第4章-超聲波局部放電檢測技術(shù)37頁

1、第四章 超聲波局部放電檢測技術(shù)目 錄第一節(jié) 超聲波局部放電檢測技術(shù)概述3一、發(fā)展歷程3二、技術(shù)分類及特點4三、應(yīng)用情況5第二節(jié) 超聲波局部放電檢測技術(shù)基本原理6一、超聲波的基本知識6二、超聲波局部放電檢測基本原理8三、超聲波局部放電檢測裝置組成及原理10（一）硬件系統(tǒng)11（二）軟件系統(tǒng)13第三節(jié) 超聲波局部放電檢測及診斷方法15一、檢測方法15（一）概述15（二）超聲波局部放電帶電檢測方法15二、診斷方法22（一）正常判斷依據(jù)22（二）有明顯缺陷的判斷依據(jù)23（三）疑似缺陷判斷依據(jù)23（四）不同類型設(shè)備超聲波局部放電的缺陷診斷24第四節(jié) 典型超聲波局部放電案例分析27一、110kV GIS設(shè)備

2、導(dǎo)向桿松動檢測27（一）案例經(jīng)過27（二）檢測分析方法27（三）經(jīng)驗體會30二、500kV變壓器內(nèi)部放電缺陷檢測30（一）案例經(jīng)過30（二）檢測分析方法31（三）經(jīng)驗體會33三、10kV開關(guān)柜局部放電檢測33（一）案例經(jīng)過33（二）檢測分析方法33（三）經(jīng)驗體會36參考文獻37第一節(jié) 超聲波局部放電檢測技術(shù)概述一、發(fā)展歷程超聲波局部放電檢測技術(shù)憑借其抗干擾能力及定位能力的優(yōu)勢，在眾多的檢測法中占有非常重要的地位。超聲波法用于變壓器局部放電檢測最早始于上世紀(jì)40年代，但因為靈敏度低，易于受到外界干擾等原因一直沒有得到廣泛的應(yīng)用。上世紀(jì)80年代以來隨著微電子技術(shù)和信號處理技術(shù)的飛速發(fā)展，由于壓電換

3、能元件效率的提高和低噪聲的集成元件放大器的應(yīng)用，超聲波法的靈敏度和抗干擾能力得到了很大提高，其在實際中的應(yīng)用才重新得到重視。挪威電科院的L.E.Lundgaard.從上世紀(jì)70年代末開始研究局部放電的超聲檢測法，并于1992年發(fā)表了介紹超聲檢測局部放電的基本理論及其在變壓器、電容器、電纜、戶外絕緣子、空氣絕緣開關(guān)中的應(yīng)用情況的文章。隨后美國西屋公司的Ron Harrold對大電容的局部放電超聲檢測進行了研究，并初步探索了超聲波檢測的幅值與脈沖電流法測量視在放電量之間的關(guān)系。2000年，澳大利亞的西門子研究機構(gòu)使用超聲波和射頻電磁波聯(lián)合檢測技術(shù)監(jiān)測變壓器中的局部放電活動。2002年，法國ALST

4、OM輸配電局的研究人員對變壓器中的典型局部放電超聲波信號的傳播與衰減進行了比較研究。2005年德國Ekard Grossman和Kurt Feser發(fā)表了基于優(yōu)化的聲發(fā)射技術(shù)的油紙絕緣設(shè)備的局部放電在線測試方法，通過使用二維傅里葉變換對信號進行處理，可達10pC的檢測靈敏度。同一年，南韓電力研究所研究員發(fā)表了關(guān)于電力變壓器局放超聲波信號及噪聲的分析方法的文章。國內(nèi)清華大學(xué)、華北電力大學(xué)、西安交通大學(xué)、武漢高壓所等科研機構(gòu)自上世紀(jì)90年代開始逐漸開展超聲波局部放電檢測的研究。西安交通大學(xué)提出了相控定位方法，先通過時延算出放電的距離，再根據(jù)相控陣掃描的角度確定放電的空間位置。武高所開發(fā)了JFD系列

5、超聲定位系統(tǒng)，其對一般變壓器放電定位誤差可小于10cm。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前超聲波局部放電檢測已經(jīng)成為局部放電檢測的主要方法之一，特別是在帶電檢測定位方面。該方法具有可以避免電磁干擾的影響、可以方便地定位以及應(yīng)用范圍廣泛等優(yōu)點。傳統(tǒng)的超聲波局部放電檢測法是利用固定在電力設(shè)備外壁上的超聲波傳感器接收設(shè)備內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的超聲波脈沖，由此來檢測局部放電的大小和位置。由于此方法受電氣干擾的影響比較小以及它在局部放電定位中的廣泛應(yīng)用，人們對超聲波法的研究逐漸深入。目前，超聲波檢測局部放電的研究工作主要集中在定位方面，原因是與電測法相比，超聲波的傳播速度較慢，對檢測系統(tǒng)的速度與精度要求較低，且其空間傳

6、播方向性強。在利用超聲波進行局部放電量大小確定和模式識別方面的工作相對較少，上世紀(jì)80年代德國和日本科學(xué)家曾在此方面進行過研究，近年來有學(xué)者提出了利用頻譜識別局部放電模式的新方法，其研究也取得了一些新成果，但目前仍處于實驗室研究階段，現(xiàn)場應(yīng)用情況并不理想。此外，將超聲波法與射頻電磁波法（包括射頻法和特高頻法）聯(lián)合起來進行局部放電定位的聲電聯(lián)合法成為一個新的發(fā)展趨勢，在工程實際中得到了較為廣泛的應(yīng)用。二、技術(shù)分類及特點盡管脈沖電流法是局部放電研究的基礎(chǔ)，但是電脈沖信號在現(xiàn)場檢測時會有很大的干擾，很難正確得到放電信號，另外還存在在線結(jié)果與離線結(jié)果的等效性等問題。超聲波檢測法具有以下特點。1、抗電磁

7、干擾能力強目前采用的超聲波局部放電檢測法是利用超聲波傳感器在電力設(shè)備的外殼部分進行檢測。電力設(shè)備在運行過程中存在著較強的電磁干擾，而超聲波檢測是非電檢測方法，其檢測頻段可以有效躲開電磁干擾，取得更好的檢測效果。2、便于實現(xiàn)放電定位確定局部放電位置既可以為設(shè)備缺陷的診斷提供有效的數(shù)據(jù)參考，也可以減少檢修時間。超聲波信號在傳播過程中具有很強的方向性，能量集中，因此在檢測過程中易于得到定向而集中的波束，從而方便進行定位。在實際應(yīng)用中，GIS設(shè)備常采用幅值定位法，它是基于超聲波信號的衰減特性實現(xiàn)的；變壓器常采用空間定位法，目前市面上已有比較成熟的定位系統(tǒng)。3、適應(yīng)范圍廣泛超聲波局部放電檢測可以廣泛應(yīng)用

