電氣設(shè)備局部放電超聲波檢測研究論文
摘要：:近年來，國家電力工業(yè)迅速發(fā)展，國家電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電壓等級(jí)也在不斷地提高，同時(shí)也對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行提出了較高要求，基于此，本文針對(duì)電氣設(shè)備局部放電的超聲波檢測進(jìn)行了詳細(xì)研究。首先從超聲波檢測原理和超聲波檢測系統(tǒng)兩個(gè)方面分析超聲波檢測技術(shù)，然后通過具體的實(shí)驗(yàn)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而明確電氣設(shè)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(shè)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(duì)電氣設(shè)備造成不良影響，如果長期存在局部放電，那么電氣設(shè)備的老化速度就會(huì)加快，因此必須要定期對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行局部放電實(shí)驗(yàn)，以此保證設(shè)備的正常運(yùn)行。通過局部放電實(shí)驗(yàn)確定檢測電氣設(shè)備局部放電的有效技術(shù)，也能夠了解設(shè)備的絕緣狀況。而在電氣設(shè)備局部放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電脈沖、超聲波、局部過熱等情況，因此出現(xiàn)了多種不同的檢測方法，而本文主要針對(duì)超聲波檢測方法進(jìn)行分析。
一、電氣設(shè)備局部放電的超聲波檢測原理和系統(tǒng)分析
(一)超聲波檢測原理
造成電氣設(shè)備出現(xiàn)局部放電的原因是因?yàn)榻^緣故障，所以當(dāng)發(fā)生局部放電時(shí)，區(qū)域內(nèi)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(xiàn)象，在分子介質(zhì)等因素下，從宏觀上產(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(shè)備外部安裝相應(yīng)的聲電轉(zhuǎn)換器，就可以將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從而將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)過相應(yīng)的處理后，就可以得到局部放電信息的特征量。在常見的設(shè)備局部放電實(shí)驗(yàn)中，超聲波檢測方法不會(huì)受到電氣干擾，也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線測量，和其他幾種傳統(tǒng)檢測方法相比，具有著無法替代的優(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(tǒng)
超聲波系統(tǒng)中包括了壓電傳感器、前置儀表放大、濾波電路、數(shù)字存儲(chǔ)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(jié)果就會(huì)輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。在超聲波檢測系統(tǒng)中可以將壓電傳感器轉(zhuǎn)換為超聲波換能器，利用該超聲波換能器將超聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，需要注意的是檢測系統(tǒng)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(nèi)。而在外部結(jié)構(gòu)中采用了多層阻抗匹配、被襯材料，以此提高信號(hào)接收靈敏度，保證換能器的穩(wěn)定性，在對(duì)電氣設(shè)備局部放電的超聲波信號(hào)進(jìn)行頻譜分析后，發(fā)現(xiàn)局部放電信號(hào)能量一般集中在40～200kHz頻率內(nèi)。因此，本文選擇了兩種不同的傳感器型號(hào)進(jìn)行檢測，分別為40kHz和50kHz頻率，寬帶約為2kHz。
二、電氣設(shè)備局部放電的超聲波檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
為了進(jìn)一步驗(yàn)證電氣設(shè)備局部放電的超聲波檢測的有效性，在實(shí)際應(yīng)用過程中，分別針對(duì)低壓放電(＜100V)和高壓放電(＞20kV)兩個(gè)方面展開具體的分析。首先以低壓放電檢測為例，根據(jù)實(shí)際的結(jié)可以看出，隨著檢測距離逐漸加大，信號(hào)的幅值得到全面的減小，可以說是原有的一半比例，將信號(hào)幅值和聲信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以此可以得到超聲波在空氣中的傳播，根據(jù)聲信號(hào)能量和信號(hào)幅值平方之間的正比例關(guān)系，可知信號(hào)強(qiáng)弱和放電源距離平方屬于反比例關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，分別針對(duì)40kHz～50kHz頻率的傳感器進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)50kHz頻率監(jiān)測到幅值小于40kHz頻率。但是需要注意的是，超聲波信號(hào)傳輸過程中穿透障礙物和金屬物的能力相對(duì)較差，如果障礙物的體積、厚度等相對(duì)較大，就要使用強(qiáng)放電源重新進(jìn)行檢測。下圖為40kHz傳感器在強(qiáng)放電源4m處的檢測結(jié)果，根據(jù)40kHz傳感器在弱放電源和強(qiáng)放電源4m處的檢測結(jié)果可知，當(dāng)放電強(qiáng)度發(fā)生變化后，檢測到的信號(hào)幅值發(fā)生了變化，強(qiáng)放電源的信號(hào)傳播距離更遠(yuǎn)，幅值更大，但是二者持續(xù)的時(shí)間相同，且衰減過程也較為相似，時(shí)間只有1ms。最后選擇構(gòu)造極為簡單的壓電傳感器進(jìn)行測量，雖然傳感器體積減小，靈敏度相對(duì)提高，但是因?yàn)閴弘娋苯颖┞对诳諝庵校瑢?dǎo)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(duì)信號(hào)方向極為敏感，但隨著偏移角度的增加，信號(hào)也會(huì)迅速減小，因此必須要有效調(diào)整傳感器可以接收信號(hào)的角度。此外，當(dāng)電器設(shè)備出現(xiàn)局部放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生近40kHz頻率分量的超聲波信號(hào)，而且信號(hào)從開始到消失經(jīng)歷的時(shí)間并不確定，也不會(huì)因?yàn)槠渌蛩囟l(fā)生改變，因此在使用超聲波對(duì)電氣設(shè)備局部放電進(jìn)行分析時(shí)，必須要注意以上幾點(diǎn)問題，以此保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。
三、總結(jié)
綜上所述，如果電氣設(shè)備中長期存在局部放電問題，會(huì)對(duì)設(shè)備的使用壽命造成嚴(yán)重的影響，嚴(yán)重的情況下還會(huì)造成絕緣破壞，繼而影響到設(shè)備的正常運(yùn)行。通過本文對(duì)超聲波檢測法的分析，作為一種獨(dú)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(shí)，因此超聲波信號(hào)的傳播較為復(fù)雜，但是利用這種檢測方式可以對(duì)不同放電點(diǎn)進(jìn)行在線監(jiān)測，保證電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，延長使用壽命。
參考文獻(xiàn):
［1］肖英偉，馮迎春，馮海清，等．電氣設(shè)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(shè)備局部放電超聲波檢測與應(yīng)用［J］．通訊世界，2016(23):170-171．
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