【正文】 50kHz20~28SF640kHz20~28鋁10MHz25鋼10MHz25有機(jī)玻璃25聚苯乙烯25氯丁橡膠25聲波的傳播速率與聲波的衰減特性在超聲波局部放電定位應(yīng)用中起到了重要的理論支持。硬件系統(tǒng)通常包括超聲波傳感器、信號(hào)處理與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如圖46所示；軟件系統(tǒng)包括人機(jī)交互界面與數(shù)據(jù)分析處理模塊等。目前人們還無(wú)法制造上述這種理想的傳感器，現(xiàn)在應(yīng)用的傳感器大部分由壓電元件組成，壓電元件通常采用鋯鈦酸鉛、鈦酸鉛、鈦酸鋇等多晶體和鈮酸鋰、碘酸鋰等單晶體，其中，鋯鈦酸鉛（PZT5）接收靈敏度高，是聲發(fā)射傳感器常用壓電材料。（a）非接觸式傳感器 （b）接觸式傳感器圖47 超聲波傳感器實(shí)物圖（1）頻響寬度。諧振頻率也稱為中心頻率，當(dāng)加到傳感器兩端的信號(hào)頻率與晶片的諧振頻率相等時(shí)，傳感器輸出的能量最大，靈敏度也最高。（4）工作溫度。壓電晶片的諧振頻率（f）與其厚度（t）的乘積為常數(shù)，（V），即f?t＝，可見(jiàn)，晶片的諧振頻率與其厚度成反比。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)狀況比較復(fù)雜的場(chǎng)合，在安裝方式可實(shí)現(xiàn)的條件下可以考慮不同的傳感器進(jìn)行組合安裝，這種組合可以是不同傳感器對(duì)同一種安裝方式的組合，同一種傳感器不同頻帶寬度的組合，這樣一方面可提高檢測(cè)靈敏度，另一方面可排除干擾減少誤判，獲取更為豐富的局部放電的信息。單端式傳感器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，且?guī)ж?fù)載能力強(qiáng)，但靈敏度略遜于差分式傳感器；差分式傳感器可以有效抑制共模干擾，具有較高的靈敏度，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且?guī)ж?fù)載能力較弱。數(shù)據(jù)傳輸模塊用于將處理后的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)或傳入耳機(jī)等供檢測(cè)人員進(jìn)行觀察。一種是通過(guò)操作系統(tǒng)編寫(xiě)特定的軟件，在檢測(cè)裝置運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)軟件中的不同功能將各種分析數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，供檢測(cè)人員進(jìn)行分析。常用的檢測(cè)模式包括連續(xù)模式、脈沖模式、相位模式、特征指數(shù)模式以及時(shí)域波形模式等，檢測(cè)的參數(shù)包括信號(hào)在一個(gè)工頻周期內(nèi)的有效值、周期峰值、被測(cè)信號(hào)與50Hz、100Hz的頻率相關(guān)性（即50Hz頻率成分、100Hz頻率成分）、信號(hào)的特征指數(shù)以及時(shí)域波形等。3 缺陷類型識(shí)別由于超聲波信號(hào)傳播具有較強(qiáng)的方向性特點(diǎn)，因此超聲波局部放電檢測(cè)被廣泛應(yīng)用于缺陷的精確定位，而其在缺陷類型的識(shí)別方面卻鮮有突破。一般的，超聲波局部放電帶電檢測(cè)遵循如圖49所示的基本流程。超聲波局部放電檢測(cè)和特高頻局部放電檢測(cè)為互為補(bǔ)充，互為驗(yàn)證的關(guān)系，不可偏袒。由于超聲波信號(hào)衰減較快，因此在檢測(cè)時(shí)，兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)之間的距離不應(yīng)大于1米。3）背景的檢測(cè)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)空間干擾小時(shí)，將傳感器置于空氣中，儀器所測(cè)得的數(shù)值即為背景值；檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)空間干擾較大時(shí)，將傳感器置于待測(cè)設(shè)備基座上，儀器所測(cè)得的數(shù)值即為背景值；而在信號(hào)確診和準(zhǔn)確定位時(shí)，宜將傳感器置于臨近的正常設(shè)備上，儀器所測(cè)得的數(shù)值即為背景值。5）信號(hào)定位超聲波法局部放電定位有幅值定位和時(shí)差定位兩種。6）信號(hào)詳測(cè)在發(fā)現(xiàn)有可疑超聲波信號(hào)的部位后，應(yīng)進(jìn)行定位后對(duì)該部位進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，此工作必須使用傳感器固定裝置（如磁鐵固定座、固定座和綁扎帶等），進(jìn)行綜合分析，必要時(shí)增加測(cè)點(diǎn)檢測(cè)。超聲波異常信號(hào)分析宜采用典型波形的比較法、橫向分析法和趨勢(shì)分析法。2 帶電檢測(cè)時(shí)的注意事項(xiàng)1）注意檢測(cè)儀器狀態(tài)良好。4）檢測(cè)時(shí)宜使用傳感器固定裝置，避免操作者的人為因素的影響。