【正文】 則稱 Mm 為該物體的質(zhì)量。由于數(shù)學(xué)是從具體物理過程中抽象出來的“空間的形式和數(shù)量的關(guān)系”，因此數(shù)學(xué)形式上的相似性必然在一定程度上反映了物理本質(zhì)上存在著某些共同的規(guī)律性 [26] 。 電 力 聲類比 電磁振蕩、力學(xué)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(xué)碩士論文 第二章 超聲局放信號的產(chǎn)生機(jī)理和傳播特性 第 10 頁 研究對象構(gòu)成了他們的特殊性；另一方面，他們雖然屬于不同的領(lǐng)域，表面上似乎互不關(guān)聯(lián)，但仔細(xì)研究他們的規(guī)律時，在數(shù)學(xué)上往往都?xì)w結(jié)為相同形式的微分方程。下面我們以氣泡為例分析局部放電產(chǎn)生超聲波過程 [25]。對聚乙烯材料的實(shí)驗(yàn)證明，電樹枝的增長率與測得的聲壓大小有關(guān)，樹枝增長快時，測得的聲壓高 [15]。在液體材料中，放電往往發(fā)生在液體含有的氣泡中，氣泡在放電時爆裂，把大氣泡分裂成更小的氣泡；也可能擾動液體，氣泡在液體中 移動，所有這些都會造成壓力的變化而發(fā)出聲波。 局部放電產(chǎn)生超聲波原理 眾所周知， 聲波是一種機(jī)械振動波。 如前所述， GIS發(fā)生局部放電時分子間劇烈碰撞并在宏觀上瞬間形 成一種壓力，產(chǎn)生超聲波脈沖，其中包含橫波、縱波和表面波。第八章 為本課題做了總結(jié)以及展望。 本文的章節(jié)安排 本文 的章節(jié)安排如下： 第一章 論述了局部放電 的 基本概念 和常見的局放檢測方法 ， 重點(diǎn)介紹了超聲檢測法的概念及其現(xiàn)狀 ；第二章 介紹了超聲局放信號的信號特征和傳播特性 ；第三章介紹了 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)參數(shù) ， 第四章介紹了模擬信號調(diào)理電路，其中包括 前置信號調(diào)理電路和程 控信號調(diào)理電路兩部分 ，詳細(xì)論述了各部分的設(shè)計(jì)思路并予以實(shí)現(xiàn)；第 五 章介紹了基于 FPGA 的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) ，詳細(xì)介紹了各模塊的設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法 ；第 六 章介紹了 基于 ARM 的專家診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了具體的診斷策略，并給出了多種不同的診斷結(jié)論。 4) 設(shè)計(jì)專家診斷系統(tǒng)，對復(fù)雜的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，使系統(tǒng)能自動判斷故障類型及故障嚴(yán)重程度，并提供簡要的故障定位信息。 3) 設(shè)計(jì)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ，實(shí)現(xiàn)對 局部放電 信號的連續(xù)高速采樣和處理，上海交通大學(xué)碩士論文 第一章 緒論 第 8 頁 以 滿足對局部放電信號進(jìn)行檢測和處理的要求。 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(shè)計(jì)方案，性能指標(biāo)和功能指標(biāo)。 本文的主要 研究內(nèi)容 及章節(jié)安排 主要研究工作內(nèi)容 本文以國內(nèi)外現(xiàn)有的超聲局放檢測儀的性能指標(biāo)作為基本依據(jù)，并參考IEC60270 及 GB/T 73542022 標(biāo)準(zhǔn) ，設(shè)計(jì)了功能齊全、性能優(yōu)異的超聲局部放電檢測系統(tǒng)。 另外從局部放電產(chǎn)生超聲波的機(jī)理考慮 ， 輝光放電和亞輝光放電同樣產(chǎn)生超聲波，對這些超聲波信號的測量將彌補(bǔ)電脈沖法在局部放電測量時的不足 ， 對它的進(jìn)一步研究將有可能產(chǎn)生新的局部放電測量標(biāo)準(zhǔn) 。 近年來人們又對 利用頻譜識別局部放電模式提出了新的上海交通大學(xué)碩士論文 第一章 緒論 第 7 頁 見解 ， 隨著非線性科學(xué)和非確定性科學(xué)的發(fā)展 ， 為利用超聲波對局部放電進(jìn)行模式識別和定量提供了新的方法 ， 其研究也取得了一些新的成果 [17]，因此在先進(jìn)的傳感器以及數(shù)學(xué)分析工具的支持下 ， 有望利用超聲波法實(shí)現(xiàn)變壓器局部放電的模式識別和定量分析 。 可望實(shí)現(xiàn)利用超聲波法進(jìn)行模式識別和定量分析 利用超聲波法進(jìn)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(diǎn) 。 