【正文】 當(dāng)加到20kV左右電壓時，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。即使開關(guān)柜內(nèi)本身有一定的局放信號，也被外界的干擾所覆蓋無法準(zhǔn)確辨別。隨后將2號變壓器低壓側(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結(jié)果一致。6月中旬，技術(shù)人員對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。但是，當(dāng)統(tǒng)計自由金屬微粒與設(shè)備外殼的碰撞次數(shù)與時間的關(guān)系時，卻可發(fā)現(xiàn)明顯的譜圖特征。具有明顯的相位聚集相應(yīng)，但在一個工頻周期內(nèi)表現(xiàn)為一簇，即“單峰”。（一）正常判斷依據(jù)根據(jù)背景和檢測點所測超聲波信號的周期峰值、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，任何一項參數(shù)不滿足均可判定為異常。如有必要，延長檢測時間。檢測現(xiàn)場附近的排風(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)體電暈等都會帶來干擾。圖411 GIS超聲波局放檢測點示意圖4）信號源定位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)。6）提高檢出概率，建議使用信號時間分辨率與電源周波頻率相當(dāng)?shù)某暡ㄐ盘柕臅r域波形的檢測設(shè)備，并記錄連續(xù)多工頻內(nèi)的時域波形。6）信號詳測在發(fā)現(xiàn)有可疑超聲波信號的部位后，應(yīng)進(jìn)行定位后對該部位進(jìn)行詳細(xì)檢測，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，必要時增加測點檢測。超聲波局部放電檢測和特高頻局部放電檢測為互為補(bǔ)充，互為驗證的關(guān)系，不可偏袒。一種是通過操作系統(tǒng)編寫特定的軟件，在檢測裝置運行過程中通過軟件中的不同功能將各種分析數(shù)據(jù)顯示出來，供檢測人員進(jìn)行分析。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，晶片的諧振頻率與其厚度成反比。目前人們還無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。在氣體和液體中，波的擴(kuò)散是衰減的主要原因；在固體中，分子的撞擊把聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌⑹撬p的主要原因。該方法的特點是傳感器與電力設(shè)備的電氣回路無任何聯(lián)系，不受電氣方面的干擾，但在現(xiàn)場使用時易受周圍環(huán)境噪聲或設(shè)備機(jī)械振動的影響。因為此類衰減僅與波形傳播的空間幾何參數(shù)有關(guān)?？v波又稱疏密波，其質(zhì)點運動方向與波的傳播方向一致，能存在于固體、液體和氣體介質(zhì)中；橫波，又稱剪切波，其質(zhì)點運動方向與波的傳播方向垂直，僅能存在于固體介質(zhì)中。在實際應(yīng)用中，由于超聲波檢測法具有出色的定位能力，其在變壓器和GIS設(shè)備巡檢過程中對內(nèi)部缺陷點的確認(rèn)和定位得到了較為廣泛的應(yīng)用，而開關(guān)柜的超聲波檢測也廣泛應(yīng)用于配電設(shè)備的巡檢中。在利用超聲波進(jìn)行局部放電量大小確定和模式識別方面的工作相對較少，上世紀(jì)80年代德國和日本科學(xué)家曾在此方面進(jìn)行過研究，近年來有學(xué)者提出了利用頻譜識別局部放電模式的新方法，其研究也取得了一些新成果，但目前仍處于實驗室研究階段，現(xiàn)場應(yīng)用情況并不理想。超聲波法用于變壓器局部放電檢測最早始于上世紀(jì)40年代，但因為靈敏度低，易于受到外界干擾等原因一直沒有得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的超聲波局部放電檢測法是利用固定在電力設(shè)備外壁上的超聲波傳感器接收設(shè)備內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的超聲波脈沖，由此來檢測局部放電的大小和位置。因此，在實際應(yīng)用中，如GIS、變壓器等設(shè)備的超聲波局部放電檢測既可以進(jìn)行全站普測，也可以與特高頻法、高頻法等其他檢測方式相配合，用于對疑似缺陷的精確定位；而開關(guān)柜類設(shè)備由于其體積較小，利用超聲波可對配電所、開閉站等進(jìn)行快速的巡檢，具有較高的檢測效率。因其頻率超出了人耳聽覺的一般上限，人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。