器C.激光位移传感器D.压阻式压力传感器3.局部放电特高频（UHF）传感器的有效检测频段通常为？A.10kHz~100kHzB.300MHz~3GHzC.1MHz~10MHzD.50Hz~500Hz4.无线传感器节点在断路器柜内部署时，最关键的设计约束是？A.通信协议兼容性B.电源续航能力C.传感器精度D.抗振动性能5.断路器操动机构行程时间曲线中，“超程”对应的是？A.触头刚分后动触头继续运动的距离B.触头刚合前动触头剩余运动的距离C.触头完全闭合后动触头继续运动的距离D.触头从分闸到合闸总运动距离6.用于断路器电流测量的罗氏线圈（RogowskiCoil）本质上是？A.电磁式电流互感器B.电容分压式传感器C.基于电磁感应的空心线圈D.光纤电流传感器7.以下哪项不是断路器传感器信号预处理的典型步骤？A.模数转换（A/D）B.数字滤波（如FIR滤波）C.特征提取（如均方根值）D.故障诊断决策8.SF6气体密度传感器的核心测量参数是？A.绝对压力与温度B.相对湿度C.气体成分（如SO2含量）D.气体流速9.断路器分合闸线圈电流波形监测中，“线圈启动时间”对应的是？A.电流从0上升到稳定值的时间B.电流达到峰值的时间C.电流开始下降的时间D.触头开始动作的时间10.光纤珐珀（FP）传感器用于断路器振动监测时，其解调原理基于？A.光强调制B.波长调制C.相位调制D.偏振调制二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。每题至少2个正确选项，错选、漏选均不得分）1.断路器温度传感器的部署位置通常包括？A.动静触头接触点B.母线连接端子C.操动机构电机D.SF6气体灭弧室2.影响断路器局部放电监测传感器灵敏度的因素有？A.传感器安装位置与放电源的距离B.开关柜金属外壳的屏蔽效应C.电网背景噪声（如电晕放电）D.传感器的频率响应带宽3.断路器机械特性传感器的校准项目包括？A.位移传感器的线性度B.速度传感器的频率响应C.时间同步精度（≤1ms）D.温度漂移系数4.无线传感器网络（WSN）在断路器监测中的优势包括？A.减少电缆布线复杂度B.支持多节点同步采集C.抗电磁干扰能力优于有线传输D.易于扩展监测点5.断路器传感器信号干扰源可能来自？A.高压母线的电磁耦合B.地电位差引起的共模干扰C.相邻设备的空间辐射（如晶闸管动作）D.传感器自身电子元件的热噪声三、填空题（共10题，每题2分，共20分）1.光纤光栅（FBG）温度传感器的核心敏感原理是__________随温度变化发生漂移。2.断路器分合闸速度的常用计算方法是__________（如10ms内的位移变化量除以时间）。3.局部放电特高频（UHF）传感器通常采用__________天线（如偶极子、螺旋形）接收电磁波信号。4.无线传感器节点的低功耗设计中，常用__________技术（如定时唤醒、休眠模式）延长电池寿命。5.断路器触头接触电阻监测的间接方法是通过测量__________与电流的关系（根据焦耳定律）。6.MEMS加速度传感器的工作原理基于__________（如质量块在加速度下的位移引起电容/电阻变化）。7.罗氏线圈输出信号需通过__________电路（如积分器）还原被测电流波形。8.SF6气体密度传感器需同时测量压力和__________，以补偿温度对密度的影响。9.断路器振动信号的特征提取中，__________（如峭度、峰峰值）可反映机械冲击的剧烈程度。10.光纤珐珀（FP）传感器的腔长变化会导致__________（如干涉条纹移动），通过解调可获取物理量变化。四、简答题（共5题，第12题各6分，第35题各8分，共36分）1.（封闭型）简述光纤光栅温度传感器在断路器触头监测中的安装要点。2.（封闭型）对比分析断路器机械特性监测中，激光位移传感器与线性电位器的优缺点。3.（开放型）请列举3种断路器传感器信号异常的可能原因，并提出对应的排查方法。4.（开放型）结合实际工程，说明为何断路器局部放电监测需采用多传感器融合技术？5.（开放型）从可靠性角度，论述断路器传感器电源设计的关键需求（如无线节点、有线供电）。五、应用题（共3题，第1题8分，第2题10分，第3题11分，共29分）1.（计算类）某110kVSF6断路器分闸过程中，位移传感器测得动触头行程时间数据如下表：|时间（ms）|0|5|10|15|20|||||||||位移（mm）|0|12|45|78|100|要求：计算分闸平均速度（前10ms）与最大分闸速度（取相邻两点间最大斜率）。2.（分析类）某10kV真空断路器投运后，温度传感器（铂电阻）监测到触头温度异常升高（环境温度25℃，触头温度85℃，标准允许温升≤65K）。