8、于各類一次設(shè)備。根據(jù)超聲波信號傳播途徑的不同，超聲波局部放電檢測可分為接觸式檢測和非接觸式檢測。接觸式超聲波檢測主要用于檢測如GIS、變壓器等設(shè)備外殼表面的超聲波信號，而非接觸式超聲波檢測可用于檢測開關(guān)柜、配電線路等設(shè)備。與此同時，超聲波局部放電檢測技術(shù)也存在一定的不足，如對于內(nèi)部缺陷不敏感、受機械振動干擾較大、進行放電類型模式識別難度大以及檢測范圍小等。因此，在實際應(yīng)用中，如GIS、變壓器等設(shè)備的超聲波局部放電檢測既可以進行全站普測，也可以與特高頻法、高頻法等其他檢測方式相配合，用于對疑似缺陷的精確定位；而開關(guān)柜類設(shè)備由于其體積較小，利用超聲波可對配電所、開閉站等進行快速的巡檢，具有較高的檢

9、測效率。目前，超聲波局部放電檢測范圍涵蓋變壓器、GIS組合電器、開關(guān)柜、電纜終端、架空輸電線路等各個電壓等級的各類一次設(shè)備。其中，變壓器和GIS的超聲波局部放電檢測通常采用接觸式方法，檢測時將超聲波傳感器（通常為壓電陶瓷材料）放置在設(shè)備外殼上，接收內(nèi)部發(fā)生局部放電時產(chǎn)生的異常信號；開關(guān)柜的超聲波檢測既可以采用非接觸式傳感器在柜體各接縫處進行檢測，也可以采用接觸式傳感器檢測由內(nèi)部傳播至柜體表面的超聲波信號；利用無損信號傳導(dǎo)桿可以將超聲波局部放電檢測法應(yīng)用于檢測電纜終端工藝不良等絕緣缺陷，該方法已經(jīng)取得了一定的應(yīng)用效果；在配網(wǎng)架空輸電線路巡線時，可通過一個超聲波傳感器接收線路上的絕緣缺陷所產(chǎn)生的放

10、電信號，對線路的運行狀況進行分析。在實際應(yīng)用中，由于超聲波檢測法具有出色的定位能力，其在變壓器和GIS設(shè)備巡檢過程中對內(nèi)部缺陷點的確認和定位得到了較為廣泛的應(yīng)用，而開關(guān)柜的超聲波檢測也廣泛應(yīng)用于配電設(shè)備的巡檢中。三、應(yīng)用情況隨著超聲波局部放電檢測技術(shù)研究的逐漸深入，其在全世界范圍內(nèi)得到了大量的推廣。目前，GIS、變壓器、開關(guān)柜等設(shè)備均有成熟的檢測裝置和儀器供選擇，各國在超聲波檢測領(lǐng)域也已積累了大量的檢測經(jīng)驗與發(fā)現(xiàn)缺陷設(shè)備的經(jīng)驗。2000年初，超聲波局部放電檢測技術(shù)開始引入國內(nèi)。2006年起，通過與新加坡新能源電網(wǎng)公司進行同業(yè)對標(biāo)，以北京、上海、天津為代表的一批國內(nèi)電網(wǎng)公司率先引進超聲波局放檢測

11、技術(shù)，開展現(xiàn)場檢測應(yīng)用，并成功發(fā)現(xiàn)了多起局部放電案例，為該技術(shù)的推廣應(yīng)用積累了寶貴經(jīng)驗。在過去的三年內(nèi)，國內(nèi)各電網(wǎng)公司均顯著增加了各類超聲波局部放電檢測裝置儀器的配備數(shù)量，國家電網(wǎng)公司僅2011年GIS、開關(guān)柜及電纜超聲波局部放電檢測裝置配置數(shù)量上漲了近20倍，可見超聲波檢測法在實際應(yīng)用中具有很強的實用性，得到了運行人員的充分肯定。該技術(shù)在2008年北京奧運會、2010年上海世博會等大型活動保電工作以及特高壓設(shè)備缺陷檢測中均發(fā)揮了重要的作用。國際電工委員會（IEC）TC42下屬工作組正在致力于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEC 62478的制訂工作，國內(nèi)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)制訂也正在進行中。國家電網(wǎng)公司在引入、推廣超聲波局

12、放檢測技術(shù)方面做了大量卓有成效的工作。2010年，在充分總結(jié)部分省市電力公司試點應(yīng)用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合狀態(tài)檢修工作的深入開展，國家電網(wǎng)公司頒布了電力設(shè)備帶電檢測技術(shù)規(guī)范（試行）和電力設(shè)備帶電檢測儀器配置原則（試行），首次在國家電網(wǎng)公司范圍內(nèi)統(tǒng)一了超聲波局放檢測的判據(jù)、周期和儀器配置標(biāo)準(zhǔn)，超聲波局放檢測技術(shù)在國家電網(wǎng)公司范圍全面推廣。2013年8月至2014年2月國家電網(wǎng)公司組織開展了超聲波局放檢測裝置性能檢測工作，首次對國內(nèi)市場上數(shù)十款超聲波帶電檢測儀器進行了綜合性能的檢測工作，對規(guī)范和引導(dǎo)國內(nèi)儀器開發(fā)和制造技術(shù)領(lǐng)域起到了積極推動作用。自2010年以來，國家電網(wǎng)公司先后舉辦了20余期電力設(shè)備狀

13、態(tài)檢測技術(shù)及技能培訓(xùn)工作，共培訓(xùn)技術(shù)與技能人員3000余人，培訓(xùn)內(nèi)容涉及超聲波局放檢測等多個項目，為該技術(shù)的推廣應(yīng)用打下了廣泛的人員基礎(chǔ)。第二節(jié) 超聲波局部放電檢測技術(shù)基本原理一、超聲波的基本知識超聲波是指振動頻率大于20kHz的聲波。因其頻率超出了人耳聽覺的一般上限，人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲波與聲波一樣，是物體機械振動狀態(tài)的傳播形式。按聲源在介質(zhì)中振動的方向與波在介質(zhì)中傳播的方向之間的關(guān)系，可以將超聲波分為縱波和橫波兩種形式。縱波又稱疏密波，其質(zhì)點運動方向與波的傳播方向一致，能存在于固體、液體和氣體介質(zhì)中；橫波，又稱剪切波，其質(zhì)點運動方向與波的傳播方向垂直，僅能存在于固體介質(zhì)中

