【正文】 當(dāng)被測設(shè)備內(nèi)部存在自由金屬微粒缺陷時，在高壓電場作用下，金屬微粒因攜帶電荷會受到電動力的作用，當(dāng)電動力大于重力時，金屬微粒即會在設(shè)備內(nèi)部移動或跳動。該譜圖定義為“飛行圖”，通過部分局部放電超聲波檢測儀提供的“脈沖檢測模式”即可觀察自由金屬微粒與外殼碰撞的“飛行圖”，進(jìn)而判斷設(shè)備內(nèi)部是否存在自由金屬微粒缺陷。此次帶電檢測消除了GIS內(nèi)部安全隱患，確保設(shè)備健康運(yùn)行。在拆除備用116間隔（備用4）的A相導(dǎo)體時，發(fā)現(xiàn)靠近117間隔的導(dǎo)向桿存在松動的情況；在拆除備用115間隔時，發(fā)現(xiàn)A相梅花觸頭——靠近2主變間隔側(cè)的導(dǎo)向桿也存在松動的情況，如圖419所示。此次檢測有效避免了重大事故的發(fā)生。由此判斷，該變壓器三相均存在不同程度放電，其中A相最為嚴(yán)重，放電位置位于本體下部“鐵心－夾件”之間的夾件磁屏蔽位置。三、10kV開關(guān)柜局部放電檢測（一）案例經(jīng)過2013年1月，某供電公司在變電站巡視中，發(fā)現(xiàn)某220kV變電站10kV XGN212(Z)型開關(guān)柜超聲波及暫態(tài)地電壓帶電檢測數(shù)據(jù)異常，檢測人員根據(jù)現(xiàn)場情況分析判斷開關(guān)柜內(nèi)有局部放電。當(dāng)300B后下柜門的觀察窗封閉時，由于受到柜體的阻礙，超聲波無法傳播出來，所有位置的檢測數(shù)據(jù)均為6至7dB，與背景值一致。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，電纜穿墻處的堵泥開裂，電纜溝的水汽可直接進(jìn)入斷路器室，如圖426所示。為了排除該放電是臟污和尖端引起，檢修人員對該部位進(jìn)行了擦拭和酒精清洗，絕緣電阻測試，A、B、C三相絕緣電阻上升至15MΩ。（3）在超聲波檢測開關(guān)柜局部放電時應(yīng)注意排除可能的干擾源，如風(fēng)機(jī)、熒光燈等也可能會發(fā)出超聲波，影響檢測效果。對300B1隔離開關(guān)下端頭以下部分進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，施加電壓時發(fā)現(xiàn)C相有明顯的放電聲，A、B兩相正常。隨后對300B間隔進(jìn)行了停電檢查試驗(yàn)，外觀檢查發(fā)現(xiàn)，開關(guān)柜內(nèi)斷路器、電纜、避雷器、帶電顯示裝置等設(shè)備受潮嚴(yán)重，設(shè)備外絕緣表面有明顯的水珠凝結(jié)。（取窗戶框架上、入口處擋板上、高壓室大門三處的平均值）表412 10kV高壓室超聲波監(jiān)測數(shù)據(jù)開關(guān)柜名稱前上前下后上后中后下（觀察窗關(guān)）后下（觀察窗開）10kV300B6dB6dB6dB6dB6dB29dB10kV 3446dB6dB6dB6dB6dB6dB10kV 3466dB6dB6dB6dB6dB6dB10kV 3486dB6dB6dB6dB6dB6dB由于300B位于高壓室內(nèi)最里側(cè)，而暫態(tài)地電壓檢測數(shù)據(jù)從外向里有逐步減小的趨勢，且最外側(cè)的348開關(guān)柜的監(jiān)測數(shù)據(jù)略低于窗戶框架、大門上所測出的背景值，因此推斷暫態(tài)地電壓檢測數(shù)據(jù)主要來源于高壓室外的電磁干擾。超聲波檢測法在現(xiàn)場受電氣干擾小，可以對放電源進(jìn)行準(zhǔn)確定位。結(jié)合油化學(xué)試驗(yàn)結(jié)果也可以推斷該主變內(nèi)部存在連續(xù)的火花放電，此放電可能由懸浮電位導(dǎo)致。