PAC課件-超聲局放檢測技術(精簡)

1油色譜分析（DGA）法

-僅適合于變壓器局放檢測，無法定位，無法識別多故障源，反應較慢對地電流(TEV)法

-適合于開關柜的局放檢測，不適合非導體的GIS氣室檢測高頻電流(HFCT)法

-適合電纜與開關柜檢測，主要探測電氣故障，無法定位超高頻法(UHF)

-適合變壓器與GIS，主要探測電氣故障，一維粗獷定位，無法量化局放超聲波(AE)法

-適合變壓器與GIS，可探測電氣與其它故障，三維坐標定位，無法量化局放常用局放檢測方法可對局放源進行定位以判別故障部件及原因可確認局放發(fā)生時刻及持續(xù)時間可判別局放的強度與劇烈程度可識別多個局放源可探測不同類型的故障，如電氣、機械、懸浮顆粒、過熱等在線監(jiān)測，對結構與電網(wǎng)無侵入，不影響設備正常運行可通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)長期監(jiān)測跟蹤故障發(fā)展趨勢與報警很高的靈敏度操作簡單超聲局放檢測的優(yōu)點什么是聲波？

在介質（氣體、液體、固體）中傳播的壓力波稱為聲波。什么是超聲波?

高于人耳可聽頻率的聲波叫超聲波。超聲波定義人耳可聽聲頻率范圍20–20KHz101001000100001000001000000HzGIS局放頻率范圍20–50KHz變壓器局放范頻率圍80–180KHz工業(yè)與醫(yī)療超聲頻率范圍1–20MHz超聲波聲發(fā)射4SourceIntensitylevelindBThresholdofhearing0Rustleofleaves10Whisper(at1m)20Library30Quitehome......40Office,classroom......50Normalconversation....60Busytraffic.....70Ordinaryfactory.......80Niagarafalls.......90Runningtrain......100Rockbandwithamplifiers110Thresholdofpain,jettakeoff(at60m)120Machine-gun130Rocket-launch180聲波的強度(dB)I=20log()分貝(dB)PPrefP–

聲壓Pref– 參考聲壓。不同的應用其參考聲壓不同?？陕犅暤膮⒖悸晧簽?0微帕斯卡。 0dB為2000Hz的聲波人耳聽力靈敏度的極限。5超聲波的產生原理主動超聲：由人為控制的聲源發(fā)出的超聲被動超聲(亦稱之為聲發(fā)射)：由于材料或介質內部能量的突然釋放產生的超聲。

局部放電屬于被動超聲或嚴格的稱之為聲發(fā)射。超聲波在不同的介質內傳播具有不同的波形傳播模式如縱波(壓縮波)、橫波（剪切波）、萊姆波（板波）等。超聲波在介質內的傳播速度與材料的特性有關。超聲波在通過不同的介質界面時會發(fā)生傳播模式的轉換與波速的轉換。波速v