14、。1 聲波的運動聲音以機械波的形式在介質(zhì)中傳播，換句話說，也就是對介質(zhì)的局部干擾的傳播。對于液體而言，局部干擾造成介質(zhì)的壓縮和膨脹，壓力的局部變化會造成介質(zhì)密度的局部變化和分子的位移，此過程被稱為粒子位移。在物理學(xué)中，對于聲波的運動有著更為正式的描述：（4-1）這里c指聲速。此描述聲波運動的通用微分方程是由描述連續(xù)性、動量守恒和介質(zhì)彈性的三個基本方程聯(lián)立而得。2 聲波的阻抗和強度聲在氣體中的傳播速度是由狀態(tài)方程決定的；對于液體，速度是由該液體的彈性決定的；對于固體，則是由胡克定律決定的。圖4-1顯示了作用在一小滴液體上的力。合成作用力使該顆粒以速度v移動。對于平面波，聲的壓強和顆粒的速度的比例

15、被稱為聲阻抗：（4-2）圖4-1作用于柱形聲學(xué)顆粒（聲線）上的力聲阻抗和電阻抗類似，并且當(dāng)壓強和速度異相的時候也可以是復(fù)數(shù)。但是，對于平面波，聲阻抗是標(biāo)量（Z=p0c）并被稱為介質(zhì)特征阻抗。聲波強度（單位時間內(nèi)通過介質(zhì)的聲波能量，單位為W/m2）是一個非常重要的物理量。聲波強度可以用峰值壓強P、峰值速度V的多種表達式表示，其中包括：（4-3）在實際應(yīng)用中，聲波強度也常用分貝（dB）來度量。3 聲波的反射、折射與衍射當(dāng)聲波穿透物體時，其強度會隨著與聲源距離的增加而衰減。導(dǎo)致這個現(xiàn)象的因素包括聲波的幾何空間傳播過程、聲波的吸收（聲波機械能轉(zhuǎn)為內(nèi)能的過程）以及波陣面的散射。這些現(xiàn)象都導(dǎo)致了聲波的強度

16、隨著與聲源間距離的不斷增大而不斷減小。在無損的介質(zhì)中，球面波強度與球面波陣面的面積成反比，圓柱波強度與相對于聲源的距離成反比，這樣的衰減被稱為空間衰減。因為此類衰減僅與波形傳播的空間幾何參數(shù)有關(guān)。圖4-2中描述的就是平面波、圓柱波及球型波在傳播過程的幾何空間衰減情況。圖4-2不同波陣面類型對應(yīng)的不同衰減情況當(dāng)聲波從一種媒介傳播到另一種具有不同密度或彈性的媒介時，就會發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，從而導(dǎo)致能量的衰減，如圖4-3所示。在平面波垂直入射的情況下，描述衰減的傳播系數(shù)由下式給出：（4-4）顯然，當(dāng)兩種媒介聲阻抗相差很大時，只有小部分垂直入射波可以穿過界面，其余全部被反射回原來的媒介中。在油和鋼鐵的

17、分界面上，壓力波的傳播系數(shù)是0.01，而在空氣和鋼鐵的分界面上，傳播系數(shù)為0.0016。圖4-3聲的折射與反射當(dāng)波以一定角度傾斜入射時，就會產(chǎn)生折射現(xiàn)象。Snell定律很好地定量地描述了折射現(xiàn)象。（4-5）如果cict并且入射波角度大于arcsin(ci/ct)，就會發(fā)生全反射。與其它所有的波一樣，聲波在遇到拐角或障礙物時也會發(fā)生衍射現(xiàn)象。當(dāng)波長與障礙物尺寸相差不大或遠大于障礙物尺寸時，衍射效果非常明顯；但是當(dāng)波長遠小于障礙物尺寸時，則幾乎不會發(fā)生衍射現(xiàn)象。4 聲波在氣體中的吸收衰減大部分氣體對聲波的吸收作用非常小，但是對于在某些條件下的某些氣體，比如六氟化硫和二氧化碳，吸收作用對于能量的衰減

18、意義重大。吸收作用與頻率的平方成正比，并與靜壓力成反比。在空氣中，吸收作用主要由空氣的濕度來決定。計算吸收作用的通用公式（不考慮松弛損耗）由等式（4-6）給出，式中是粘滯系數(shù)，是相速度，是平衡密度，是兩種介質(zhì)在常壓（Cp）、確定體積（Cv）下的摩爾比熱的比值，M是每摩爾的體積，是導(dǎo)熱系數(shù)。（4-6）二、超聲波局部放電檢測基本原理電力設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生局部放電信號的時候，會產(chǎn)生沖擊的振動及聲音。超聲波法（AE，Acoustic Emission，又稱聲發(fā)射法）通過在設(shè)備腔體外壁上安裝超聲波傳感器來測量局部放電信號。該方法的特點是傳感器與電力設(shè)備的電氣回路無任何聯(lián)系，不受電氣方面的干擾，但在現(xiàn)場使用時易

19、受周圍環(huán)境噪聲或設(shè)備機械振動的影響。由于超聲信號在電力設(shè)備常用絕緣材料中的衰減較大，超聲波檢測法的靈敏度和范圍有限，但具有定位準(zhǔn)確度高的優(yōu)點。局部放電區(qū)域很小，局部放電源通?？煽闯牲c聲源。超聲波局部放電檢測的原理示意圖如圖4-4。圖4-4 超聲波檢測局部放電基本原理聲波在氣體和液體中傳播的是縱波，縱波主要是靠振動方向平行于波傳播方向上的分子撞擊傳遞壓力。而聲波在固體中傳播的，除了縱波之外還有橫波。發(fā)生橫波時，質(zhì)點的振動方向垂直于波的傳播方向，這需要質(zhì)點間有足夠的引力，質(zhì)點振動才能帶動鄰近的質(zhì)點跟著振動，所以只有在固體或濃度很大的液體中才會出現(xiàn)橫波。當(dāng)縱波通過氣體或液體傳播到達金屬外殼時，將會出

20、現(xiàn)橫波，在金屬體中繼續(xù)傳播，如圖4-5所示。圖4-5 聲波的傳播路徑不同類型、不同頻率的聲波，在不同的溫度下，通過不同媒質(zhì)時的速率不同?？v波要比橫波快約1倍，頻率越高傳播速度越快，在礦物油中聲波傳播速度隨溫度的升高而下降。在氣體中聲波傳播速率相對較慢，在固體中聲波傳播要快得多。表4-1列出了縱波在20時幾種媒質(zhì)中的傳播速度。表4-1 20時縱波在不同媒質(zhì)中的傳播速度（m/s）媒質(zhì)速度媒質(zhì)速度媒質(zhì)速度空氣330油紙1420鋁6400SF6140聚四氟乙烯1350鋼6000礦物油1400聚乙烯2000銅4700瓷料56006200聚苯乙烯2320鑄鐵35005600天然橡膠1546環(huán)氧樹脂2400

