電氣設備局部放電超聲波檢測研究論文

　　摘要：:近年來(lái)，國家電力工業(yè)迅速發(fā)展，國家電網(wǎng)規模不斷擴大，電壓等級也在不斷地提高，同時(shí)也對電氣設備的運行提出了較高要求，基于此，本文針對電氣設備局部放電的超聲波檢測進(jìn)行了詳細研究。首先從超聲波檢測原理和超聲波檢測系統兩個(gè)方面分析超聲波檢測技術(shù)，然后通過(guò)具體的實(shí)驗，得出實(shí)驗結果，從而明確電氣設備局部放電中的超聲波檢測技術(shù)特點(diǎn)，以此確定有效檢測電氣設備局部放電的手段。

　　關(guān)鍵詞：:超聲波檢測原理;局部放電;聲波分量;壓電傳感器

　　局部放電會(huì )對電氣設備造成不良影響，如果長(cháng)期存在局部放電，那么電氣設備的老化速度就會(huì )加快，因此必須要定期對電氣設備進(jìn)行局部放電實(shí)驗，以此保證設備的正常運行。通過(guò)局部放電實(shí)驗確定檢測電氣設備局部放電的有效技術(shù)，也能夠了解設備的絕緣狀況。而在電氣設備局部放電時(shí)，會(huì )產(chǎn)生電脈沖、超聲波、局部過(guò)熱等情況，因此出現了多種不同的檢測方法，而本文主要針對超聲波檢測方法進(jìn)行分析。

　　一、電氣設備局部放電的超聲波檢測原理和系統分析

　　(一)超聲波檢測原理

　　造成電氣設備出現局部放電的原因是因為絕緣故障，所以當發(fā)生局部放電時(shí)，區域內的分子會(huì )形成劇烈的撞擊，同時(shí)介質(zhì)也會(huì )受到影響，發(fā)生瞬時(shí)體積改變的`情況，還會(huì )產(chǎn)生反射和折射現象，在分子介質(zhì)等因素下，從宏觀(guān)上產(chǎn)生一定的脈沖壓力波，超聲波就是其中的聲波分量之一。［1］如果此時(shí)在設備外部安裝相應的聲電轉換器，就可以將聲音信號轉化為電信號，從而將聲音信號轉變?yōu)殡娦盘�，�?jīng)過(guò)相應的處理后，就可以得到局部放電信息的特征量。在常見(jiàn)的設備局部放電實(shí)驗中，超聲波檢測方法不會(huì )受到電氣干擾，也可以實(shí)現遠距離無(wú)線(xiàn)測量，和其他幾種傳統檢測方法相比，具有著(zhù)無(wú)法替代的優(yōu)點(diǎn)，不僅如此，超聲波檢測在檢測大容量電容器時(shí)，靈敏度較高，甚至高于電脈沖法。

　　(二)超聲波檢測系統

　　超聲波系統中包括了壓電傳感器、前置儀表放大、濾波電路、數字存儲示波器、主放大電路等部分，在完成具體的檢測后，得到的檢測結果就會(huì )輸入到計算機中進(jìn)行處理。在超聲波檢測系統中可以將壓電傳感器轉換為超聲波換能器，利用該超聲波換能器將超聲信號轉換為電信號，需要注意的是檢測系統中的核心部位為進(jìn)口鍍膜壓電晶片，以此將頻率誤差控制在最小范圍內。而在外部結構中采用了多層阻抗匹配、被襯材料，以此提高信號接收靈敏度，保證換能器的穩定性，在對電氣設備局部放電的超聲波信號進(jìn)行頻譜分析后，發(fā)現局部放電信號能量一般集中在40～200kHz頻率內。因此，本文選擇了兩種不同的傳感器型號進(jìn)行檢測，分別為40kHz和50kHz頻率，寬帶約為2kHz。

　　二、電氣設備局部放電的超聲波檢測實(shí)驗結果及分析

　　為了進(jìn)一步驗證電氣設備局部放電的超聲波檢測的有效性，在實(shí)際應用過(guò)程中，分別針對低壓放電(＜100V)和高壓放電(＞20kV)兩個(gè)方面展開(kāi)具體的分析。首先以低壓放電檢測為例，根據實(shí)際的結可以看出，隨著(zhù)檢測距離逐漸加大，信號的幅值得到全面的減小，可以說(shuō)是原有的一半比例，將信號幅值和聲信號進(jìn)行轉換，以此可以得到超聲波在空氣中的傳播，根據聲信號能量和信號幅值平方之間的正比例關(guān)系，可知信號強弱和放電源距離平方屬于反比例關(guān)系。在此基礎上，分別針對40kHz～50kHz頻率的傳感器進(jìn)行分析，可以發(fā)現50kHz頻率監測到幅值小于40kHz頻率。但是需要注意的是，超聲波信號傳輸過(guò)程中穿透障礙物和金屬物的能力相對較差，如果障礙物的體積、厚度等相對較大，就要使用強放電源重新進(jìn)行檢測。下圖為40kHz傳感器在強放電源4m處的檢測結果，根據40kHz傳感器在弱放電源和強放電源4m處的檢測結果可知，當放電強度發(fā)生變化后，檢測到的信號幅值發(fā)生了變化，強放電源的信號傳播距離更遠，幅值更大，但是二者持續的時(shí)間相同，且衰減過(guò)程也較為相似，時(shí)間只有1ms。最后選擇構造極為簡(jiǎn)單的壓電傳感器進(jìn)行測量，雖然傳感器體積減小，靈敏度相對提高，但是因為壓電晶片直接暴露在空氣中，導致傳感器的抗干擾能力下降，適用范圍也受到了一定的限制。［2］由此可知，壓電傳感器中心頻率越小、體積越大，超聲波檢測的有效距離就會(huì )隨之提高，并且對信號方向極為敏感，但隨著(zhù)偏移角度的增加，信號也會(huì )迅速減小，因此必須要有效調整傳感器可以接收信號的角度。此外，當電器設備出現局部放電時(shí)，會(huì )產(chǎn)生近40kHz頻率分量的超聲波信號，而且信號從開(kāi)始到消失經(jīng)歷的時(shí)間并不確定，也不會(huì )因為其他因素而發(fā)生改變，因此在使用超聲波對電氣設備局部放電進(jìn)行分析時(shí)，必須要注意以上幾點(diǎn)問(wèn)題，以此保證檢測結果的準確性。

　　三、總結

　　綜上所述，如果電氣設備中長(cháng)期存在局部放電問(wèn)題，會(huì )對設備的使用壽命造成嚴重的影響，嚴重的情況下還會(huì )造成絕緣破壞，繼而影響到設備的正常運行。通過(guò)本文對超聲波檢測法的分析，作為一種獨特的非電量測量法，其中融合了高電壓技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子測量技術(shù)等知識，因此超聲波信號的傳播較為復雜，但是利用這種檢測方式可以對不同放電點(diǎn)進(jìn)行在線(xiàn)監測，保證電氣設備的安全運行，延長(cháng)使用壽命。

　　參考文獻:

　�。�1］肖英偉，馮迎春，馮海清，等．電氣設備局部放電的超聲波檢測方法研究［J］．工程技術(shù):文摘版，2016(1):00120．

　�。�2］吳一帆，魏震，張琪，等．SF6氣體絕緣電氣設備局部放電超聲波檢測與應用［J］．通訊世界，2016(23):170-171．

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