变压器局部放电超声法检测中超声传感器的应用
变压器局部放电监测方法总结
变压器局部放电监测方法总结随着电气设备不断增多和规模不断扩大，变压器也被广泛应用于各种场合。
作为电力变压器常见的故障现象，局部放电已成为影响电气设备运行安全的最主要因素之一。
因此，变压器局部放电监测方法的研究和应用显得尤为重要。
目前，变压器局部放电监测方法主要可以分为以下几类。
一、超声波法超声波法是利用超声波探测变压器内部局部放电信号的方法。
其原理是，当变压器内部发生局部放电时，会产生一定的声波信号，超声波探头可以探测到这些信号，并以此来判断变压器是否存在局部放电现象。
这种方法具有灵敏度高、反应迅速、非接触式测量等优点，但同时也存在着受温度、材质等因素的影响、检测深度较浅等缺点。
二、电磁法电磁法是利用电磁感应探测变压器内部局部放电信号的方法。
其原理是，变压器内部发生局部放电时，会产生一定的电磁波信号，电磁感应探测器可以探测到这些信号，并以此来判断变压器是否存在局部放电现象。
这种方法具有灵敏度高、检测深度较深等优点，但同时也存在着受温度、材质等因素的影响、需要专门的仪器等缺点。
三、光学法光学法是利用光学感应探测变压器内部局部放电信号的方法。
其原理是，通过光学采集设备采集变压器内部局部放电时产生的闪光信号，并映射到光学显微镜中进行观察和判断。
这种方法具有不会影响变压器内部工作、检测效果好等优点，但同时也存在着需要专门设备、放电强度小等缺点。
四、化学法化学法是利用化学分析手段分析变压器内部油中存在的局部放电产生的气体的组成及其浓度变化来判断变压器是否存在局部放电现象的方法。
这种方法具有利用方便、检测精度高等优点，但同时也存在着受变压器内部材质、油质量等因素影响、需要取样等缺点。
总的来说，变压器局部放电监测方法有很多种，每种方法都有其优点和不足。
针对不同的应用场合和电气设备，在实际应用时应该综合考虑各种方法的特点和适用范围，在保证精度的前提下选择最合适的监测方法。
同时，也需要不断加强和完善局部放电监测技术，进一步提高变压器运行安全性和稳定性，为电力系统的稳定供电和发展做出自己的贡献。
电力变压器超声波局部放电检测技术应用的研究
电力变压器超声波局部放电检测技术应用的研究发布时间：2021-05-26T06:37:39.540Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第3期作者：时鹏[导读] 随着经济社会不断发展，电力系统稳定运行的重要性日益凸显。
作为电网核心设备，电力变压器内部发生局部放电会加速绝缘体老化，导致电气事故，进而引发电网运行风险。
国网山东省电力公司菏泽供电公司山东菏泽 274000摘要：随着经济社会不断发展，电力系统稳定运行的重要性日益凸显。
作为电网核心设备，电力变压器内部发生局部放电会加速绝缘体老化，导致电气事故，进而引发电网运行风险。
因此变压器局部放电检测工作至关重要，能够有效预防事故发生。
局部放电产生的电流与周围介质会发生相互反应作用，产生热效应或者生成活性物质，使得周围介质形成超声波、高频辐射等效应，这也给局部放电检测技术提供了方向。
超声波法局部放电检测技术抗电磁干扰能力强、方便实现放电定位、适应范围广，对电力变压器进行局部放电检测具有较高应用价值。
关键词：电力变压器；局部放电；超声波法引言由于长期处于高温、高压、振动的环境中，电力变压器容易出现电的、热的、化学的以及异常状况下形成的绝缘劣化，导致电气绝缘强度降低。
制造或安装中潜伏的缺陷或者运行中产生的缺陷，也会引起局部放电的发生。
实践表明，局部放电是导致电力变压器绝缘劣化，发生绝缘故障的主要原因。
对局部放电的检测和评价已经成为电气设备绝缘状况监测的重要手段，尤其是在线局部放电检测可以直接反映出电气设备内部的绝缘状况，并能够及时、有效地发现其绝缘缺陷，减少不必要的设备停电造成的负荷损失和停电操作带来的安全风险。
超声波检测作为目前最有效的在线局部放电检测技术，具有使用简便，与被测设备之间无电气连接、可以避免多种电气干扰等优点。
同时，超声波检测的灵敏度不随被测物电容量而变化，因而定位精度高，通常能更加准确地指出一个复杂系统内局部放电源的位置。