21、2900不銹鋼56607390聲波的強弱，可以用聲壓幅值和聲波強度等參數(shù)來表示。聲壓是單位面積上所受的壓力，聲強是單位時間內(nèi)通過與波的傳播方向垂直的單位面積上的能量。聲強與聲壓的平方成正比，與聲阻抗成反比。聲波在媒質(zhì)中傳播會產(chǎn)生衰減，造成衰減的原因有很多，如波的擴散、反射和熱傳導(dǎo)等。在氣體和液體中，波的擴散是衰減的主要原因；在固體中，分子的撞擊把聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌⑹撬p的主要原因。理論上，若媒介本身是均勻無損耗的，則聲壓與聲源的距離成反比，聲強與聲源的距離的平方成反比。聲波在復(fù)合媒質(zhì)中傳播時，在不同媒質(zhì)的界面上，會產(chǎn)生反射，使穿透過的聲波變?nèi)?。?dāng)聲波從一種媒質(zhì)傳播到聲特性阻抗不匹配的另一種媒質(zhì)

22、時，會有很大的界面衰減。兩種媒質(zhì)的聲特性阻抗相差越大，造成的衰減就越大。聲波在傳播中的衰減，還與聲波的頻率有關(guān)，頻率越高衰減越大。在空氣中聲波的衰減約正比于頻率的2次方和1次方的差（即）；在液體中聲波的衰減約正比于頻率的2次方（）；而在固體中聲波的衰減約正比于頻率（）。表4-2給出了縱波在不同材料中傳播時的衰減情況。表4-2 縱波在幾種材料中傳播時的衰減材料頻率溫度（）衰減（dB/m）空氣50kHz20280.98SF640kHz202826.0鋁10MHz259.0鋼10MHz2521.5有機玻璃2.5MHz25250.0聚苯乙烯2.5MHz25100.0氯丁橡膠2.5MHz251000.0

23、聲波的傳播速率與聲波的衰減特性在超聲波局部放電定位應(yīng)用中起到了重要的理論支持。通過提取超聲波信號到達不同傳感器的時間差（TDOA，Time Difference of Arrival），利用其傳播速率即可實現(xiàn)對放電源的二維或三維定位，通過對比兩路或多路超聲波檢測信號的強度大小，即可實現(xiàn)對放電源的幅值定位。三、超聲波局部放電檢測裝置組成及原理典型的超聲波局部放電檢測裝置一般可分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。硬件系統(tǒng)用于檢測超聲波信號，軟件系統(tǒng)對所測得的數(shù)據(jù)進行分析和特征提取并做出診斷。硬件系統(tǒng)通常包括超聲波傳感器、信號處理與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如圖4-6所示；軟件系統(tǒng)包括人機交互界面與數(shù)據(jù)分析處理模塊

24、等。此外，根據(jù)現(xiàn)場檢測需要，還可配備信號傳導(dǎo)桿、耳機等配件，其中信號傳導(dǎo)桿主要用于開展電纜終端等設(shè)備局部放電檢測時，為保障檢測人員安全，將超聲波傳感器固定在被測設(shè)備表面；耳機則用于開關(guān)柜局部放電檢測時，通過可聽的聲音來確認是否有放電信號存在。超聲波傳感器信號處理與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前置放大器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)AD采樣數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)傳輸信號傳導(dǎo)桿耳機圖4-6 超聲波局部放電組成框圖（一）硬件系統(tǒng)1 超聲波傳感器超聲波傳感器將聲發(fā)源在被探測物體表面產(chǎn)生的機械振動轉(zhuǎn)換為電信號，它的輸出電壓是表面位移波和它的響應(yīng)函數(shù)的卷積。理想的傳感器應(yīng)該能同時測量樣品表面位移或速度的縱向和橫向分量，在整個頻譜范圍內(nèi)(0100MH

25、z或更大)能將機械振動線性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并具有足夠的靈敏度以探測很小的位移。目前人們還無法制造上述這種理想的傳感器，現(xiàn)在應(yīng)用的傳感器大部分由壓電元件組成，壓電元件通常采用鋯鈦酸鉛、鈦酸鉛、鈦酸鋇等多晶體和鈮酸鋰、碘酸鋰等單晶體，其中，鋯鈦酸鉛（PZT-5）接收靈敏度高，是聲發(fā)射傳感器常用壓電材料。電力設(shè)備局部放電檢測用超聲波傳感器通?？煞譃榻佑|式傳感器和非接觸式傳感器，如圖4-7所示。接觸式傳感器一般通過超聲耦合劑貼合在電力設(shè)備外殼上，檢測外殼上傳播的超聲波信號；非接觸式傳感器則是直接檢測空氣中的超聲波信號，其原理與接觸式傳感器基本一致。傳感器的特性包括頻響寬度、諧振頻率、幅度靈敏度、工作溫

26、度等。（a）非接觸式傳感器 （b）接觸式傳感器圖4-7 超聲波傳感器實物圖（1）頻響寬度。頻響寬度即為傳感器檢測過程中采集的信號頻率范圍，不同的傳感器其頻響寬度也有所不同，接觸式傳感器的頻響寬度大于非接觸式傳感器。在實際檢測中，典型的GIS用超聲波傳感器的頻響寬度一般為20kHz80kHz，變壓器用傳感器的頻響寬度一般為80kHz200kHz，開關(guān)柜用傳感器的頻響寬度一般為35kHz45kHz。（2）諧振頻率。諧振頻率也稱為中心頻率，當(dāng)加到傳感器兩端的信號頻率與晶片的諧振頻率相等時，傳感器輸出的能量最大，靈敏度也最高。不同的電力設(shè)備發(fā)生局部放電時，由于其放電機理、絕緣介質(zhì)以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，產(chǎn)

27、生的超聲波信號的頻率成分也不同，因此對應(yīng)的傳感器諧振頻率也有一定的差別。（3）幅度靈敏度。靈敏度是衡量傳感器對于較小的信號的采集能力，隨著頻率逐漸偏移諧振頻率，靈敏度也逐漸降低，因此選擇適當(dāng)?shù)闹C振頻率是保證較高的靈敏度的前提。（4）工作溫度。工作溫度是指傳感器能夠有效采集信號的溫度范圍。由于超聲波傳感器所采用的壓電材料的居里點一般較高，因此其工作溫度比較低，可以較長時間工作而不會失效，但一般要避免在過高的溫度下使用。上述傳感器特性受許多因素的影響，包括：1、晶片的形狀、尺寸及其彈性和壓電常數(shù)；2、晶片的阻尼塊及殼體中安裝方式；3、傳感器的耦合、安裝及試件的聲學(xué)特性。壓電晶片的諧振頻率（f）與其

28、厚度（t）的乘積為常數(shù)，約等于0.5倍波速（V），即ft0.5V，可見，晶片的諧振頻率與其厚度成反比。超聲波傳感器是超聲法局部放電檢測中的關(guān)鍵技術(shù)，在實際選用中應(yīng)結(jié)合工作頻帶，靈敏度，分辨率以及現(xiàn)場的安裝難易程度和經(jīng)濟效益問題等進行綜合衡量。在靈敏度要求不高的場合，一般選用諧振式壓電傳感器。光纖傳感器作為一種新發(fā)展起來的技術(shù)，有著很好的發(fā)展前景，但應(yīng)用有一定困難。對于現(xiàn)場狀況比較復(fù)雜的場合，在安裝方式可實現(xiàn)的條件下可以考慮不同的傳感器進行組合安裝，這種組合可以是不同傳感器對同一種安裝方式的組合，同一種傳感器不同頻帶寬度的組合，這樣一方面可提高檢測靈敏度，另一方面可排除干擾減少誤判，獲取更為豐富