二、500kV變壓器內(nèi)部放電缺陷檢測（一）案例經(jīng)過2012年9月，某變電站500kV 2號主變壓器在進(jìn)行投運(yùn)后油色譜跟蹤測試時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有痕量乙炔產(chǎn)生，隨后進(jìn)行高頻局部放電和超聲波局部放電帶電檢測，發(fā)現(xiàn)該變壓器三相均有不同程度的局部放電信號。圖415 某站110kV GIS設(shè)備發(fā)現(xiàn)疑似局放信號位置圖 （a）環(huán)境背景值 （b）疑似放電信號值圖416 站內(nèi)超聲波信號環(huán)境背景值與檢測到的疑似放電信號值圖417 檢測所得放電信號最大位置圖418 檢測所得最大信號根據(jù)圖418分析可知，該放電信號具有50Hz和100Hz相關(guān)性，且放電信號幅值較大，初步診斷為絕緣支撐件、緊固螺絲松動或存在懸浮電位、顆粒雜質(zhì)。技術(shù)人員對缺陷部分進(jìn)行整體更換后，其超聲波信號接近背景值，異常信號消失，缺陷消除。雖然自由金屬微粒缺陷無明顯相位聚集效應(yīng)。具有明顯的相位聚集相應(yīng)，在一個工頻周期內(nèi)表現(xiàn)為兩簇，即“雙峰”。表48 電暈缺陷超聲波檢測典型圖譜檢測模式連續(xù)檢測模式相位檢測模式典型譜圖譜圖特征1）有效值及周期峰值較背景值明顯偏大；2）頻率成分頻率成分2特征明顯，且頻率成分1大于頻率成分2。目前超聲波法在GIS設(shè)備缺陷診斷中應(yīng)用最為廣泛，其診斷的標(biāo)準(zhǔn)也比較完善；而在開關(guān)柜、電纜和變壓器的應(yīng)用中，缺陷診斷工作相對較少。局部放電缺陷診斷的主要依據(jù)是信號水平、頻率相關(guān)性、相位分布和特征指數(shù)，同時也可以參考時域波形。分析同一個開關(guān)柜在不同時間的檢測結(jié)果，進(jìn)行縱向比較判斷開關(guān)柜的運(yùn)行趨勢。依此程序，掃描所有的開關(guān)柜，每一處掃描應(yīng)持續(xù)10秒，以便檢測超聲波信號。4）信號源定位變壓器的超聲波局部放電定位技術(shù)除了幅值定位技術(shù)以外，還需增加時差定位技術(shù)來綜合實(shí)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的三維空間定位。2）檢測背景信號檢測前，應(yīng)注意盡量清理現(xiàn)場的干擾聲源。6）特殊部位的分析在工作狀態(tài)下，電壓互感器和電流互感器的內(nèi)置繞組和鐵芯會產(chǎn)生周期性的交變電磁場，由此可能產(chǎn)生特有的超聲波信號。選擇測點(diǎn)的基本原則是：（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)易出問題的部位，如筒體下部，開關(guān)觸頭等；（2）測點(diǎn)間距離不宜大于3米，每兩個盆式絕緣子之間至少1個測點(diǎn)；（3）斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)等有活動部件的氣室取點(diǎn)應(yīng)增多；（4）觀察歷史趨勢時應(yīng)與前次檢測取相同測點(diǎn)；（5）三相共箱的GIS建議在橫截面上每120度至少1個測點(diǎn)；（6）在GIS轉(zhuǎn)角處和T形連接處前后應(yīng)各測1點(diǎn)；（7）對于外殼直徑較大的GIS應(yīng)考慮在橫截面上適當(dāng)增加測點(diǎn)；（8）在水平安裝的盆式絕緣子處，應(yīng)增加測點(diǎn)，顆?？赡軞埩粼谶@些絕緣子上并產(chǎn)生局部放電。對GIS進(jìn)行超聲波檢測流程如圖411所示。因此，局部放電檢測裝置應(yīng)能將干擾抑制到可以接受的水平。