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，電壓等級也在不斷地提高，同時也對電氣設(shè)備的運(yùn)行提出了較高要求，基于此，本文針對電氣設(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)兩個方面分析超聲波檢測技術(shù)，然后通過具體的實驗，得出實驗結(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，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
局部放電會對電氣設(shè)備造成不良影響，如果長期存在局部放電，那么電氣設(shè)備的老化速度就會加快，因此必須要定期對電氣設(shè)備進(jìn)行局部放電實驗，以此保證設(shè)備的正常運(yùn)行。通過局部放電實驗確定檢測電氣設(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，會產(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為絕緣故障，所以當(dāng)發(fā)生局部放電時，區(qū)域內(nèi)的分子會形成劇烈的撞擊，同時介質(zhì)也會受到影響，發(fā)生瞬時體積改變的`情況，還會產(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，就可以將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，從而將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘�，�?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)備局部放電實驗中，超聲波檢測方法不會受到電氣干擾，也可以實現(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，不僅如此，超聲波檢測在檢測大容量電容器時，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)果就會輸入到計算機(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轉(zhuǎn)換為電信號，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，以此提高信號接收靈敏度，保證換能器的穩(wěn)定性，在對電氣設(shè)備局部放電的超聲波信號進(jìn)行頻譜分析后，發(fā)現(xiàn)局部放電信號能量一般集中在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驗結(jié)果及分析
為了進(jìn)一步驗證電氣設(shè)備局部放電的超聲波檢測的有效性，在實際應(yīng)用過程中，分別針對低壓放電(＜100V)和高壓放電(＞20kV)兩個方面展開具體的分析。首先以低壓放電檢測為例，根據(jù)實際的結(jié)可以看出，隨著檢測距離逐漸加大，信號的幅值得到全面的減小，可以說是原有的一半比例，將信號幅值和聲信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以此可以得到超聲波在空氣中的傳播，根據(jù)聲信號能量和信號幅值平方之間的正比例關(guān)系，可知信號強(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，超聲波信號傳輸過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(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，檢測到的信號幅值發(fā)生了變化，強(qiáng)放電源的信號傳播距離更遠(yuǎn)，幅值更大，但是二者持續(xù)的時間相同，且衰減過程也較為相似，時間只有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，靈敏度相對提高，但是因為壓電晶片直接暴露在空氣中，導(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隨之提高，并且對信號方向極為敏感，但隨著偏移角度的增加，信號也會迅速減小，因此必須要有效調(diào)整傳感器可以接收信號的角度。此外，當(dāng)電器設(shè)備出現(xiàn)局部放電時，會產(chǎn)生近40kHz頻率分量的超聲波信號，而且信號從開始到消失經(jīng)歷的時間并不確定，也不會因為其他因素而發(fā)生改變，因此在使用超聲波對電氣設(shè)備局部放電進(jìn)行分析時，必須要注意以上幾點問題，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，會對設(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(fù)雜，但是利用這種檢測方式可以對不同放電點進(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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