29、的局部放電的信息。目前應(yīng)用最為廣泛的是以壓電陶瓷為材料的諧振式傳感器，它利用壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)，在局部放電產(chǎn)生的機械應(yīng)力波作用下發(fā)生形變產(chǎn)生交變電場。雖然局部放電及所產(chǎn)生的聲發(fā)射信號具有一定的隨機性，每次局部放電的聲波信號頻譜不同，但整個局部放電聲波信號的頻率分布范圍卻變化不大，基本處于20200kHz頻段，傳感器諧振頻率一般選擇在GIS為40kHz、變壓器為160kHz。常見的壓電型諧振傳感器的結(jié)構(gòu)形式如圖4-8所示，可分為單端式傳感器和差分式傳感器。單端式傳感器結(jié)構(gòu)比較簡單，且?guī)ж撦d能力強，但靈敏度略遜于差分式傳感器；差分式傳感器可以有效抑制共模干擾，具有較高的靈敏度，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且

30、帶負載能力較弱。（a）單端式 （b）差分式圖4-8 壓電型諧振超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)形式2 信號處理與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號處理與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般包括前端的模擬信號放大調(diào)理電路、高速A/D采樣、數(shù)據(jù)處理電路以及數(shù)據(jù)傳輸模塊。由于超聲波信號衰減速率較快，在前端對其進行就地放大是有必要的，且放大調(diào)理電路應(yīng)盡可能靠近傳感器。A/D采樣將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并送入數(shù)據(jù)處理電路進行分析和處理。數(shù)據(jù)傳輸模塊用于將處理后的數(shù)據(jù)顯示出來或傳入耳機等供檢測人員進行觀察。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)具有足夠的采樣速率和信號傳輸速率。高速的采樣速率保證傳感器采集到的信號能夠被完整地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，而不會發(fā)生混疊或失真；穩(wěn)定的信號傳輸速

31、率使得采樣后的數(shù)字信號能夠流暢地展現(xiàn)給檢測人員，并且具有較快的刷新速率，使得檢測過程中不致遺漏異常的信號。（二）軟件系統(tǒng)1 人機交互界面人機交互界面是指檢測裝置將其采集處理后的數(shù)據(jù)展現(xiàn)給檢測人員的平臺，一般可分為兩種。一種是通過操作系統(tǒng)編寫特定的軟件，在檢測裝置運行過程中通過軟件中的不同功能將各種分析數(shù)據(jù)顯示出來，供檢測人員進行分析。變壓器與GIS的超聲波局部放電檢測裝置通常為這種形式。另一種是將傳感器檢測到的信號參數(shù)以直觀的形式顯示出來，如開關(guān)柜的超聲波局部放電檢測通?？赏ㄟ^記錄信號幅值和聽放電聲音的方式來完成。2 數(shù)據(jù)的分析、處理和存儲超聲波局部放電檢測裝置通過對其采集的信號進行分析和處理

32、，利用人機交互界面將結(jié)果展現(xiàn)給檢測人員，即為檢測中的各種參數(shù)。常用的檢測模式包括連續(xù)模式、脈沖模式、相位模式、特征指數(shù)模式以及時域波形模式等，檢測的參數(shù)包括信號在一個工頻周期內(nèi)的有效值、周期峰值、被測信號與50Hz、100Hz的頻率相關(guān)性（即50Hz頻率成分、100Hz頻率成分）、信號的特征指數(shù)以及時域波形等。在利用超聲波局部放電檢測方法檢測開關(guān)柜時，檢測裝置通過混頻處理，將超聲波信號轉(zhuǎn)為人耳能夠聽到的聲音。由于檢測過程中存在一定的干擾源，檢測裝置顯示的超聲波強度可能會比較大，但是只要沒有在裝置中聽到異常的聲音，即可初步認定開關(guān)柜可能不存在放電現(xiàn)象。此外，超聲波局部放電檢測裝置均配有數(shù)據(jù)存儲功

33、能，在檢測背景噪聲信號以及可疑的異常信號時，可以對數(shù)據(jù)進行存儲，以便進行對比和分析。3 缺陷類型識別由于超聲波信號傳播具有較強的方向性特點，因此超聲波局部放電檢測被廣泛應(yīng)用于缺陷的精確定位，而其在缺陷類型的識別方面卻鮮有突破。目前，常用的超聲波局部放電檢測裝置對于缺陷類型的識別主要依靠檢測人員對檢測參數(shù)進行分析后加以判斷。第三節(jié) 超聲波局部放電檢測及診斷方法一、檢測方法（一）概述當(dāng)前電力設(shè)備局部放電檢測中，基于超聲波原理的檢測主要分為帶電檢測和在線監(jiān)測兩種方法。帶電檢測是當(dāng)前超聲波法在電氣設(shè)備局部放電檢測中應(yīng)用最廣泛的一種檢測方法；而國內(nèi)電力系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)安裝的幾套超聲波局部放電長期在線監(jiān)測系統(tǒng)受

34、技術(shù)和設(shè)備的穩(wěn)定性所限，性能不穩(wěn)定，出現(xiàn)高誤報率，應(yīng)用受到很大的限制，相關(guān)技術(shù)有待進一步的研究和完善。一般的，超聲波局部放電帶電檢測遵循如圖4-9所示的基本流程。在檢測開始前，通過對背景和檢測點超聲波信號有效值、幅值、頻率相關(guān)性、相位及原始波形的測定，判斷是否正常。如果有異常信號，就進一步分析確認所檢測的設(shè)備是否存在明顯缺陷，以確定缺陷的原因和位置；對于疑似缺陷、一些間歇性和不穩(wěn)定的異常信號，可以利用其它不同檢測手段如特高頻、紅外測溫、分解物分析、X射線等進行輔助檢測。超聲波局部放電檢測對顆粒、懸浮放電、尖端放電、松動、異物雜質(zhì)等缺陷均有較好的檢測效果，對絕緣子內(nèi)部缺陷靈敏度低。超聲波局部放電