8）分析報(bào)告分析報(bào)告主要應(yīng)包括電力設(shè)備詳細(xì)名稱、電力設(shè)備工況、檢測詳細(xì)位置、使用檢測設(shè)備名稱、檢測者、檢測時間、檢測數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析情況、建議與結(jié)論等內(nèi)容。此外，由于設(shè)備內(nèi)部的結(jié)構(gòu)不同，超聲波信號傳播存在一定的復(fù)雜性，也可采取聲電聯(lián)合等定位方法。對于開關(guān)柜設(shè)備，通常宜選用非接觸式超聲波傳感器對柜體縫隙進(jìn)行檢測，并輔以接觸式超聲波傳感器對柜體外殼進(jìn)行檢測。超聲波局部放電檢測對顆粒、懸浮放電、尖端放電、松動、異物雜質(zhì)等缺陷均有較好的檢測效果，對絕緣子內(nèi)部缺陷靈敏度低。此外，超聲波局部放電檢測裝置均配有數(shù)據(jù)存儲功能，在檢測背景噪聲信號以及可疑的異常信號時，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，以便進(jìn)行對比和分析。（二）軟件系統(tǒng)1 人機(jī)交互界面人機(jī)交互界面是指檢測裝置將其采集處理后的數(shù)據(jù)展現(xiàn)給檢測人員的平臺，一般可分為兩種。常見的壓電型諧振傳感器的結(jié)構(gòu)形式如圖48所示，可分為單端式傳感器和差分式傳感器。上述傳感器特性受許多因素的影響，包括：晶片的形狀、尺寸及其彈性和壓電常數(shù)；晶片的阻尼塊及殼體中安裝方式；傳感器的耦合、安裝及試件的聲學(xué)特性。（2）諧振頻率。理想的傳感器應(yīng)該能同時測量樣品表面位移或速度的縱向和橫向分量，在整個頻譜范圍內(nèi)(0～100MHz或更大)能將機(jī)械振動線性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺⒕哂凶銐虻撵`敏度以探測很小的位移。表42給出了縱波在不同材料中傳播時的衰減情況。聲波在媒質(zhì)中傳播會產(chǎn)生衰減，造成衰減的原因有很多，如波的擴(kuò)散、反射和熱傳導(dǎo)等。當(dāng)縱波通過氣體或液體傳播到達(dá)金屬外殼時，將會出現(xiàn)橫波，在金屬體中繼續(xù)傳播，如圖45所示。超聲波法（AE，Acoustic Emission，又稱聲發(fā)射法）通過在設(shè)備腔體外壁上安裝超聲波傳感器來測量局部放電信號。 （45）如果cict并且入射波角度大于arcsin(ci/ct)，就會發(fā)生全反射。在無損的介質(zhì)中，球面波強(qiáng)度與球面波陣面的面積成反比，圓柱波強(qiáng)度與相對于聲源的距離成反比，這樣的衰減被稱為空間衰減。合成作用力使該顆粒以速度v移動。按聲源在介質(zhì)中振動的方向與波在介質(zhì)中傳播的方向之間的關(guān)系，可以將超聲波分為縱波和橫波兩種形式。國際電工委員會（IEC）TC42下屬工作組正在致力于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEC 62478的制訂工作，國內(nèi)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)制訂也正在進(jìn)行中。其中，變壓器和GIS的超聲波局部放電檢測通常采用接觸式方法，檢測時將超聲波傳感器（通常為壓電陶瓷材料）放置在設(shè)備外殼上，接收內(nèi)部發(fā)生局部放電時產(chǎn)生的異常信號；開關(guān)柜的超聲波檢測既可以采用非接觸式傳感器在柜體各接縫處進(jìn)行檢測，也可以采用接觸式傳感器檢測由內(nèi)部傳播至柜體表面的超聲波信號；利用無損信號傳導(dǎo)桿可以將超聲波局部放電檢測法應(yīng)用于檢測電纜終端工藝不良等絕緣缺陷，該方法已經(jīng)取得了一定的應(yīng)用效果；在配網(wǎng)架空輸電線路巡線時，可通過一個超聲波傳感器接收線路上的絕緣缺陷所產(chǎn)生的放電信號，對線路的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析。