的變化將導致波長

的變化，但傳播頻率f

不變。有

=v/f超聲波傳播模式超聲波的傳播模式固體中主要傳播模式：縱波、橫波液體中主要傳播模式：縱波平板中主要傳播模式：萊姆波8縱波(壓縮波)粒子運動方向平行于材料表面橫波(剪切波)粒子運于材料表面動方向垂直縱波與橫波縱波橫波超聲波在介質內的傳播速度與材料的特性，如彈性模量、密度，有關。一般來說，密度大的介質，如金屬，有更高的傳播速度，密度低的介質，如氣體、液體，有較低的傳播速度。不同模式的超聲波在相同介質中的傳播速度不一樣?？v波的速度高于橫波的速度。波速是決定局放定位準確度的重要因素。超聲波由一種介質進入另一種介質時，波速與波長均發(fā)生變化，但頻率不變。超聲波的傳播特性超聲波信號的幅度隨距離呈指數(shù)型下降趨勢。頻率越高的信號，衰減得越快。液體與金屬材料具有較好的超聲波傳播特性，衰減較慢。該特性對變壓器局放監(jiān)測極為有利。氣體或疏松結構材料的超聲傳播特性較差，衰減較快。該特性使得GIS局放只適用于低頻超聲檢測。超聲波的衰減特性超聲脈沖波的傳播與衰減特征局放脈沖在介質內將產生振蕩脈沖波近距離的傳感器將接收到較強信號遠距離的傳感器將接收到衰減的信號縱波幅度較小，速度快，先被接收到橫波幅度較大，速度慢后，被接收到超聲脈沖源近距離接收到的超聲脈沖信號遠距離接收到的超聲脈沖信號縱波橫波在電場作用下，由于絕緣結構的內部缺陷導致的兩導體間的絕緣介質未貫穿放電稱之為局部放電。局放產生原理局部放電等價電路：Ca–完好部分介質電容Cg–氣隙電容Cb–與氣隙相串聯(lián)介質的電容典型的局放超聲波信號波形較強信噪比的局放信號較弱信噪比的局放信號超聲局放檢測是基于如下事實：局放在介質中將產生幾十至幾百千赫的瞬態(tài)高頻彈性脈沖波。該彈性波將在液體、固體、甚至氣體介質中擴散傳播。超聲局放檢測就是將傳感器貼于設備表面傾聽與捕捉由設備內部故障如局放、部件松動、電弧與過熱等產生的瞬態(tài)超聲脈沖信號并通過適當?shù)奶幚?，如相位特征識別與定位等，來判別故障狀態(tài)。超聲局放檢測原理目前廣泛使用的超聲局放檢測技術是一中基于聲發(fā)射(acousticemission,AE)原理的技術。聲發(fā)射的定義為:由于材料內部局部能量的快速釋放產生的瞬態(tài)彈性應力波(ASTME610-82)?；诼暟l(fā)射的超聲局放檢測技術始于1970年代。隨著超聲設備、技術及成功應用案例的發(fā)展，2000年代以來超聲局放檢測進入加速發(fā)展期為廣大用戶所接受。超聲局放檢測技術超聲局放信號的分析處理突發(fā)脈沖信號連續(xù)型信號如何處理突發(fā)脈沖信號？ -觀察波形 -特征抽取-相位辨別 -頻譜分析-周期判別-局放事件率局放超聲信號幅度的量化I=20log()分貝

(dB)PPref一般聲強量化公式：超聲脈沖幅度量化公式：幅度

=20log()

max-6V10maxrefVV=20log()(dB)Vmax–--最大峰值電壓（微伏）Vref=10-6–--參考電壓（微伏）超聲傳感器輸出電壓(微伏)超聲局放檢測幅度(dB,分貝)101020100401000601000080100000100Vmax幅度

=20log()maxrefVV如何定義與分離超聲脈沖？門檻–捕捉超聲脈沖的閾值到達時間–脈沖被傳感器接收到的時間脈沖定義時間（HDT）–檢驗信號是否來自于同一個脈沖事件的參數(shù)T>HDT門檻T<HDTT>HDT脈沖到達時刻第一個脈沖第二個脈沖超聲脈沖的特征參數(shù)幅度(Amplitude)–脈沖信號的最大值能量(Energy)–脈沖信號高于門檻部分包絡面積持續(xù)時間(Duration)–脈沖信號從開始高于門檻到最終低于門檻時的時間Vt

0VOLTST<HDT門檻持續(xù)時間幅度能量超聲脈沖的特征參數(shù)局放信號波形特征–規(guī)律性出現(xiàn)的脈沖信號局放特征指數(shù)–用以評價規(guī)律性脈沖信號的參數(shù)局放特征譜–局放特征指數(shù)的譜圖特征指數(shù)隨時間變化局放特征譜超聲脈沖的特征參數(shù)超聲局放檢測硬件相位同步–由外部電信號輸入作為相位參考信號的同 步方法(相對相位同步)超聲局放檢測軟件相位同步–由超聲儀器內部智能軟件算法實現(xiàn)的相位 同步(無需外步電信號輸入，亦為相對相位 同步)局放相位(相對相位)– 可通過直角坐標與極坐標觀察局放相為分 布局放相位直角坐標分布圖局放相位極坐標分布圖超聲局放檢測的線性定位ll=(L-T·V)12一維線性定位必須至少需要有兩個或以上的傳感器接收到來自于同一個局放源的超聲信號超聲局放檢測的二維平面定位二維平面定位必須至少需要有三個或以上的傳感器接收到來自于同一個局放源的超聲信號超聲局放檢測的三維定位314ZXY三維定位必須至少需要有四個或以上的傳感器接收到來自于同一個局放源的超聲信號超聲局放檢測設備基本構成超聲傳感器信號線前置放大器信號與直流供電同軸電纜超聲信號采集分析系統(tǒng)帶前放的傳感器超聲局放檢測傳感器

傳感器的頻率響應用于變壓器局放檢測的共振型超聲傳感器頻率響應用于GIS局放檢測的共振型超聲傳感器頻