35、檢測和特高頻局部放電檢測為互為補充，互為驗證的關(guān)系，不可偏袒。圖4-9 超聲波局部放電帶電檢測的原則和基本流程（二）超聲波局部放電帶電檢測方法1 帶電檢測的一般流程如圖4-10所示，超聲波局部放電帶電檢測一般包括檢測前的準(zhǔn)備、檢測點選擇、背景檢測、信號普測、初步定位、信號詳測、信號確診、分析報告等環(huán)節(jié)。圖4-10 超聲波局部放電帶電檢測的流程1）檢測前的準(zhǔn)備工作檢測前應(yīng)檢查儀器的完備性，設(shè)定儀器的試驗參數(shù)，確保儀器的內(nèi)部電池電量充足，確認超聲硅脂等部件齊全以及傳感器性能良好。2）檢測點的選擇根據(jù)不同電力設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確定各個檢測點。由于超聲波信號衰減較快，因此在檢測時，兩個檢測點之間的距離不

36、應(yīng)大于1米。對于GIS設(shè)備，通常應(yīng)選擇的測試點有：盆式絕緣子兩側(cè)，特別似乎水平布置的盆式絕緣子；隔室下方，如存在異常信號，應(yīng)在該隔室進行多點檢測，查找信號最大點；斷路器斷口處、隔離刀閘、接地刀閘、電流互感器、電壓互感器、避雷器、導(dǎo)體連接部件等處。對于變壓器設(shè)備，超聲波局部放電檢測通常用于進行放電源定位，因此可在變壓器外殼上選擇合適的檢測點。對于開關(guān)柜設(shè)備，通常宜選用非接觸式超聲波傳感器對柜體縫隙進行檢測，并輔以接觸式超聲波傳感器對柜體外殼進行檢測。3）背景的檢測檢測現(xiàn)場空間干擾小時，將傳感器置于空氣中，儀器所測得的數(shù)值即為背景值；檢測現(xiàn)場空間干擾較大時，將傳感器置于待測設(shè)備基座上，儀器所測得的

37、數(shù)值即為背景值；而在信號確診和準(zhǔn)確定位時，宜將傳感器置于臨近的正常設(shè)備上，儀器所測得的數(shù)值即為背景值。4）信號普測手持超聲波傳感器，平穩(wěn)地放在設(shè)備外殼的各檢測點上，待信號穩(wěn)定后，觀察信號情況10秒以上時間。建議為一人操作。檢測中要避免傳感器的抖動，避免測試人員的衣物、信號電纜和其他物體與待測電力設(shè)備的外殼接觸或摩擦。5）信號定位超聲波法局部放電定位有幅值定位和時差定位兩種。幅值定位是根據(jù)超聲信號的衰減特性，利用峰值或有效值的大小定位，一般離信號源越近，信號越大；時差定位是根據(jù)超聲波信號達到傳感器的時差，通過聯(lián)立球面方程或雙曲面方程組計算空間坐標(biāo)，進行精確定位，精度可達10cm。在實際應(yīng)用中，可

38、采用幅值方法進行初步定位，隨后根據(jù)現(xiàn)場需要決定是否需要進行進一步的精確定位。此外，由于設(shè)備內(nèi)部的結(jié)構(gòu)不同，超聲波信號傳播存在一定的復(fù)雜性，也可采取聲電聯(lián)合等定位方法。6）信號詳測在發(fā)現(xiàn)有可疑超聲波信號的部位后，應(yīng)進行定位后對該部位進行詳細檢測，此工作必須使用傳感器固定裝置（如磁鐵固定座、固定座和綁扎帶等），進行綜合分析，必要時增加測點檢測。應(yīng)記錄并存儲信號時間分辨率與電源周波頻率相當(dāng)?shù)某暡ㄐ盘柕臅r域波形，以便于準(zhǔn)確分析。記錄還應(yīng)包括設(shè)備工況、環(huán)境條件等內(nèi)容。7）信號異常處理與分析在電力設(shè)備檢測到超聲波局部放電信號異常時，應(yīng)進行短期的在線監(jiān)測或其他方法的檢測，如特高頻檢測、絕緣介質(zhì)的電/熱分解

39、的成分分析、溫度檢測等手段，并加以綜合分析。超聲波異常信號分析宜采用典型波形的比較法、橫向分析法和趨勢分析法。典型波形比較法是綜合考慮現(xiàn)場干擾因素后，獲得真正代表目標(biāo)內(nèi)部異常的超聲波信號與典型波形圖庫進行比較；橫向分析法即為目標(biāo)部位的信號和相鄰區(qū)域信號或另相相同部位信號進行比較，確定是否有明顯異常信號；趨勢分析法為目標(biāo)部位的信號與歷史數(shù)據(jù)相比較是否有明確的增長發(fā)展趨勢。異常信號分析時應(yīng)綜合考慮工況因素的影響。8）分析報告分析報告主要應(yīng)包括電力設(shè)備詳細名稱、電力設(shè)備工況、檢測詳細位置、使用檢測設(shè)備名稱、檢測者、檢測時間、檢測數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析情況、建議與結(jié)論等內(nèi)容。2 帶電檢測時的注意事項1）注意檢

40、測儀器狀態(tài)良好。2）不同的電力設(shè)備選擇合適的傳感器。3）合理使用超聲硅脂，超聲波信號大部分在超聲波頻段范圍，在不同介質(zhì)（如金屬與非金屬、固體與氣體）的交界面，信號會有明顯的衰減。使用接觸式超聲波檢測儀器時，在傳感器的檢測面上涂抹適量的超聲耦合劑后，檢測時傳感器可與殼體接觸良好，無氣泡或空隙，從而減少信號損失，提高靈敏度。4）檢測時宜使用傳感器固定裝置，避免操作者的人為因素的影響。5）選擇合適的檢測時間，注意外部干擾源?，F(xiàn)場干擾將降低局部放電檢測的靈敏度，甚至導(dǎo)致誤報警和診斷錯誤。因此，局部放電檢測裝置應(yīng)能將干擾抑制到可以接受的水平。6）提高檢出概率，建議使用信號時間分辨率與電源周波頻率相當(dāng)?shù)某?/p>

41、聲波信號的時域波形的檢測設(shè)備，并記錄連續(xù)多工頻內(nèi)的時域波形。 7）檢測時，應(yīng)做好檢測數(shù)據(jù)和環(huán)境情況的記錄或存儲，如數(shù)據(jù)、波形、工況、測點位置等。8）每年檢測部位應(yīng)為同一點，除非有異常信號，定位出最大點后，改為最大點的部位檢測。9）檢測者宜熟悉待測設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。3 GIS設(shè)備超聲波局部放電帶電檢測的技術(shù)要點GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時，伴隨有超聲波信號的產(chǎn)生。通過在GIS外部安裝超聲波傳感器，接收GIS內(nèi)部放電產(chǎn)生的超聲波信號，間接判斷GIS是否有放電現(xiàn)象。該方法的檢測頻率一般在100 kHz范圍內(nèi)，對于SF6氣體中的顆粒跳動、尖端放電、懸浮電位、異物和連接不良比較靈敏，但對于絕緣件內(nèi)部空隙、裂縫

