電氣設備局部放電超聲波檢測研究論文
摘要：:近年來，國家電力工業迅速發展，國家電網規模不斷擴大，電壓等級也在不斷地提高，同時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方面分析超聲波檢測技術，然后通過具體的實驗，得出實驗結果，從而明確電氣設備局部放電中的超聲波檢測技術特點，以此確定有效檢測電氣設備局部放電的手段。
關鍵詞：: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備造成不良影響，如果長期存在局部放電，那么電氣設備的老化速度就會加快，因此必須要定期對電氣設備進行局部放電實驗，以此保證設備的正常運行。通過局部放電實驗確定檢測電氣設備局部放電的有效技術，也能夠了解設備的絕緣狀況。而在電氣設備局部放電時，會產生電脈沖、超聲波、局部過熱等情況，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，所以當發生局部放電時，區域內的分子會形成劇烈的撞擊，同時介質也會受到影響，發生瞬時體積改變的`情況，還會產生反射和折射現象，在分子介質等因素下，從宏觀上產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為電信號，經過相應的處理后，就可以得到局部放電信息的特征量。在常見的設備局部放電實驗中，超聲波檢測方法不會受到電氣干擾，也可以實現遠距離無線測量，和其他幾種傳統檢測方法相比，具有著無法替代的優點，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
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輸入到計算機中進行處理。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行頻譜分析后，發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驗結果及分析
為了進一步驗證電氣設備局部放電的超聲波檢測的有效性，在實際應用過程中，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，根據實際的結可以看出，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系，可知信號強弱和放電源距離平方屬于反比例關系。在此基礎上，分別針對40kHz～50kHz頻率的傳感器進行分析，可以發現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，當放電強度發生變化后，檢測到的信號幅值發生了變化，強放電源的信號傳播距離更遠，幅值更大，但是二者持續的時間相同，且衰減過程也較為相似，時間只有1ms。最后選擇構造極為簡單的壓電傳感器進行測量，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，會產生近40kHz頻率分量的超聲波信號，而且信號從開始到消失經歷的時間并不確定，也不會因為其他因素而發生改變，因此在使用超聲波對電氣設備局部放電進行分析時，必須要注意以上幾點問題，以此保證檢測結果的準確性。
三、總結
綜上所述，如果電氣設備中長期存在局部放電問題，會對設備的使用壽命造成嚴重的影響，嚴重的情況下還會造成絕緣破壞，繼而影響到設備的正常運行。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、傳感器技術、電子測量技術等知識，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進行在線監測，保證電氣設備的安全運行，延長使用壽命。
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: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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