6）提高檢出概率，建議使用信號(hào)時(shí)間分辨率與電源周波頻率相當(dāng)?shù)某暡ㄐ盘?hào)的時(shí)域波形的檢測(cè)設(shè)備，并記錄連續(xù)多工頻內(nèi)的時(shí)域波形。3 GIS設(shè)備超聲波局部放電帶電檢測(cè)的技術(shù)要點(diǎn)GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，伴隨有超聲波信號(hào)的產(chǎn)生。圖411 GIS超聲波局部放電檢測(cè)流程1）傳感器的選擇一般的，對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行超聲波局部放電檢測(cè)選擇傳感器的頻率范圍為20kHz100kHz，諧振頻率為40kHz。對(duì)于初步判斷超聲波信號(hào)異常的部位，應(yīng)在該部位附近重新檢測(cè)背景信號(hào)。圖411 GIS超聲波局放檢測(cè)點(diǎn)示意圖4）信號(hào)源定位GIS中的超聲波局部放電定位技術(shù)分為頻率定位技術(shù)和幅值定位技術(shù)。此外，由于設(shè)備的設(shè)計(jì)和布局的原因，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)可能引起設(shè)備某段區(qū)域存在共振現(xiàn)象。所以我們應(yīng)對(duì)電壓互感器氣室和電流互感器氣室進(jìn)行特殊分析。在變壓器局部放電檢測(cè)中，一般用油色譜和高頻等方法進(jìn)行普測(cè)，而超聲波法則用于發(fā)現(xiàn)缺陷后進(jìn)行缺陷的定位。檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)附近的排風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)、施工機(jī)械摩擦、物體與變壓器殼體摩擦、臨近的帶電導(dǎo)體電暈等都會(huì)帶來(lái)干擾。選擇測(cè)點(diǎn)的基本原則是：原點(diǎn)應(yīng)為變壓器高電壓側(cè)的左下角，傳感器位置可根據(jù)變壓器的設(shè)計(jì)及詳細(xì)試驗(yàn)條件而改變。時(shí)差定位技術(shù)是利用局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)傳播到不同位置的傳感器所需時(shí)間的差別來(lái)定位的技術(shù)，但由于變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、信號(hào)到達(dá)不同傳感器路徑不同和材料的特性差異等原因，容易造成時(shí)差測(cè)定不準(zhǔn)確，給定位帶來(lái)較大的誤差。開(kāi)關(guān)柜檢測(cè)中常見(jiàn)的干擾源有水銀燈以及附近走動(dòng)的人或運(yùn)行的機(jī)器，在檢測(cè)時(shí)應(yīng)隔離這些干擾噪聲。如有必要，延長(zhǎng)檢測(cè)時(shí)間。第一，橫向分析法。根據(jù)特定的周期檢測(cè)開(kāi)關(guān)室中的開(kāi)關(guān)柜，保留每次的檢測(cè)結(jié)果，就可以根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)設(shè)備局部放電狀態(tài)變化的趨勢(shì)進(jìn)行分析。表中P為檢測(cè)中得到的超聲波信號(hào)幅值，通常以單位dB表示。（一）正常判斷依據(jù)根據(jù)背景和檢測(cè)點(diǎn)所測(cè)超聲波信號(hào)的周期峰值、有效值、50Hz相關(guān)性、100Hz相關(guān)性、相位分布、特征指數(shù)分布及時(shí)域波形的差異，滿足表44的所有標(biāo)準(zhǔn)即為正常，任何一項(xiàng)參數(shù)不滿足均可判定為異常。表46 超聲波局部放電缺陷類型的判定標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)懸浮電位缺陷電暈缺陷自由金屬顆粒缺陷連續(xù)檢測(cè)模式有效值高較高高周期峰值高較高高50Hz頻率相關(guān)性有有弱100Hz頻率相關(guān)性有弱弱相位檢測(cè)模式有規(guī)律，一周波兩簇信號(hào)，且幅值相當(dāng)有規(guī)律，一周波一簇大信號(hào)，一簇小信號(hào)無(wú)規(guī)律時(shí)域波形檢測(cè)模式有規(guī)律，存在周期性脈沖信號(hào)有規(guī)律，存在周期性脈沖信號(hào)有一定規(guī)律，存在周期不等的脈沖信號(hào)脈沖檢測(cè)模式無(wú)規(guī)律無(wú)規(guī)律有規(guī)律，三角駝峰形狀特征指數(shù)檢測(cè)模式有規(guī)律，波峰位于整數(shù)特征值處，且特征指數(shù)1特征指數(shù)2有規(guī)律，波峰位于整數(shù)特征值處，且特征指數(shù)2特征指數(shù)1無(wú)規(guī)律，波峰位于整數(shù)特征值處，且特征指數(shù)2特征指數(shù)1（三）疑似缺陷判斷依據(jù)如表47所示，在檢測(cè)過(guò)程中，如果觀察到一些間歇性的沒(méi)有規(guī)律的異常信號(hào)，即可以判斷為疑似缺陷。本節(jié)主要介紹GIS設(shè)備典型缺陷診斷的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。