42、等缺陷靈敏度較低。對GIS進行超聲波檢測流程如圖4-11所示。圖4-11 GIS超聲波局部放電檢測流程1）傳感器的選擇一般的，對GIS設(shè)備進行超聲波局部放電檢測選擇傳感器的頻率范圍為20kHz-100kHz，諧振頻率為40kHz。2）檢測背景信號檢測前，應(yīng)注意盡量清理現(xiàn)場的干擾聲源。檢測現(xiàn)場附近的排風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)、施工機械摩擦、物體與GIS殼體摩擦、臨近的帶電導(dǎo)體電暈等都會帶來干擾。推薦的背景檢測點是GIS外殼底架，并選擇各相測點的最小值。對于初步判斷超聲波信號異常的部位，應(yīng)在該部位附近重新檢測背景信號。3）測點的選擇由于超聲波信號隨距離增加而顯著衰減，故檢測選點不宜太少，否則很可能漏掉異常點。GI

43、S的超聲波檢測位置示意圖如圖4-12所示。選擇測點的基本原則是：（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)易出問題的部位，如筒體下部，開關(guān)觸頭等；（2）測點間距離不宜大于3米，每兩個盆式絕緣子之間至少1個測點；（3）斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)等有活動部件的氣室取點應(yīng)增多；（4）觀察歷史趨勢時應(yīng)與前次檢測取相同測點；（5）三相共箱的GIS建議在橫截面上每120度至少1個測點；（6）在GIS轉(zhuǎn)角處和T形連接處前后應(yīng)各測1點；（7）對于外殼直徑較大的GIS應(yīng)考慮在橫截面上適當(dāng)增加測點；（8）在水平安裝的盆式絕緣子處，應(yīng)增加測點，顆?？赡軞埩粼谶@些絕緣子上并產(chǎn)生局部放電。圖4-11 GIS超聲波局放檢測點示意圖4）信號源定位GI

44、S中的超聲波局部放電定位技術(shù)分為頻率定位技術(shù)和幅值定位技術(shù)。頻率定位技術(shù)是利用SF6氣體對超聲波信號中的高頻信號的吸收作用，通過分析超聲波信號高頻部分（50kHz-100kHz）的比例來區(qū)分缺陷位于中心導(dǎo)體上還是外殼上，具體流程見圖4-13。而對于穩(wěn)定缺陷，可以利用幅值定位與時差定位技術(shù)進行精確定位。圖4-13 頻率定位技術(shù)的流程5）GIS的異常聲響分析我們偶爾會遇到運行中的GIS出現(xiàn)了可聽的異常聲響，這種現(xiàn)象可能是由于內(nèi)部松動、設(shè)備動靜觸頭對應(yīng)不正或設(shè)備運行引起振動等因素造成，因此我們不應(yīng)盲目認為GIS內(nèi)部出現(xiàn)了明顯的放電，而應(yīng)改變超聲波信號頻段檢測，并加以設(shè)備的振動分析和特高頻檢測等其他檢

45、測手段進行綜合分析。此外，由于設(shè)備的設(shè)計和布局的原因，在設(shè)備運行時可能引起設(shè)備某段區(qū)域存在共振現(xiàn)象。我們應(yīng)找出共振區(qū)域，檢測是否有局部放電信號。這種共振現(xiàn)象頻率一般比較低，人手能感覺出來，不伴有超聲波局部放電信號。6）特殊部位的分析在工作狀態(tài)下，電壓互感器和電流互感器的內(nèi)置繞組和鐵芯會產(chǎn)生周期性的交變電磁場，由此可能產(chǎn)生特有的超聲波信號。所以我們應(yīng)對電壓互感器氣室和電流互感器氣室進行特殊分析。該特有的超聲波信號一般具有強的單倍頻和多倍頻信號規(guī)律性，波形具有典型對稱性特征。所以檢測者可以通過檢測信號的周期性和對稱性等特征來判斷信號是否源于局部放電之外的其它原因。5 變壓器超聲波局部放電帶電檢測的

46、技術(shù)要點變壓器內(nèi)部絕緣材質(zhì)多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)生局部放電時，超聲波信號在不同材質(zhì)中的衰減速率差異較大，傳導(dǎo)到變壓器外殼的超聲波信號也比較復(fù)雜。在變壓器局部放電檢測中，一般用油色譜和高頻等方法進行普測，而超聲波法則用于發(fā)現(xiàn)缺陷后進行缺陷的定位。在定位過程中，通過在變壓器外部安裝多個超聲波傳感器，來接收變壓器內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的超聲波信號，并利用多通道的超聲波信號的幅值和時差變化來判斷變壓器內(nèi)部放電部位的三維空間位置。1）傳感器的選擇一般的，對變壓器設(shè)備進行超聲波局部放電檢測選擇傳感器的頻率范圍為80kHz-200kHz，諧振頻率為160kHz。2）檢測背景信號檢測前，應(yīng)注意盡量清理現(xiàn)場的干擾聲源。檢

47、測現(xiàn)場附近的排風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)、施工機械摩擦、物體與變壓器殼體摩擦、臨近的帶電導(dǎo)體電暈等都會帶來干擾。推薦的背景檢測點是變壓器外殼基座。此外，電抗器和換流變在運行中有較大的振動，對局部放電超聲波檢測有一定的干擾，但是該干擾信號特征明顯，可以通過觀察后進行排除。3）測點的選擇由于超聲波信號隨距離增加而顯著衰減，且變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，超聲波信號存在一定的折反射，故檢測選點不宜太少，否則很可能漏掉異常點。選擇測點的基本原則是：原點應(yīng)為變壓器高電壓側(cè)的左下角，傳感器位置可根據(jù)變壓器的設(shè)計及詳細試驗條件而改變。重要的是對于類似的變壓器，傳感器應(yīng)布置在相同的坐標(biāo)位置以利于比較結(jié)果。相鄰傳感器之間的直線距離以23米

48、以內(nèi)為宜，并應(yīng)準(zhǔn)確記錄傳感器的坐標(biāo)位置。4）信號源定位變壓器的超聲波局部放電定位技術(shù)除了幅值定位技術(shù)以外，還需增加時差定位技術(shù)來綜合實現(xiàn)變壓器內(nèi)部的三維空間定位。時差定位技術(shù)是利用局部放電產(chǎn)生的超聲波信號傳播到不同位置的傳感器所需時間的差別來定位的技術(shù)，但由于變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、信號到達不同傳感器路徑不同和材料的特性差異等原因，容易造成時差測定不準(zhǔn)確，給定位帶來較大的誤差。在實際定位時，可對超聲波形進行分析，確定其屬于橫波或縱波，通過增加測點和移動傳感器，獲取有明確時差的縱波信號，即可提高定位精度。6 開關(guān)柜超聲波局部放電帶電檢測的技術(shù)要點高壓開關(guān)柜內(nèi)產(chǎn)生局部放電時的超聲波信號可以利用非接觸式

