【正文】 F 絕緣電氣設備內的自由顆粒缺陷和局部放電缺陷。 本系統(tǒng)具有體積小、重量輕、檢測靈敏度高、抗干擾能力強 、操作簡易等優(yōu)點，可應用于 GIS 開關 、電纜中間接頭 等設備的局部放電檢測。本章的內容構成超聲局放檢測的基礎 。 此外，兩種媒介的聲阻抗是非常不同的，能夠穿過兩種媒介的很少。 當研究平板 中 的 局部放電 時 ,搞清聲波在 SF6氣 體和殼體之間界面的傳播情況 是非常重要的 。相速度和波群速度隨頻率變化的關系見圖 25所示。一般情況下 ,每種形式都有其自己的相速度和波群速度 ,相速度和群速度都由頻率決定。它們的頻率可認為是相互獨立的頻率 ,在氣體中只有壓力波存在 ,聲速在一個大氣壓 SF6氣體中的傳播速度為 156m/s[30]。另一方面 ,放電產生的聲信號 ,同樣也是上海交通大學碩士論文 第二章 超聲局放信號的產生機理和傳播特性 第 14 頁 在到達傳感器之前通過 SF6氣體和金屬殼體。這一聲信號有很寬的頻帶 ,且可達幾百千赫。對于柱形聲波強的衰減正比于距離。吸收是聲波在氣體介質的損耗，而在金屬中的損耗較小 ,可在較短距離內忽略不計。當聲波在均勻且無限的介質中傳播時，聲波的衰減與距發(fā)射源的距離的增加而減小。在礦物油中聲波傳播速度是隨溫度的升高而下降。 聲波的傳播速度 用聲測法測量局部放電的位置時，必須知道聲波傳播的速度。則設氣泡上真實放電量為 q， 氣泡的擊穿電場為 E， 則力順 Cm 的初始值 U0 即等于擊穿前施加在氣泡上的電場力。其中氣泡的質量 Mm等于氣泡的體積乘以氣泡的密度，力順 Cm、力阻 Rm與氣泡中的氣體成分有關 [27]。當發(fā)生局部放電時刻，氣泡所受的外在電場力突然消失，氣泡平衡狀態(tài)被打破，氣泡在彈性力的作用下，產 生振動。同樣的道理，在聲學系統(tǒng)中，也存在類似的聲質量、聲容以及聲阻。 質量 Mm：一種描述問題慣性的量度，對于一個物體來講，由牛頓第二定律可知： m dvFMdt? （ 21） 其中 F 為作用在物體上的力， v 為物體的運動速度，則稱 Mm 為該物體的質量。 電 力 聲類比 電磁振蕩、力學振動和聲振動作為不同的物理現(xiàn)象，一方面都有他們各自的上海交通大學碩士論文 第二章 超聲局放信號的產生機理和傳播特性 第 10 頁 研究對象構成了他們的特殊性；另一方面，他們雖然屬于不同的領域，表面上似乎互不關聯(lián)，但仔細研究他們的規(guī)律時，在數(shù)學上往往都歸結為相同形式的微分方程。對聚乙烯材料的實驗證明，電樹枝的增長率與測得的聲壓大小有關，樹枝增長快時，測得的聲壓高 [15]。 局部放電產生超聲波原理 眾所周知， 聲波是一種機械振動波。第八章 為本課題做了總結以及展望。 4) 設計專家診斷系統(tǒng)，對復雜的測量數(shù)據(jù)進行分析判斷，使系統(tǒng)能自動判斷故障類型及故障嚴重程度，并提供簡要的故障定位信息。 本課題的主要工作有以下幾部分： 1) 查閱大量科研資料，提出了本系統(tǒng)的設計方案，性能指標和功能指標。 另外從局部放電產生超聲波的機理考慮 ， 輝光放電和亞輝光放電同樣產生超聲波，對這些超聲波信號的測量將彌補電脈沖法在局部放電測量時的不足 ， 對它的進一步研究將有可能產生新的局部放電測量標準 。 可望實現(xiàn)利用超聲波法進行模式識別和定量分析 利用超聲波法進行局部放電模式識別和定量分析 ， 一直是超聲波法檢測局部放電研究中的重點 。 便于空間定位 確定局部放電位置可以判斷局部放電對 GIS的危害程度 ,還可以減少檢修時間 。而目前現(xiàn)場 工程技術人員往往更關心運行 的電力設備的 局部放電檢測問題，特別是當放電量較大時，通過檢測局部放電以確定 設備 絕緣的損壞程度，而這種情況適合超聲波法檢測。 由于聲電傳感器效率的提高和電子放大技術的發(fā)展，聲測法的靈敏度有很大提高，現(xiàn)在對于大電容量的試品，如 F? 以上的電力電容器，其靈敏度不比電 測法低。 表 11 GIS 中局部放電監(jiān)測方法的性能一覽表 監(jiān)測方法 脈沖電流 法 超高頻法 超聲波法 化學法 光學法 優(yōu)點 簡單；靈敏度較高 靈敏度高；可用于運行中設備 靈敏度高；抗電磁干擾能力強 不受電磁干擾 不受電磁干擾 缺點 運行設備不能使用；信噪比低 造價高 結構復雜；要求豐富經驗的人操作 靈敏度差；不能長期監(jiān)測 靈敏度差；需多個傳感器 可達精度 5pC ~ 2pC 很差 差 適用監(jiān)測的放電源 固定微粒；懸浮物；氣隙和裂紋 各種缺陷類型都適用 自由移 動的微粒；懸浮物 放電情況嚴重時的缺陷 固定微粒；針狀突出物 能否故障定位 不能 精確度較高：177。 上海交通大學碩士論文 第一章 緒論 第 5 頁 2) 聲學和 UHF法可對局放源進行定位 ， 而常規(guī)電測法不可以 。早在七十年代末， 、 等學者就對變壓器內部放電的超聲特性及超聲檢測方法進行了研究。該方法最大的優(yōu)點是不存在復雜的抗干擾問題。 但是由于光測法設備復雜昂貴、靈敏度低，且需要被檢測物質對光是透明的， 所以 現(xiàn)場應用的實例 十分有限。由于超高頻檢測法采用高頻段的電磁信號作為檢測信號，因而其可避開常規(guī)電氣測試方法中難以識別的電力系統(tǒng)中的干擾，從而提高了局部放電檢測的信噪比【 14】。該方法于 20 世紀 80 年代初期由英國中央電 力局（ CEGB）提出 [13]。 它 是通過檢測線路中由局部放電產生的脈沖信號來判斷局部放電的水平。因此與這些現(xiàn)象相對應，局部放電的檢測方法可分為電氣測量法和非電測量法兩大類。 對電力設備進行局部放電試驗，不但能夠了解設備的絕緣 狀況，還能及時發(fā)現(xiàn)許多有關制造和安裝方面的問題，確定絕緣故障的原因及嚴重程度 [7]。 上海交通大學碩士論文 第一章 緒論 第 3 頁 局部放電產生的 危害 雖然局部放電的放電能量很小，在短時間內不會 引起絕緣的穿透性擊穿，但可以導致電介質（特別是有機電介質）的局部損壞 [5,6]。在電場的作用下，介質的電場強度是反比于介電常數(shù)的，因此介電常數(shù)小的介質中的電場強度就高于介電常數(shù)大的； 3）絕緣體中含有氣泡或其它雜質。對于油紙絕緣，往往是 iu eu ，而對于固體絕緣結構， iu 與 eu 相差不大， 固體絕緣內部的放電還可能出現(xiàn)。 4) 起始放電電壓 iu 當試品上外加電壓逐漸上升，達到能觀察到出現(xiàn)局部放電時的最低電壓，即為起始放電電壓，其單位為 kV。 2) 放電相位 ? 在外加電壓作用下，放電發(fā)生的外加電壓相位即為局部放電的相位 ? 