请分析可能的故障原因，并设计排查流程（需包含传感器自身故障验证步骤）。3.（综合类）某220kVGIS断路器配置了温度、振动、局部放电三类传感器。某次监测中，温度传感器显示触头温度正常（50℃），振动传感器测得分闸时加速度峰值达20g（正常≤15g），局部放电UHF传感器检测到100mV脉冲（正常≤50mV）。请综合分析可能的故障类型，并提出后续检测建议（如需补充哪些测试）。答案及解析一、单项选择题1.B（光纤光栅基于波长调制，抗电磁干扰能力最强）2.C（激光位移传感器精度高，适用于微小位移测量）3.B（特高频频段为300MHz~3GHz，可避开工频干扰）4.B（柜内空间有限，无线节点通常采用电池供电，续航是关键）5.C（超程指触头闭合后动触头继续运动的距离，确保接触压力）6.C（罗氏线圈是空心线圈，通过电磁感应测量电流变化率）7.D（故障诊断属于后续决策步骤，非预处理）8.A（密度=压力/（温度+273.15），需同时测压力和温度）9.A（线圈启动时间为电流从0上升到稳定值的时间，反映电磁铁响应速度）10.C（珐珀传感器通过腔长变化调制光的相位）二、多项选择题1.AB（触头和母线端子是主要发热点，电机和灭弧室非温度监测重点）2.ABCD（距离、屏蔽、背景噪声、频率带宽均影响灵敏度）3.ABCD（线性度、频率响应、时间同步、温度漂移均需校准）4.ABD（无线传输抗干扰能力弱于有线，需额外防护）5.ABCD（电磁耦合、地电位差、空间辐射、元件热噪声均为干扰源）三、填空题1.布拉格中心波长2.分段法（或“时间位移差分法”）3.超高频（UHF）4.低功耗休眠5.触头温升6.微机械结构的惯性力7.积分8.温度9.时域特征参数10.干涉光强变化四、简答题1.安装要点：①触头表面需清洁，光纤光栅需与触头紧密接触（可采用导热胶固定）；②光纤引出路径避开断路器运动部件（如连杆），防止机械损伤；③光纤接头（如FC/APC）需密封防潮，避免光信号衰减；④传感器位置需标注，便于后期维护与校准（如温度基准点比对）。2.优缺点对比：激光位移传感器：优点—非接触式、精度高（±0.01mm）、响应速度快；缺点—易受粉尘/雾气干扰，成本高。线性电位器：优点—结构简单、成本低、抗环境干扰强；缺点—接触式磨损、精度较低（±0.1mm）、需定期校准。3.信号异常原因及排查：①传感器故障：如光纤断裂（现象：信号丢失），排查方法—用光源/光功率计检测光纤损耗；②电磁干扰：如电流波形畸变（现象：高频噪声叠加），排查方法—增加屏蔽层或采用差分传输；③安装松动：如位移传感器偏移（现象：行程曲线非线性），排查方法—机械固定检查+基准点校准。4.多传感器融合原因：①单一传感器存在盲区（如UHF传感器对内部深层放电不敏感，需结合声发射传感器）；②不同传感器反映放电的不同特征（电信号、声信号、光信号），融合可提高诊断准确率；③环境干扰抑制（如通过振动传感器排除机械振动引起的伪放电信号）；④状态评估的全面性（如同时监测放电量、位置、发展趋势）。5.电源设计关键需求：无线节点：①低功耗（采用能量收集技术，如振动发电、无线供电）；②电池寿命≥5年（需匹配传感器采样频率）；③过充/过放保护电路；④温度适应性（40℃~85℃）。有线供电：①隔离设计（避免高压侧干扰）；②冗余电源（双路供电，防止单路故障）；③浪涌保护（断路器分合闸时的瞬时过电压）；④电源纹波≤50mV（保证传感器信号精度）。五、应用题1.计算过程：前10ms平均速度：(45mm0mm)/(10ms0ms)=4.5mm/ms=4.5m/s。相邻两点间斜率：50ms：(120)/(50)=2.4mm/ms；105ms：(4512)/(105)=6.6mm/ms；1510ms：(7845)/(1510)=6.6mm/ms；2015ms：(10078)/(2015)=4.4mm/ms。最大分闸速度为6.6mm/ms=6.6m/s。2.故障分析与排查流程：可能原因：①触头接触电阻增大（氧化、机械磨损）；②传感器故障（铂电阻老化、接线松动）；③母线连接不良（接触点发热传导至触头）。排查流程：①验证传感器：用万用表测量铂电阻阻值（25℃时约100Ω，85℃时约134Ω），若偏差＞±0.5Ω，传感器故障；②停电检查：测量触头接触电阻（标准≤50μΩ），若＞100μΩ，触头需打磨或更换；③检查母线连接：测量母线端子温度，若异常，紧固螺栓或更换线夹；④环境确认：检查断路器通风情况（如散热孔堵塞）。3.综合分析与建议：可能故障类型：①机械故障：振动加速度超标（20g＞15g），可能为操动机构连杆松动、轴承磨损或缓冲器失效；