超聲波信號在傳播過程中具有很強(qiáng)的方向性，能量集中，因此在檢測過程中易于得到定向而集中的波束，從而方便進(jìn)行定位。目前，超聲波檢測局部放電的研究工作主要集中在定位方面，原因是與電測法相比，超聲波的傳播速度較慢，對檢測系統(tǒng)的速度與精度要求較低，且其空間傳播方向性強(qiáng)。同一年，南韓電力研究所研究員發(fā)表了關(guān)于電力變壓器局放超聲波信號及噪聲的分析方法的文章。第四章 超聲波局部放電檢測技術(shù)目 錄第一節(jié) 超聲波局部放電檢測技術(shù)概述 3一、發(fā)展歷程 3二、技術(shù)分類及特點(diǎn) 4三、應(yīng)用情況 5第二節(jié) 超聲波局部放電檢測技術(shù)基本原理 6一、超聲波的基本知識 6二、超聲波局部放電檢測基本原理 8三、超聲波局部放電檢測裝置組成及原理 10（一）硬件系統(tǒng) 11（二）軟件系統(tǒng) 13第三節(jié) 超聲波局部放電檢測及診斷方法 15一、檢測方法 15（一）概述 15（二）超聲波局部放電帶電檢測方法 15二、診斷方法 22（一）正常判斷依據(jù) 22（二）有明顯缺陷的判斷依據(jù) 23（三）疑似缺陷判斷依據(jù) 23（四）不同類型設(shè)備超聲波局部放電的缺陷診斷 24第四節(jié) 典型超聲波局部放電案例分析 27一、110kV GIS設(shè)備導(dǎo)向桿松動檢測 27（一）案例經(jīng)過 27（二）檢測分析方法 27（三）經(jīng)驗(yàn)體會 30二、500kV變壓器內(nèi)部放電缺陷檢測 30（一）案例經(jīng)過 30（二）檢測分析方法 31（三）經(jīng)驗(yàn)體會 33三、10kV開關(guān)柜局部放電檢測 33（一）案例經(jīng)過 33（二）檢測分析方法 33（三）經(jīng)驗(yàn)體會 36參考文獻(xiàn) 37第一節(jié) 超聲波局部放電檢測技術(shù)概述一、發(fā)展歷程超聲波局部放電檢測技術(shù)憑借其抗干擾能力及定位能力的優(yōu)勢，在眾多的檢測法中占有非常重要的地位。2005年德國Ekard Grossman和Kurt Feser發(fā)表了基于優(yōu)化的聲發(fā)射技術(shù)的油紙絕緣設(shè)備的局部放電在線測試方法，通過使用二維傅里葉變換對信號進(jìn)行處理，可達(dá)10pC的檢測靈敏度。由于此方法受電氣干擾的影響比較小以及它在局部放電定位中的廣泛應(yīng)用，人們對超聲波法的研究逐漸深入。便于實(shí)現(xiàn)放電定位確定局部放電位置既可以為設(shè)備缺陷的診斷提供有效的數(shù)據(jù)參考，也可以減少檢修時間。目前，超聲波局部放電檢測范圍涵蓋變壓器、GIS組合電器、開關(guān)柜、電纜終端、架空輸電線路等各個電壓等級的各類一次設(shè)備。該技術(shù)在2008年北京奧運(yùn)會、2010年上海世博會等大型活動保電工作以及特高壓設(shè)備缺陷檢測中均發(fā)揮了重要的作用。超聲波與聲波一樣，是物體機(jī)械振動狀態(tài)的傳播形式。圖41顯示了作用在一小滴液體上的力。這些現(xiàn)象都導(dǎo)致了聲波的強(qiáng)度隨著與聲源間距離的不斷增大而不斷減小。Snell定律很好地定量地描述了折射現(xiàn)象。 （46）二、超聲波局部放電檢測基本原理電力設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生局部放電信號的時候，會產(chǎn)生沖擊的振動及聲音。發(fā)生橫波時，質(zhì)點(diǎn)的振動方向垂直于波的傳播方向，這需要質(zhì)點(diǎn)間有足