1局部放电及检测方法局部放电是指绝缘结构中由于电场分布不均匀、局部电场过高而导致的绝缘介质中局部范围内的放电或击穿。
干式变压器的局部放电检测方法比较研究
干式变压器的局部放电检测方法比较研究局部放电是变压器运行中常见的故障形式之一，对变压器的安全稳定运行造成了潜在的危害。
因此，准确可靠地检测和评估变压器的局部放电情况，对于及时发现和处理潜在故障，保护变压器的正常运行非常重要。
在干式变压器中，特别是干式绝缘变压器中，局部放电的检测更加困难，因为干式变压器的绝缘材料在局部放电产生时没有液体冷却，导致温升过高。
干式变压器的局部放电检测方法有很多种，每种方法都有其优缺点。
本文将比较研究几种常见的干式变压器局部放电检测方法。
首先是红外热成像法。
红外热成像法基于热学原理，通过检测变压器表面温度分布情况来判断变压器是否存在局部放电问题。
这种方法具有无接触、快速、直观等优点，可以实现全覆盖检测。
然而，红外热成像法只能检测到放电区域的热点，无法提供准确的放电源位置，仅能作为初步诊断手段。
其次是超声波检测法。
超声波检测法是通过检测声波信号来定位和识别变压器的局部放电源。
这种方法无需拆解变压器，具有高灵敏度、高精度的优点，能够实现较准确的检测和诊断。
不过，超声波检测法对变压器结构和放电位置的影响较大，需要专业人员进行解读和分析，且需要长时间实施检测。
第三种方法是电容耦合法。
电容耦合法是通过电容耦合设备将变压器的金属壳体与外部设备相连，在耦合设备上检测放电信号，以确定局部放电源的位置和特性。
这种方法具有高灵敏度、高精度、实时性强的优点，可以用于在线监测。
然而，电容耦合法需要额外的耦合设备，增加了成本和复杂度。
最后是超高频法。
超高频法通过检测变压器的电磁辐射信号来判断局部放电的存在和位置。
这种方法具有快速、准确、无扰动等优点，可以实现轻量级的实时检测。
然而，超高频法需要专业仪器，并需要专业技术人员进行解读和分析，且不能用于在线监测。
综上所述，干式变压器的局部放电检测方法各有优势和不足。
红外热成像法适用于初步检测和快速筛查，超声波检测法适用于精确定位和诊断，电容耦合法适用于在线实时监测，超高频法适用于快速准确检测。
电气设备局部放电的超声波检测方法分析
超声波传感技术在电力系统中的应用研究
超声波传感技术在电力系统中的应用研究近年来，超声波技术在电力系统中的应用越来越受到重视。
这种无损检测技术可通过超声波传感器接收物体发出的超声波信号，然后根据信号的变化来检测物体的状态和性能。
超声波传感技术在电力系统中的应用主要包括变压器检测、电缆故障检测以及绝缘材料检测等方面。
一、变压器检测变压器是电力系统中非常重要的设备，其正常运行对电力系统的稳定性和安全性有着至关重要的作用。
现在，超声波传感技术可以用来检测变压器绕组中的缺陷和损失，如松动导线、绝缘层剥离、短路、局部放电等。
通过对变压器进行超声波检测，可以有效排除变压器的隐患，保障电力系统的稳定运行。
二、电缆故障检测电缆是电力系统中的另一个重要部分，而且在现代电力系统中，电缆的使用越来越广泛。
然而，电缆的损坏问题随之而来。
超声波传感技术在电缆故障检测中的应用则可以帮助检测电缆的损伤程度，并确定电缆损伤的位置。
这种技术还可以检测电缆接头的连接状况，并判断连接点是否需要更换或者修理。
而且，电力系统的一些地下电缆难以修理，采用超声波技术可以避免拆除地面的部分，降低了维修成本。
三、绝缘材料检测在电力系统中，绝缘材料的质量也是至关重要的。
目前，一些新型的绝缘材料和技术正在被广泛应用。
超声波传感技术可用于检测各种绝缘材料的质量和可靠性，如电气设备绝缘材料、变压器油、电缆绝缘材料和导电粘合剂等。
通过这种检测技术，可以将缺陷和损伤排除，增强绝缘材料的可靠性，提高电力系统的性能和安全性。
四、结论随着大数据、物联网等技术的快速发展，传感技术的应用也将愈加广泛。
而超声波传感技术的应用也将愈加重要。
在电力系统中，超声波技术可以用来检测变压器、电缆和各种绝缘材料的损伤和缺陷，提高电力系统的可靠性、稳定性和安全性。
所以，超声波传感技术在电力系统中的应用值得深入研究，以推动其更广泛的应用。
超声波与高频脉冲电流联合检测法在变压器局部放电检测中的应用
