气体绝缘金属封闭开关设备(Gas-insulated Metal-enclosure switchgear，GIS)由于其优点众多被现代电力系统广泛应用。绝缘故障时有发生，严重时危害设备及电力系统的安全可靠运行。GIS设备由于各种原因不可避免会产生金属微粒，金属微粒缺陷引发的绝缘下降或破坏问题引起业内的广泛关注与研究。金属微粒运动是金属微粒缺陷的重要问题，国内外的学者对金属微粒运动机理、运动特性及检测方法开展了研究，但在线监测技术应用研究不足。为减少绝缘故障率保证GIS安全可靠运行，亟需开展金属微粒监测技术以及监测系统的研究。本文围绕金属微粒缺陷机理、系统的设计及模拟实验验证进行研究，开发一套基于超声法的GIS微粒缺陷在线监测系统。
　　分析金属微粒缺陷的机理，选取基于超声法设计监测系统的整体功能与架构。分析金属微粒的产生机理以及其特征表示，通过仿真研究带电金属微粒运动原理，分析金属微粒运动超声信号产生机理及信号特征。为了满足监测系统对微粒缺陷状态监测的功能技术要求，对比常用检测方法，选择超声法设计由监测终端和上位机监测软件构成的监测系统架构。
　　设计开发监测终端。为了实现监测终端的功能需求，选择超声传感器及其余硬件设备搭建了监测终端。选择基于FPGA的控制程序设计，使用Verilog语言设计开发满足高速采样、数据缓存、高速数据通信传输监测终端的控制程序。
　　设计开发上位机监测软件。制定基于UDP用户数据报的以太网通信协议，实现上位机与监测终端的数据互通;设计异常信号判断、微粒缺陷类型判断及运动微粒危害程度的判断指标与算法。设计上位机数据库的管理功能，负责管理实测数据和缺陷统计数据。利用C＃语言设计与开发上位机软件监测软件的数据通信、数据处理、数据库管理及数据可视化交互界面。
　　模拟实验验证监测系统的有效性与可靠性。测试了以太网高速数据高速传输的可靠性以及系统的良好性能;建立模拟金属微粒运动实验平台，模拟微粒碰撞缺陷信号，验证了监测系统的在线监测功能及离线分析功能。