49、超聲波傳感器在縫隙處進行檢測，也可以利用接觸式超聲波傳感器在殼體上進行檢測。由于超聲波在開關(guān)柜內(nèi)部的傳播存在折反射，使得局部放電定位的精度受到限制，很難利用超聲波信號對局部放電進行模式識別和定量判斷。開關(guān)柜檢測中常見的干擾源有水銀燈以及附近走動的人或運行的機器，在檢測時應(yīng)隔離這些干擾噪聲。接觸式超聲波法檢測時，將接觸式探頭放置在開關(guān)柜的主骨架上檢測超聲波信號。開關(guān)柜面板表面包括斷路器室、母線通風(fēng)處的板/蓋、開關(guān)柜的門、高壓電纜端子箱等部位。依此程序，掃描所有的開關(guān)柜，每一處掃描應(yīng)持續(xù)10秒，以便檢測超聲波信號。如有必要，延長檢測時間。 非接觸式超聲波法檢測時，將儀器指向開關(guān)柜面板縫隙處，沿著縫

50、隙檢測超聲波信號。開關(guān)柜面板包括斷路器和金屬封裝的縫隙處、電纜或母線窗、母線通風(fēng)板/蓋處的縫隙、開關(guān)面板/門處的縫隙、高壓電纜接頭箱的側(cè)面或底部的通風(fēng)孔等部位。對開關(guān)柜進行超聲波局部放電檢測的結(jié)果分析原則有如下三個。第一，橫向分析法。對同個開關(guān)室中開關(guān)柜的檢測結(jié)果做出橫向比較，如果其中一個開關(guān)柜的檢測結(jié)果大于現(xiàn)場背景值以及其它開關(guān)柜的測試結(jié)果，則可以確定該設(shè)備可能存在缺陷。第二，趨勢分析法。分析同一個開關(guān)柜在不同時間的檢測結(jié)果，進行縱向比較判斷開關(guān)柜的運行趨勢。根據(jù)特定的周期檢測開關(guān)室中的開關(guān)柜，保留每次的檢測結(jié)果，就可以根據(jù)檢測結(jié)果對設(shè)備局部放電狀態(tài)變化的趨勢進行分析。第三，定值判別。將判斷

51、閾值與開關(guān)柜的檢測結(jié)果做出比較，分析比較結(jié)果來判斷開關(guān)柜的運行狀態(tài)。典型的開關(guān)柜超聲波定值判別依據(jù)如表4-3所示。表中P為檢測中得到的超聲波信號幅值，通常以單位dB表示。應(yīng)當(dāng)注意，超聲波定值判別時應(yīng)結(jié)合聲音進行判別，如果未聽到放電聲音則可認定為正常。表4-3 開關(guān)柜超聲波定值判別依據(jù)聲音定值大小危險等級危險說明策略耳機中無局部放電聲音不考慮數(shù)值大小正?？梢赃\行按正常檢測周期進行下一次檢測耳機中存在明顯的局部放電聲音P8dB正常可以運行按正常檢測周期進行下一次檢測8dBP20dB異常關(guān)注將異常（關(guān)注）的開關(guān)柜的檢測周期縮短為1個月20dB30dB危險需要停電定位局部放電源所在開關(guān)柜，立即進行檢修

52、二、診斷方法局部放電是很復(fù)雜的物理現(xiàn)象，用單一表征參數(shù)很難全面描述，所以在診斷中應(yīng)盡量對各種放電譜圖進行全面分析，以減少誤判。局部放電缺陷診斷的主要依據(jù)是信號水平、頻率相關(guān)性、相位分布和特征指數(shù)，同時也可以參考時域波形。（一）正常判斷依據(jù)根據(jù)背景和檢測點所測超聲波信號的周期峰值、有效值、50Hz相關(guān)性、100Hz相關(guān)性、相位分布、特征指數(shù)分布及時域波形的差異，滿足表4-4的所有標(biāo)準(zhǔn)即為正常，任何一項參數(shù)不滿足均可判定為異常。背景信號通常由頻率均勻分布的白噪聲構(gòu)成，表4-5列出了不同檢測模式下背景信號的典型譜圖與特征。表4-4 超聲波局部放電正常的判定標(biāo)準(zhǔn)判斷依據(jù)背景測試數(shù)據(jù)周期峰值/有效值M值

53、M特征指數(shù)2有規(guī)律，波峰位于整數(shù)特征值處，且特征指數(shù)2特征指數(shù)1無規(guī)律，波峰位于整數(shù)特征值處，且特征指數(shù)2特征指數(shù)1（三）疑似缺陷判斷依據(jù)如表4-7所示，在檢測過程中，如果觀察到一些間歇性的沒有規(guī)律的異常信號，即可以判斷為疑似缺陷。表4-7 超聲波局部放電疑似缺陷的判定標(biāo)準(zhǔn)判斷依據(jù)背景測試數(shù)據(jù)周期峰值/有效值M值間歇性閃爍50Hz相關(guān)性無無或間歇性閃爍100Hz相關(guān)性無無或間歇性閃爍時域波形（是否有異常脈沖）無偶爾有異常相位無無或有特征指數(shù)無規(guī)律，特征指數(shù)未聚集在整數(shù)整數(shù)特征指數(shù)有尖峰，但不明顯（四）不同類型設(shè)備超聲波局部放電的缺陷診斷超聲波局部放電檢測技術(shù)可以應(yīng)用于GIS、開關(guān)柜、變壓器及電

54、纜終端等多種電氣設(shè)備。不同的設(shè)備導(dǎo)致局部放電的原因不一樣，在缺陷診斷中具有各自的依據(jù)和特點。目前超聲波法在GIS設(shè)備缺陷診斷中應(yīng)用最為廣泛，其診斷的標(biāo)準(zhǔn)也比較完善；而在開關(guān)柜、電纜和變壓器的應(yīng)用中，缺陷診斷工作相對較少。本節(jié)主要介紹GIS設(shè)備典型缺陷診斷的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。1 電暈缺陷當(dāng)被測設(shè)備存在金屬尖刺時，在高壓電場作用下會產(chǎn)生電暈放電信號。電暈放電信號的產(chǎn)生與施加在其兩端的電壓幅值具有明顯關(guān)聯(lián)性，在放電譜圖中則表現(xiàn)出典型的50Hz相關(guān)性及100Hz相關(guān)性，即存在明顯的相位聚集效應(yīng)。但是，由于電暈放電具有較明顯極化效應(yīng)，其正、負半周內(nèi)的放電起始電壓存在一定差異。因此，電暈放電的50Hz相關(guān)性往往較100Hz相關(guān)性要大。此外，在特征指數(shù)檢測模式下，放電次數(shù)累積譜圖波峰位于整數(shù)特征值2處。表4-8為電暈缺陷超聲波檢測典型圖譜。表4-8 電暈缺陷超聲波檢測典型圖譜檢測模式連續(xù)檢測模式相位檢測模式典型譜圖譜圖特征1）有效值及周