- 18 -高 新 技 术１ 现状调查高压电气设备内部绝缘介质内部电气放电现象称为局部放电。
高压设备的局部放电可以导致绝缘介质的局部损坏，如果局部放电行为无法及时发现，长期积累将导致绝缘劣化并最终导致绝缘击穿。
根据统计调查，绝缘故障导致的变压器故障占总故障的67%以上。
因为及时发现运行变压器的绝缘情况尤为重要，所以电力变压器局部放电在线检测技术在这个背景下快速发展起来。
２ 局部放电产生原因及其现象在制造维修过程中，由于变压器绝缘部件、金属部件等部位常存在一些尖角、毛刺，使尖角、毛刺处常因电场强度的作用聚集有大量电荷。
此外变压器绝缘体中存在的空气间隙以及变压器油中的微量气泡等原因都会导致变压器内部局部放电。
局部放电过程中除造成电荷的转移和电能的损耗外，还伴随电磁辐射、超声波，发光、发热以及出现新的生成物等，因此这些伴随现象的不同使局部放电的测量方法分为电气测量法和非电气测量法[2]。
３ 常规局部放电检测方法以变压器局部放电所产生的各种现象（超声波、发热、发光、电磁波信号等）为检测依据，同时根据这些伴随信号的强弱来判断变压器内部局部放电的强弱以及定位。
３．１ 高频脉冲电流法将高频电流互感器（CT）套在变压器接地线上，采集变压器内部发生局部放电时产生的高频脉冲电流信号。
该方法具有测量灵敏度较高、脉冲分辨率高、抗电磁干扰能力强等优点。
但因其采集信息少，不能对变压器局部放电位置明确定位[3]。
３．２ 化学检测法（气相色谱法）化学检测法就是通过检测变压器绝缘油中各种生成物的浓度来判断变压器的局放程度。
该方法具有抗电磁干扰较强的优点。
但由于发生局部放电时，变压器内部绝缘油分解时间较长导致其检测周期较长，只可用于初期故障检测，无法用于突发性故障检测；而且该方法只可用于大体分析，无法判断故障位置及故障程度。
此外由于气体检测仪检测原理，无法区分气体成分，在检测过程中容易被非检测气体干扰。
３．３ 光测法局部放电过程中将伴随大量的光，此时可以利用光电转换，来达到检测局部放电的目的。
220kV变电站局部放电检测中超声波检测技术的应用
220kV变电站局部放电检测中超声波检测技术的应用发表时间：2016-04-05T15:05:30.680Z 来源：《基层建设》2015年23期供稿作者：刘学民[导读] 国网西藏检修公司西藏 850000 变压器是电力系统中较为重要的设备之一，其工作状态对电力系统安全稳定的运行具有极为重要的作用。
刘学民国网西藏检修公司西藏 850000摘要：局放电对于电气设备的绝缘缺陷有很好的指示功能，局放电源的检测和定位技术的发展，对于及早发现设备绝缘故障，防止由于放电导致设备损坏具有重要作用。
本文以变压器的局放电检测和定位为中心，以超声波检测法为例，详细说明了超声波检测及定位原理、存在的缺陷以及与其他方法的联合使用。
关键词：变压器；局放电；超声波；检测与定位0引言变压器是电力系统中较为重要的设备之一，其工作状态对电力系统安全稳定的运行具有极为重要的作用。
变压器由于意外事故或非计划停运将给电力运输带来极为严重的后果和经济损失。
变压器运行的安全性和稳定性与其绝缘性能关系密切，而局部放电是导致变压器绝缘劣化或击穿的主要原因之一。
局部放电通常是指绝缘介质存在某些绝缘弱点，当外施电压超过阀值电压时，会在薄弱环节首先发生放电，但并不随即扩大至整个绝缘介质，这种仅限于弱点处的放电叫做局部放电。
局部放电能够暗示绝缘缺陷，所以局部放电的早期发现有助于合理安排的检修，从而避免因绝缘击穿造成的巨大经济损失。
1局部放电检测技术现状基于局部放电发生时的各种物理和化学现象，产生了各种对局部放电检测和定位的方法。
大体可分为电气检测与定位法和非电量检测与定位法。
电检测法包括脉冲直流法、无线电干扰电压法、超高频局部放电检测技术和介质损耗分析法；非电量检测则包括声测法、光测法和化学检测法等。
本文将以超声波检测技术为例，说明该法在局放电检测定位中的应用。
2超声波检测在局放电中的应用2.1局部放电产生超声波原理在变压器中，只要存在局部放电，就会在放电过程中伴随有崩裂状的声音生成，产生超声波，并向四周快速传播。
电力变压器局部放电超声—光纤监测方法研究