導(dǎo)致這個現(xiàn)象的因素包括聲波的幾何空間傳播過程、聲波的吸收（聲波機(jī)械能轉(zhuǎn)為內(nèi)能的過程）以及波陣面的散射。計算吸收作用的通用公式（不考慮松弛損耗）由等式（46）給出，式中是粘滯系數(shù)，是相速度，是平衡密度，是兩種介質(zhì)在常壓（Cp）、確定體積（Cv）下的摩爾比熱的比值，M是每摩爾的體積，是導(dǎo)熱系數(shù)。聲壓是單位面積上所受的壓力，聲強(qiáng)是單位時間內(nèi)通過與波的傳播方向垂直的單位面積上的能量。此外，根據(jù)現(xiàn)場檢測需要，還可配備信號傳導(dǎo)桿、耳機(jī)等配件，其中信號傳導(dǎo)桿主要用于開展電纜終端等設(shè)備局部放電檢測時，為保障檢測人員安全，將超聲波傳感器固定在被測設(shè)備表面；耳機(jī)則用于開關(guān)柜局部放電檢測時，通過可聽的聲音來確認(rèn)是否有放電信號存在。工作溫度是指傳感器能夠有效采集信號的溫度范圍。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)具有足夠的采樣速率和信號傳輸速率。在檢測開始前，通過對背景和檢測點超聲波信號有效值、幅值、頻率相關(guān)性、相位及原始波形的測定，判斷是否正常。幅值定位是根據(jù)超聲信號的衰減特性，利用峰值或有效值的大小定位，一般離信號源越近，信號越大；時差定位是根據(jù)超聲波信號達(dá)到傳感器的時差，通過聯(lián)立球面方程或雙曲面方程組計算空間坐標(biāo)，進(jìn)行精確定位，精度可達(dá)10cm。5）選擇合適的檢測時間，注意外部干擾源。3）測點的選擇由于超聲波信號隨距離增加而顯著衰減，故檢測選點不宜太少，否則很可能漏掉異常點。在定位過程中，通過在變壓器外部安裝多個超聲波傳感器，來接收變壓器內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的超聲波信號，并利用多通道的超聲波信號的幅值和時差變化來判斷變壓器內(nèi)部放電部位的三維空間位置。接觸式超聲波法檢測時，將接觸式探頭放置在開關(guān)柜的主骨架上檢測超聲波信號。應(yīng)當(dāng)注意，超聲波定值判別時應(yīng)結(jié)合聲音進(jìn)行判別，如果未聽到放電聲音則可認(rèn)定為正常。此外，在特征指數(shù)檢測模式下，放電次數(shù)累積譜圖波峰位于整數(shù)特征值2處。此外，在時域波形檢測模式下，檢測譜圖中可見明顯脈沖信號，但信號的周期性不明顯。檢測所得最大信號位置如圖417所示，檢測到的信號如圖418所示。定位結(jié)果顯示，放電主要集中在低壓線圈下部油枕側(cè)夾件區(qū)域（高度約為250~600mm）。暫態(tài)地電壓檢測數(shù)據(jù)如表411所示，超聲波檢測數(shù)據(jù)如表412所示。絕緣下降主要是外表面絕緣水珠凝結(jié)以及臟污引起。合上300B斷路器后，對TA、300B1隔離開關(guān)、300B斷路器、300B2隔離開關(guān)及III段母線一起進(jìn)行了交流耐壓試驗，升壓至26kV時，發(fā)現(xiàn)斷路器外絕緣筒與機(jī)構(gòu)連接處存在明顯放電現(xiàn)象，放電部位見圖428。而其它開關(guān)柜在打開觀察窗后，檢測數(shù)據(jù)仍然維持在6至7dB。經(jīng)檢查分析此次變壓器內(nèi)部局部放電缺陷原因主要有：磁分路與鐵心間距較小且無可靠絕緣保證措施；處于220kV繞組端部的磁分路厚度不足（設(shè)計值厚度為20mm177。（a）（b）圖419 母線內(nèi)部異常部位圖示屏蔽罩和觸座連接螺釘未緊固到底圖420 屏蔽罩未緊固圖示7月份，檢測人員對更換后的運行半個多月的II母線備用11116間隔部分進(jìn)行超聲波局部放電復(fù)測，其信號均與環(huán)境背景接近，即處理結(jié)果良好，缺陷消除。表410 自由金屬顆粒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特征不明顯。局部放電信號的產(chǎn)生與施加在其兩端的電壓幅值具有明顯關(guān)聯(lián)性，在放電譜圖中則表現(xiàn)出典型的50Hz相關(guān)性及100Hz相關(guān)性，即存在明顯的相位聚集效應(yīng)，且100Hz相關(guān)性大于50Hz相關(guān)性。檢測模式時域波形檢測模式特征指數(shù)檢測模式典型譜圖譜圖特征信號均勻，未見高幅值脈沖無明顯規(guī)律，峰值未聚集在整數(shù)特征值（二）有明顯缺陷的判斷依據(jù)根據(jù)背景和檢測點所測超聲波信號的周期峰值、有效值、50Hz相關(guān)性、100Hz相關(guān)性、相位分布、特征指數(shù)及時域波形的差異，幾種不同缺陷類型的判斷標(biāo)準(zhǔn)如表46所示。對開關(guān)柜進(jìn)行超聲波局部放電檢測的結(jié)果分析原則有如下三個。