這幾種方法都能幫助人們尋找局部放電位置 ， 前兩種方法只能確定大致部位 ， 而不是空間精確位置 ； X射線法需要外加 X射線發(fā)生裝置在線定位存在一定的困難 ； 而超聲波定位方法是根據(jù)衛(wèi)星定位原理 實(shí)現(xiàn)的 ， 從理論上講 ， 可以做到精確定位 ， 在線檢測方便 。 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 。 超聲波法檢測 GIS局部放電具有以 下特點(diǎn) : 易于實(shí)現(xiàn)在線檢測 目前采用的超聲波法檢測 GIS局部放電是利用超聲波傳感器貼在接地的 GIS外殼上進(jìn)行檢測，對 GIS的運(yùn)行和操作沒有任何影響。而目前現(xiàn)場 工程技術(shù)人員往往更關(guān)心運(yùn)行 的電力設(shè)備的 局部放電檢測問題，特別是當(dāng)放電量較大時，通過檢測局部放電以確定 設(shè)備 絕緣的損壞程度，而這種情況適合超聲波法檢測。目前聲測法在電力電容器、電力變壓器、GIS等電工設(shè)備的局部放電檢測中的應(yīng)用越來越廣泛。 由于聲電傳感器效率的提高和電子放大技術(shù)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。此時，局部放電源可看 作點(diǎn)脈沖聲源，聲波以球面波的形式向四周傳播，遵循機(jī)械波的傳播規(guī)律，在不同介質(zhì)中傳播速度不同，且介質(zhì)交界處會產(chǎn)生反射和折射現(xiàn)象。 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(xué)法 光學(xué)法 優(yōu)點(diǎn) 簡單；靈敏度較高 靈敏度高；可用于運(yùn)行中設(shè)備 靈敏度高；抗電磁干擾能力強(qiáng) 不受電磁干擾 不受電磁干擾 缺點(diǎn) 運(yùn)行設(shè)備不能使用；信噪比低 造價高 結(jié)構(gòu)復(fù)雜；要求豐富經(jīng)驗(yàn)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(dá)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(yán)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。 目前聲學(xué)檢測法適宜于現(xiàn)場檢測 ， 而 UHF法可用于局放的連續(xù)在線監(jiān)測 ， 化學(xué)和光學(xué)檢測法的靈敏度較低 ， 一般不用于在線檢測 。 上海交通大學(xué)碩士論文 第一章 緒論 第 5 頁 2) 聲學(xué)和 UHF法可對局放源進(jìn)行定位 ， 而常規(guī)電測法不可以 。該方法抗電氣干擾的能力強(qiáng)， 大量的研究表明，通 過超聲波信號測量，可對變壓器等電氣設(shè)備的局部放電進(jìn)行檢測、檢測和定位 [1516]。早在七十年代末， 、 等學(xué)者就對變壓器內(nèi)部放電的超聲特性及超聲檢測方法進(jìn)行了研究。 5) 超 聲 檢測 法。該方法最大的優(yōu)點(diǎn)是不存在復(fù)雜的抗干擾問題。 當(dāng)電力設(shè)備絕緣中發(fā)生局部放電時 ， 各種絕緣材料會發(fā)生分解破壞、產(chǎn)生新的生成物， 尤其是一些融于油中的特殊氣體，如 CO C2H CH C2H4 等。 但是由于光測法設(shè)備復(fù)雜昂貴、靈敏度低，且需要被檢測物質(zhì)對光是透明的， 所以 現(xiàn)場應(yīng)用的實(shí)例 十分有限。光測法是通過檢測局部放電產(chǎn)生的光輻射作為測量依據(jù)的。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】。前者中心頻率在 500MHz 以上，帶寬十幾 MHz 或幾十 MHz，后者帶寬可達(dá)數(shù) GHz。該方法于 20 世紀(jì) 80 年代初期由英國中央電 力局（ CEGB）提出 [13]。但是該方法易于收到外部的電磁干擾，且該方法無法對局放源進(jìn)行定位【 11】。 它 是通過檢測線路中由局部放電產(chǎn)生的脈沖信號來判斷局部放電的水平。 簡單介紹如下【 812】 ： 1) 脈沖電流法。因此與這些現(xiàn)象相對應(yīng)，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。通過能表述該現(xiàn)象的物理量來表征局部放電的狀態(tài)。 對電力設(shè)備進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，不但能夠了解設(shè)備的絕緣 狀況，還能及時發(fā)現(xiàn)許多有關(guān)制造和安裝方面的問題，確定絕緣故障的原因及嚴(yán)重程度 [7]。表 11 表示這一破壞過程。 上海交通大學(xué)碩士論文 第一章 緒論 第 3 頁 局部放電產(chǎn)生的 危害 雖然局部放電的放電能量很小，在短時間內(nèi)不會 引起絕緣的穿透性擊穿，但可以導(dǎo)致電介質(zhì)（特別是有機(jī)電介質(zhì)）的局部損壞 [5,6]。