电力变压器局部放电超声—光纤监测方法研究变压器局部放电现象有可能引发电力事故，给电网安全运行带来严重威胁，深入研究局部放电监测方法对于保证电能的正常输送具有重要意义。
本文综述了目前关于电力变压器局部放电在线监测的常用方法，并且针对其中超声波监测方法的不足之处，阐述了一种超声-光纤监测方法。
该方法利用光纤传感器接收测量信息，具有较好的抗干扰性和较高的可靠性。
标签：电力变压器；局部放电；超声波监测；光纤传感器1 引言根据我国能源资源分布特点，电力系统向着高电压、高容量、大规模互联的趋势不断发展，系统规模的不断扩大对电网元件的可靠运行提出了更高的要求。
电力变压器作为电网中电能传输的枢纽器件，其运行可靠性直接决定了电网安全稳定水平，因此保证电力变压器的正常运行至关重要。
但是电力变压器由众多复杂部件组成，其中不乏存在一些安全隐患，比如局部放电现象便可能导致变压器寿命缩短甚至出现烧损[1]。
电力变压器局部放电现象的存在极大影响了其正常运行，开展对电力变压器局部放电的在线监测工作具有重要意义。
2 局部放电在线监测方法电力变压器局部放电在线监测可以通过识别放电时产生的化学、物理及电气变化来判别。
常见的在线监测方法如下：变压器油色谱在线监测方法通过鉴别局放产生的故障气体的组分来判断变压器是否发生了局放现象并且判别故障的类型[2]。
变压器油色谱分析方法已经形成了较为完善的油色谱判别标准，并且在实践中取得了较好效果。
但是，由于气体传感器容易受干扰，所以故障气体的准确提取存在很大问题。
另外，由于脱气环节占用时间较长，因此，油色谱分析方法在线实时监测能力相对较弱。
脉冲电流法通过检测变压器局部放电时检测回路中的脉冲电流信息来获得局放相关信息[3]。
脉冲电流法的优点是可以通过定量测定放电量来快速判定变压器局部放电的严重程度，并且具有很高的灵敏度。
但是脉冲电流法对脉冲电流的检测环境相当苛刻，且抗干扰能力差，因此在实际中应用效果较差。
电气设备局部放电的超声波检测方法分析
电气设备局部放电的超声波检测方法分析作者：陶文斌来源：《中国新技术新产品》2010年第12期摘要:传统的超声波法是用固定在变压器油箱壁上的超声波传感器接收变压器内部局部放电产生的超声脉冲,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比较深入。
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。
本文主要论述了局部放电的种类及特点、超声波检测常见的干扰信号及其特性、超声波检测系统结构、放大电路的设计及电源设计。
关键词:超声波检测;局部放电;电气设备1 引言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。
在利用超声波进行局部放电的放电量的大小确定和模式识别方面的工作相对较少,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。
近几年以来,还出现了一种把超声波法与射频电磁波法(包括射频法和超高频法)联合起来进行局放定位的趋势。
在澳大利业的西门子研究机构使用局部放电产生的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。
其关键依据是:超声波和电磁波在变压器介质中的传播速度是不一致的,因而可以测量两种波到达传感器的时间间隔。
国内方面,西安交通大学提出了一种基于超高频和超声波的相控接收阵的局放电定位法,利用分别检测超高频和超声波信号的相控接收阵构成平面传感器,接收到的超高频信号为时间基准,进而得到超声波的传输时延,这样可计算出局放电点与超声波传感器间的距离,再根据相控阵扫描的方位角和仰角就得出放电的空间几何位置。
2 局部放电的种类及特点2.1 电晕放电电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式,是极不均匀电场的特征之一。
电力系统中所遇到的绝缘结构大多是不均匀的,不均匀电场的形式很多,绝大多数是不对称电场。
油浸式电力变压器及电抗器超声波法测量局部放电诊断应用规范.
