第4章 超声波局部放电检测技术.docx

第四章超声波局部放电检测技术第一节超声波局部放电检测技术概述一、发展历程超声波局部放电检测技术凭借其抗干扰能力及定位能力的优势，在众多的检测法中占有非常重要的地位。超声波法用于变压器局部放电检测最早始于上世纪40年代，但因为灵敏度低，易于受到外界干扰等原因一直没有得到广泛的应用。上世纪80年代以来随着微电子技术和信号处理技术的飞速发展，由于压电换能元件效率的提高和低噪声的集成元件放大器的应用，超声波法的灵敏度和抗干扰能力得到了很大提高，其在实际中的应用才重新得到重视。挪威电科院的L.E.Lundgaard.从上世纪70年代末开始研究局部放电的超声检测法，并于1992年发表了介绍超声检测局部放电的基本理论及其在变压器、电容器、电缆、户外绝缘子、空气绝缘开关中的应用情况的文章。随后美国西屋公司的Ron Harrold对大电容的局部放电超声检测进行了研究，并初步探索了超声波检测的幅值与脉冲电流法测量视在放电量之间的关系。2000年，澳大利亚的西门子研究机构使用超声波和射频电磁波联合检测技术监测变压器中的局部放电活动。2002年，法国ALSTOM输配电局的研究人员对变压器中的典型局部放电超声波信号的传播与衰减进行了比较研究。2005年德国Ekard Grossman和Kurt Feser发表了基于优化的声发射技术的油纸绝缘设备的局部放电在线测试方法，通过使用二维傅里叶变换对信号进行处理，可达10pC的检测灵敏度。同一年，南韩电力研究所研究员发表了关于电力变压器局放超声波信号及噪声的分析方法的文章。国内清华大学、华北电力大学、西安交通大学、武汉高压所等科研机构自上世纪90年代开始逐渐开展超声波局部放电检测的研究。西安交通大学提出了相控定位方法，先通过时延算出放电的距离，再根据相控阵扫描的角度确定放电的空间位置。武高所开发了JFD系列超声定位系统，其对一般变压器放电定位误差可小于10cm。经过几十年的发展，目前超声波局部放电检测已经成为局部放电检测的主要方法之一，特别是在带电检测定位方面。该方法具有可以避免电磁干扰的影响、可以方便地定位以及应用范围广泛等优点。传统的超声波局部放电检测法是利用固定在电力设备外壁上的超声波传感器接收设备内部局部放电产生的超声波脉冲，由此来检测局部放电的大小和位置。由于此方法受电气干扰的影响比较小以及它在局部放电定位中的广泛应用，人们对超声波法的研究逐渐深入。目前，超声波检测局部放电的研究工作主要集中在定位方面，原因是与电测法相比，超声波的传播速度较慢，对检测系统的速度与精度要求较低，且其空间传播方向性强。在利用超声波进行局部放电量大小确定和模式识别方面的工作相对较少，上世纪80年代德国和日本科学家曾在此方面进行过研究，近年来有学者提出了利用频谱识别局部放电模式的新方法，其研究也取得了一些新成果，但目前仍处于实验室研究阶段，现场应用情况并不理想。此外，将超声波法与射频电磁波法（包括射频法和特高频法）联合起来进行局部放电定位的声电联合法成为一个新的发展趋势，在工程实际中得到了较为广泛的应用。二、技术分类及特点尽管脉冲电流法是局部放电研究的基础，但是电脉冲信号在现场检测时会有很大的干扰，很难正确得到放电信号，另外还存在在线结果与离线结果的等效性等问题。超声波检测法具有以下特点。1、抗电磁干扰能力强目前采用的超声波局部放电检测法是利用超声波传感器在电力设备的外壳部分进行检测。电力设备在运行过程中存在着较强的电磁干扰，而超声波检测是非电检测方法，其检测频段可以有效躲开电磁干扰，取得更好的检测效果。2、便于实现放电定位确定局部放电位置既可以为设备缺陷的诊断提供有效的数据参考，也可以减少检修时间。超声波信号在传播过程中具有很强的方向性，能量集中，因此在检测过程中易于得到定向而集中的波束，从而方便进行定位。在实际应用中，GIS设备常采用幅值定位法，它是基于超声波信号的衰减特性实现的；变压器常采用空间定位法，目前市面上已有比较成熟的定位系统。3、适应范围广泛超声波局部放电检测可以广泛应用于各类一次设备。根据超声波信号传播途径的不同，超声波局部放电检测可分为接触式检测和非接触式检测。接触式超声波检测主要用于检测如GIS、变压器等设备外壳表面的超声波信号，而非接触式超声波检测可用于检测开关柜、配电线路等设备。与此同时，超声波局部放电检测技术也存在一定的不足，如对于内部缺陷不敏感、受机械振动干扰较大、进行放电类型模式识别难度大以及检测范围小等。因此，在实际应用中，如GIS、变压器等设备的超声波局部放电检测既可以进行全站普测，也可以与特高频法、高频法等其他检测方式相配合，用于对疑似缺陷的精确定位；而开关柜类设备由于其体积较小，利用超声波可对配电所、开闭站等进行快速的巡检，具有较高的检测效率。目前，超声波局部放电检测范围涵盖变压器、GI