3）測點的選擇由于超聲波信號隨距離增加而顯著衰減，且變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，超聲波信號存在一定的折反射，故檢測選點不宜太少，否則很可能漏掉異常點。圖413 頻率定位技術(shù)的流程5）GIS的異常聲響分析我們偶爾會遇到運行中的GIS出現(xiàn)了可聽的異常聲響，這種現(xiàn)象可能是由于內(nèi)部松動、設(shè)備動靜觸頭對應(yīng)不正或設(shè)備運行引起振動等因素造成，因此我們不應(yīng)盲目認(rèn)為GIS內(nèi)部出現(xiàn)了明顯的放電，而應(yīng)改變超聲波信號頻段檢測，并加以設(shè)備的振動分析和特高頻檢測等其他檢測手段進(jìn)行綜合分析。9）檢測者宜熟悉待測設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。7）信號異常處理與分析在電力設(shè)備檢測到超聲波局部放電信號異常時，應(yīng)進(jìn)行短期的在線監(jiān)測或其他方法的檢測，如特高頻檢測、絕緣介質(zhì)的電/熱分解的成分分析、溫度檢測等手段，并加以綜合分析。2）檢測點的選擇根據(jù)不同電力設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確定各個檢測點。2 數(shù)據(jù)的分析、處理和存儲超聲波局部放電檢測裝置通過對其采集的信號進(jìn)行分析和處理，利用人機(jī)交互界面將結(jié)果展現(xiàn)給檢測人員，即為檢測中的各種參數(shù)。光纖傳感器作為一種新發(fā)展起來的技術(shù)，有著很好的發(fā)展前景，但應(yīng)用有一定困難。傳感器的特性包括頻響寬度、諧振頻率、幅度靈敏度、工作溫度等。當(dāng)聲波從一種媒質(zhì)傳播到聲特性阻抗不匹配的另一種媒質(zhì)時，會有很大的界面衰減。超聲波局部放電檢測的原理示意圖如圖44。在平面波垂直入射的情況下，描述衰減的傳播系數(shù)由下式給出： （44）顯然，當(dāng)兩種媒介聲阻抗相差很大時，只有小部分垂直入射波可以穿過界面，其余全部被反射回原來的媒介中。在物理學(xué)中，對于聲波的運動有著更為正式的描述： （41）這里c指聲速。2000年初，超聲波局部放電檢測技術(shù)開始引入國內(nèi)。超聲波檢測法具有以下特點。隨后美國西屋公司的Ron Harrold對大電容的局部放電超聲檢測進(jìn)行了研究，并初步探索了超聲波檢測的幅值與脈沖電流法測量視在放電量之間的關(guān)系。武高所開發(fā)了JFD系列超聲定位系統(tǒng)，其對一般變壓器放電定位誤差可小于10cm。根據(jù)超聲波信號傳播途徑的不同，超聲波局部放電檢測可分為接觸式檢測和非接觸式檢測。2013年8月至2014年2月國家電網(wǎng)公司組織開展了超聲波局放檢測裝置性能檢測工作，首次對國內(nèi)市場上數(shù)十款超聲波帶電檢測儀器進(jìn)行了綜合性能的檢測工作，對規(guī)范和引導(dǎo)國內(nèi)儀器開發(fā)和制造技術(shù)領(lǐng)域起到了積極推動作用。聲波強(qiáng)度（單位時間內(nèi)通過介質(zhì)的聲波能量，單位為W/m2）是一個非常重要的物理量。4 聲波在氣體中的吸收衰減大部分氣體對聲波的吸收作用非常小，但是對于在某些條件下的某些氣體，比如六氟化硫和二氧化碳，吸收作用對于能量的衰減意義重大。在氣體中聲波傳播速率相對較慢，在固體中聲波傳播要快得多。三、超聲波局部放電檢測裝置組成及原理典型的超聲波局部放電檢測裝置一般可分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。（3）幅度靈敏度。由于超聲波信號衰減速率較快，在前端對其進(jìn)行就地放大是有必要的，且放大調(diào)理電路應(yīng)盡可能靠近傳感器。第三節(jié) 超聲波局部放電檢測及診斷方法一、檢測方法（一）概述當(dāng)前電力設(shè)備局部放電檢測中，基于超聲波原理的檢測主要分為帶電檢測和在線監(jiān)測兩種方法。建議為一人操作。3）合理使用超聲硅脂，超聲波信號大部分在超聲波頻段范圍，在不同介質(zhì)（如金屬與非金屬、固體與氣體）的交界面，信號會有明顯的衰減。檢測現(xiàn)場附近的排風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)、施工機(jī)械摩擦、物體與GIS殼體摩擦、臨近的帶電導(dǎo)體電暈等都會帶來干擾。所以檢測者可以通過檢測信號的周期性和對稱性等特征來判斷信號是否源于局部放電之外的其它原因。6 開關(guān)柜超聲波局部放電帶電檢測的技術(shù)要點高壓開關(guān)柜內(nèi)產(chǎn)生局部放電時的超聲波信號可以利用非接觸式超聲波傳感器在縫隙處進(jìn)行檢測，也可以利用接觸式超聲波傳感器在殼體上進(jìn)行檢測。將判斷閾值與開關(guān)柜的檢測結(jié)果做出比較，分析比較結(jié)果來判斷開關(guān)柜