絕緣體中的氣泡可能是產(chǎn)品制造過程留下的，也可能是在產(chǎn)品運(yùn)行中由于熱脹冷縮在不同的材料的界面上出現(xiàn)了裂縫，或者因絕緣材料老化而分解出氣體。在電場的作用下，介質(zhì)的電場強(qiáng)度是反比于介電常數(shù)的，因此介電常數(shù)小的介質(zhì)中的電場強(qiáng)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(zhì)。 如油浸式變壓器絕緣結(jié)構(gòu)主要由油 、紙 、 紙板和其它一些固體絕緣材料組成 ， 由于絕緣材料性質(zhì)不同 ， 以及絕緣內(nèi)部存在氣泡及雜質(zhì) ， 加上設(shè)計(jì)或制造上的原因 ， 使油隙、油角、空氣隙、有懸浮電位的金屬體、金屬尖角和固體絕緣表面等處極易產(chǎn)生局部放電。對于油紙絕緣，往往是 iu eu ，而對于固體絕緣結(jié)構(gòu)， iu 與 eu 相差不大， 固體絕緣內(nèi)部的放電還可能出現(xiàn)。 5) 放電熄滅電壓 eu 當(dāng)加于試品上的電壓從已測到局部放電的較高值逐漸降低時，直至觀察不到局部放電時，外加電壓的最高值就是放電熄滅電壓。 4) 起始放電電壓 iu 當(dāng)試品上外加電壓逐漸上升，達(dá)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。 3) 放電重復(fù)率 N 在放電測試時間內(nèi)，每秒鐘出現(xiàn)放電次數(shù)的平均值稱為放電重復(fù)率，其單位為次 /s。 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 ? 。 [2]” 局部放電 的表征參數(shù) 局部放電可以通過多種表征參數(shù)來描繪其狀態(tài)，局部放電表征參數(shù)主要有視在放電電荷 q、放電相位 ? 、放電重復(fù)率、起始放電電壓 iu 、放電熄滅電壓 eu 等。 根據(jù)國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)IEC60270 的定義： “ 局部放電是指導(dǎo)體間絕緣僅部分橋接的一種電氣放電。 學(xué)位論文作者簽名： 日期： 年 月 日 上海交通大學(xué)碩士論文 第一章 緒論 III 目 錄 目錄 ................................................................................................................................................ III 第一章 緒論 ............................................................................................................................... 1 局部放電概述 ............................................................................................................... 1 局部放電的定義 ............................................................................................... 1 局部放電的表征參數(shù) ....................................................................................... 1 局部放電產(chǎn)生的原因 ....................................................................................... 2 局部放電產(chǎn)生的危害 ....................................................................................... 3 局部放電的檢測方法 ................................................................................................... 3 超聲檢測法概述 ........................................................................................................... 5 本文的主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排 ............................................................................... 7 主要研究工作內(nèi)容 ..