因此，電暈放電的50Hz相關(guān)性往往較100Hz相關(guān)性要大。具有明顯的相位聚集相應(yīng)，但在一個(gè)工頻周期內(nèi)表現(xiàn)為一簇，即“單峰”。此外，在特征指數(shù)檢測(cè)模式下，放電次數(shù)累積譜圖波峰位于整數(shù)特征值1處。時(shí)域波形檢測(cè)模式特征指數(shù)檢測(cè)模式典型譜圖譜圖特征有規(guī)則脈沖信號(hào)，一個(gè)工頻周期內(nèi)出現(xiàn)兩簇，兩簇大小相當(dāng)。但是，由于自由金屬微粒通過(guò)直接碰撞產(chǎn)生超聲波信號(hào)，因此其信號(hào)有效值及周期峰值往往較大。但是，當(dāng)統(tǒng)計(jì)自由金屬微粒與設(shè)備外殼的碰撞次數(shù)與時(shí)間的關(guān)系時(shí)，卻可發(fā)現(xiàn)明顯的譜圖特征。無(wú)明顯的相位聚集相應(yīng)，但可發(fā)現(xiàn)脈沖幅值較大。對(duì)更換的間隔進(jìn)行解體檢修，發(fā)現(xiàn)多處導(dǎo)向桿存在松動(dòng)情況。5月4日和5月14日，檢測(cè)人員再次對(duì)疑似放電位置附近進(jìn)行了超聲波多點(diǎn)反復(fù)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該間隔存在最強(qiáng)信號(hào)點(diǎn)，信號(hào)峰值超過(guò)30mV，遠(yuǎn)大于背景信號(hào)峰值1mV。6月中旬，技術(shù)人員對(duì)缺陷間隔及其相鄰間隔進(jìn)行了整體更換，并進(jìn)行了解體檢修。（三）經(jīng)驗(yàn)體會(huì)（1）該案例表明超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行中的機(jī)械振動(dòng)有較強(qiáng)的靈敏度，可以有效檢測(cè)到相關(guān)缺陷。停電返廠解體后，證實(shí)了變壓器磁分路與鐵心間、上下磁分路與夾件安裝面間均存在不同程度的放電痕跡，磁分路端部絕緣多數(shù)移位或破損。隨后，采用美國(guó)物理聲學(xué)公司超聲波局部放電定位儀對(duì)放電源進(jìn)行了定位，如圖421所示，放電位置示意圖如圖422所示。隨后將2號(hào)變壓器低壓側(cè)電容器退出，低壓側(cè)電流為零，上述現(xiàn)象均消失，證明其放電位置位于變壓器磁回路，這與超聲局部放電定位檢測(cè)結(jié)果一致。2mm，），在安裝槽內(nèi)存在間隙，導(dǎo)致磁分路與夾件接觸不緊密，產(chǎn)生積碳。（2）變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及局部放電信號(hào)在變壓器內(nèi)的傳輸比較復(fù)雜，因此要求從事變壓器局部放電帶電檢測(cè)的人員對(duì)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)有深入的了解。（二）檢測(cè)分析方法檢測(cè)人員對(duì)10kV高壓室進(jìn)行暫態(tài)地電壓與超聲波局部放電帶電檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常。即使開(kāi)關(guān)柜內(nèi)本身有一定的局放信號(hào)，也被外界的干擾所覆蓋無(wú)法準(zhǔn)確辨別。綜合以上檢測(cè)情況，可判斷在300B開(kāi)關(guān)柜內(nèi)有局部放電，根據(jù)《電力設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》，當(dāng)超聲波局部放電檢測(cè)數(shù)值大于15dB時(shí)屬于缺陷。且B相電纜頭與銅排連接處存在過(guò)熱現(xiàn)象，螺栓表面存在很厚的氧化膜，如圖425所示。隨后試驗(yàn)人員對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)各設(shè)備進(jìn)行了診斷性試驗(yàn)，對(duì)300B斷路器下端頭至300B1隔離開(kāi)關(guān)電纜頭一段進(jìn)行了絕緣試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為A相10MΩ，B相為5MΩ，C相為5MΩ；對(duì)300B斷路器上端頭連同10kVⅢ段母線進(jìn)行絕緣試驗(yàn)，結(jié)果為ABC三相均為5MΩ左右。當(dāng)加到20kV左右電壓時(shí)，肉眼發(fā)現(xiàn)300B斷路器C相下出線部位明顯的放電現(xiàn)象，如圖427所示。綜合試驗(yàn)以及檢查情況，試驗(yàn)人員分析該斷路器由于受潮，設(shè)備外絕緣發(fā)生沿面放電，長(zhǎng)期的局部放電使得設(shè)備絕緣加速劣化，最終對(duì)設(shè)備絕緣造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷，如繼續(xù)運(yùn)行，將可能發(fā)生運(yùn)行中絕緣擊穿甚至爆炸的事故，立即安排對(duì)300B開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行了更換。參考文獻(xiàn)[1] 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