油浸式电力变压器及电抗器超声波法测量局部放电诊断应用规范由IEEE电机工程学会变压器专委会发起IEEE美国电机工程学会2004版权所有TREE PARk AvenueNew York,New York 10016-5997,USAAll rights reservedIEEE标准事务部Standards Licensing and ContractsPiscataway,NJ 08855-1331,USA摘要：本导则适用于就油浸式变压器及电抗器内局部放电及其他声发射源的探测及定位，其目的在于提供一种通过固定位置传感器探测的超声波信号与局部放电或其他声源间幅值及位置相关联的检测方法。
关键字：声发射(AE)、突发、油中气体分析、低能放电、局部放电（PD）、电力变压器、电抗器2004IEEE 版权所有本导则为IEEE导则草案，内容恕有变更摘要1.1 综述本导则适用于就油浸式电力变压器及电抗器内局部放电及其他声发射源的探测及定位。
电气（局部放电）及机械故障信号源（如夹件、螺栓或绝缘件）均可产生超声波发射。
同样，本导则也对于超声波检测仪器、测试方法及程序以及波形识别进行了响应描述。
如将该导则应用于油浸式电抗器时，必须了解到由于电抗器结构的差异可导致信号及波形解读的不同。
定位精度与故障类型、邮箱结构、检测仪器以及测试人员经验有关。
1.2目的本导则力图提供一种通过采用固定位置传感器探测的超声波信号与局部放电或其他声源间幅值及位置相关联的检测方法。
使用者假设为该领域的专业人员，如电力工程师、顾问、研究人员以及设备生产商。
1.3安全规定本导则中的安全规定仅适用于现场运行之变压器，不适用于变压器出厂测试。
有关变压器出厂测试应参照相应的测试规程。
进行局部放电定位的相关操作应由接收过高变压器试验培训的技术人员及工程师进行。
警告1.变压器本体油箱通常直接接至低阻地网以避免高压导入地网或油箱（如油箱出现接地故障），如变压器油箱出现接地故障，则应注意人身安全。
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变压器局部放电超声法检测中超声传感器的应用
20062458 孙小军
1 引言
变压器局部放电的超声法检测以其抗干扰能力强和便于定位等优势目前已
成为国内外研究的热点问题。
局部放电发生时,总是伴随着脉冲电流、电磁辐射以及声、光、热产生一些低分子物质等[1 ] ,局部放电的超声法检测就是针对这个过程产生的超声波信号而发展起来的。
超声传感器是产生与接收超声波的元件,它将感受到局部放电的超声信号转换为电信号后输出, 它的工作频带、灵敏度和分辨率等将影响着随后的信号分析和放电源的定位。
因此选择一个灵敏度及工作频带都合适,并适用于现场状况的超声传感器对变压器局部放电检测结果至关重要。
2 国内超声传感器的应用
针对变压器的局部放电的超声法检测中,目前应用最为广泛的是以压电陶瓷为材料的谐振式传感器,它利用压电陶瓷的正压电效应[2 ] ,在局部放电产生的机械应力波作用下发生形变产生交变电场。
在传感器选择中,工作频带和灵敏度是两个最为重要的指标。
虽然局部放电及所产生的声发射信号具有一定的随机性, 每次局部放电的声波信号频谱不同, 但整个局部放电声波信号的频率分布范围
却变化不大,基本处于50～300 kHz 频段, 传感器谐振频率一般选择在150 kHz [3 ]。
大量研究表明,局部放电产生的声波信号的频谱大都集中在150 kHz 左右[3 ] ,变压器的噪声频谱分布在小于65 kHz 的频率范围, 二者的频率分布明显不同,因此受噪声影响并不大。
目前商用声发射检测仪器发展比较成熟的有美国PAC 公司、美国DW 公司, 中国北京鹏翔科技和中国广州声华等。