。 根據(jù)國際電工委員會標準IEC60270 的定義： “ 局部放電是指導體間絕緣僅部分橋接的一種電氣放電。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。除文中已經注明引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。 主要器件選型 ............................................................................................................. 33 FPGA ................................................................................................................. 33 AD 轉換芯片 .................................................................................................... 35 DDRSDRAM ....................................................................................................... 36 主要功能模塊的實現(xiàn) ................................................................................................. 37 數(shù)據(jù)存儲與傳輸系統(tǒng) ..................................................................................... 37 信號調理參數(shù)控制 ......................................................................................... 42 GPMC 通信模塊 ................................................................................................ 43 數(shù)字信號處理模塊 ......................................................................................... 47 工頻同步控制模塊 ......................................................................................... 49 本章小結 ..................................................................................................................... 49 第六章 專家診斷系統(tǒng)與實驗 ................................................................................................. 50 專家診斷系統(tǒng) ............................................................................................................. 50 故障判據(jù) ......................................................................................................... 50 故障診斷流程 ................................................................................................. 51 故障類型診斷 ................................................................................................. 52 故障位置診斷 ................................................................................................. 53 實驗驗證 ..................................................................................................................... 54 實驗內容及步驟 ............................................................................................. 54 實驗結果分析 ................................................................................................. 54 本章小結 ..................................................................................................................... 54 第七章 總結與展望 ................................................................................................................. 56 總結 ..........................................................................................................................