传统的超声波探头吸附在变压器外壁上进行检测,一般在探头的前端有一块环形磁铁围绕在超声波传感器周围。
这种外置式压电传感器具有便于安装和移动等优点,但它有可能会因受到环境噪声比如电磁干扰的影响而使信噪比降低,它的另一个缺点就是声波传播路径的复杂性使得对于确定声波的传播速度存在很大困难,从而使精确的局部放电定位比较困难。
图1 是一个模拟放电模型中的声波传播
图1 放电模型中声波传播途径模拟示意图
图1 中S 指放电源, A 1 , A 2 分别是外置式和内置式传感器的安装位置, B 是垂直于油箱的一个点,油箱内充满变压器油。
局部放电发生时,对于外置式传感器,超声信号传播途径既有穿过变压器油直接到油箱内壁, 再经油箱到达传感器的路径为S A 1 的纵波, 也有以纵波传播到油箱内壁, 再以横波传播到传感器的路径为SB , B A 1 复合波, 当然也有可能是从
S 点到A 1 , B 中的一点,再传至A 1。
而对于安装在内壁的传感器,接收的超声信号几乎全部是经变压器油传播得到的, 使得传播介质简化了, 这有助于定位时波速的确定。
另外,变压器油对声波几乎没有衰减,而钢板虽然传播超声速度比变压器油大得多,但对超声波衰减很大, 所以对于同一次局部放电, 到达内置式传感器的波形幅值要比外置式的大很多,这对于放电量较小时也能准确地捕捉到超声信号是至关重要的。
内置式探头是为了在变压器油内检测局部放电的超声信号,因此要放置在实验室的模拟变压器油箱内部。
为此,去掉探头前端的环形磁铁,改在后端加一块圆板形磁铁, 便于内置式探头吸附在油箱壁的内侧, 其内置式传感器与外置式的差别主要在于, 为了匹配不同介质的声阻抗,压电陶瓷前端起保护作用的铜片的厚度也有所不同[4 ]。
从根本上讲,这两种探头是一样的,只是通过改变安装方式来提高检测的灵敏度。
外置式探头见图2 ,内置式探头见图3。
图2 外置式探头
传感器安装过程中,要保证传感器能充分牢固地吸附在检测设备的壁上,中间可用耦合剂或优质黄油吸合。
安装角度要保证在可以接收局部放电产生的超声信号范围内, 若事先并不知道放电位置, 可以试探着确定一个比较好的信号接收位置。
这两种安装方式不同的传感器, 材料均为压电陶瓷(其中锆钛酸铅是最常用的压电陶瓷) ,共同的优点是价格便宜,这也是这种传感器获得广泛应用的原因之一。
图3 内置式探头
3 国外超声传感器发展新动向
3. 1 美国PAC 压电传感器
目前美国PAC 的声发射系统在国内已有一些应用, 该系统传感器仍然是采用压电传感器, 置放大器分为20 dB , 40 dB , 60 dB 三档可调,系统自带分析软件系统。
下面是采用沿面放电模型,应用PAC 的声发射系统包括其自带超声传感器进行局部放电超声法检测(与电测法联合检测, 当从电测法观察到明显放电时) , 经40 dB 前置放大和50～300 kHz 的带通
滤波后的结果如图4 所示。
图4 PAC 超声传感器检测局部放电波形图
通过系统自带的分析软件对采集到的超声信号进行频谱分析,超声传感器检测局部放电波形图如图5 所示, 由图5 可知, 沿面放电模型的局部放电超声信号频谱中心频率在150 kHz 左右。
对大量试验数据的进一步分析表明,传感器能否检测到信号与放电发生时产生超声波的能量密切相关,振动的撞击强度对传感器接收信号至关重要。
测量时,当着重于灵敏度时,宜选用窄频带的传感器,因其有以共振频率为中心的带通滤波作用,可望提高信噪比S/ N , 此时如果选用宽频带传感器, 就有可能因波形混叠在一起很难辨别每次放电的各参数。
当分析局部放电的频率响应特性时, 宜选用宽频带的传感器, 它有着比较平坦频率响应, 包含着比较丰富的局部放电的信息。
图5 局部放电频谱图
3. 2 光纤传感器
光纤- 声传感器已被证实[5 ] 在局放检测中可以应用。
Xiaodong Wang 等人于2006 年在IEEE 的一篇文章中指出[6 ] : 早期检测声信号的光纤传感器大都以光纤内部的干涉仪如全光纤迈克尔逊干涉仪和马赫- 曾德尔干涉仪为基础。
但是信号会因发射源波长和温度引起的传播路径变化而不稳定。
近年来,使用了检测声信号的光纤法布里- 珀罗传感器,与迈克尔
逊和马赫- 曾德尔光纤传感器相比,法布里- 珀罗干涉仪传感器结构更加紧凑,可达到真正的单点检测。
重要的是, 传感器头和检测仪是共模的, 所以环境变化引起的各参数变化并不影响信号相位。
它的检测灵敏度对于局部放电检测来说并不是足够高。
理论分析和计算机仿真结果表明[7 ] : 在距离放电源100 mm 的位置, 法布里- 珀罗传感器灵敏度可达到10 pC。
因事先无法确定放电源位置,传感器安装在距离放电源100 mm 以内比较困难, 距离放电源100 mm 以外时灵敏度又很难保证。
上述的传感器虽然可以应用于局部放电检测中,但灵敏度并不高, 针对传感器的缺陷, 一种高灵敏度的、用以检测变压器内部局部放电的光纤传感器被研制开发出来了[7 ]。
这种光纤传感器由硅薄膜、一个带有空腔和为光纤预留一个洞的并经微机械加工的底层组成,通过机械加工封装制成。
封装好的光纤传感器如
图6 所示。
图6 封装好的光纤传感器
该传感器经过灵敏度, 频率响应, 分辨率3 个方面的测试。
测试数据显示:当压电传感器与光纤传感器在相同条件下放置在与放电源相同距离(0. 4 m)时,压电传感器对放电声信号甚至在输出单位设置为50 mV 时仍没有响应, 而光纤传感器在单位设置为1V 时可以很清晰地捕捉到局部放电的声信号。
这种传感器灵敏度对局部放电声信号检测是足够高的,对高
温, 电磁干扰, 污秽等电测法不适用的环境也同样适用。
Xiaodong Wang [8 ] 等人在对上述光纤传感器做频率响应实验中指出,对这种传感器施加由函数波形发生器产生的频率从1～100 kHz 的信号时, 得出光纤传感器谐振频率大约为90 kHz , 而对于频率超出100 kHz 的信号, 文中并没有测试, 因此并不能断定它在100 kHz 再没有更大的峰值出现。
如果光纤传感器谐振频率约为90 kHz , 而局部放电中超声信号频
谱大都集中在150 kHz [3 ] , 使用谐振频率大约为90kHz 的光纤传感器测到的超声信号是否就是幅值最大的信号, 这将引发我们对两个问题的思考: ①如果光纤传感器测得的信号为幅值最大的信号,那么也就是说局部放电频谱大都集中在90 kHz , 或者不同条件下的局部放电频谱不同。
②如果光纤传感器测得的信号不是幅值最大的信号,那么还可以通过重新选择谐振频率来进一步提高灵敏度,以避免放电发生时采集不到信号的现象。
4 结论
超声传感器是选择超声法局部放电在线监测中的关键技术,在实际选用中应结合工作频带,灵敏度,分辨率以及现场的安装难易程度和经济效益问题等进行综合衡量。
(1) 在灵敏度要求不高的场合, 可选用外置谐振式压电传感器;如果要求对局部放电源精确定位的场合而安装条件又允许的情况下,选择内置谐振式传感器性能更好; 光纤传感器作为一种新发展起来的技术,有着很好的发展前景,但应用有一定困难。
(2) 目前微电子机械加工技术的迅速发展为光纤传感器的封装提供了条件[7 ] ,有利于降低光纤传感器的成本,为其广泛应用提供了条件。
随着传感器技术发展及对检测灵敏度要求的提高,光纤传感器将有广阔的应用前景。
(3) 对于现场状况比较复杂的场合, 在安装方式可实现的条件下可以考虑不同的传感器进行组合安装, 这种组合可以是传感器内置外置的组合, 也可以是不同传感器对同一种安装方式的组合,同一种传感器不同频带宽度的组合,这样一方面可提高检测灵敏度, 另一方面可排除干扰减少误判, 获取更为丰富的局部放电的信息。