油浸式電力變壓器及電抗器超聲波法測量局部放電診斷應(yīng)用規(guī)范

1、油浸式電力變壓器及電抗器超聲波法測量局部放電診斷應(yīng)用規(guī)范由IEEE電機(jī)工程學(xué)會變壓器專委會發(fā)起IEEE美國電機(jī)工程學(xué)會2004版權(quán)所有TREE PARk AvenueNew York,New York 10016-5997,USAAll rights reservedIEEE標(biāo)準(zhǔn)事務(wù)部Standards Licensing and ContractsPiscataway,NJ 08855-1331,USA摘要：本導(dǎo)則適用于就油浸式變壓器及電抗器內(nèi)局部放電及其他聲發(fā)射源的探測及定位，其目的在于提供一種通過固定位置傳感器探測的超聲波信號與局部放電或其他聲源間幅值及位置相關(guān)聯(lián)的檢測方法。關(guān)鍵字：聲發(fā)

2、射(AE)、突發(fā)、油中氣體分析、低能放電、局部放電（PD）、電力變壓器、電抗器2004IEEE 版權(quán)所有本導(dǎo)則為IEEE導(dǎo)則草案，內(nèi)容恕有變更摘要1.1 綜述本導(dǎo)則適用于就油浸式電力變壓器及電抗器內(nèi)局部放電及其他聲發(fā)射源的探測及定位。電氣（局部放電）及機(jī)械故障信號源（如夾件、螺栓或絕緣件）均可產(chǎn)生超聲波發(fā)射。同樣，本導(dǎo)則也對于超聲波檢測儀器、測試方法及程序以及波形識別進(jìn)行了響應(yīng)描述。如將該導(dǎo)則應(yīng)用于油浸式電抗器時(shí)，必須了解到由于電抗器結(jié)構(gòu)的差異可導(dǎo)致信號及波形解讀的不同。定位精度與故障類型、郵箱結(jié)構(gòu)、檢測儀器以及測試人員經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。1.2目的本導(dǎo)則力圖提供一種通過采用固定位置傳感器探測的超聲波信

3、號與局部放電或其他聲源間幅值及位置相關(guān)聯(lián)的檢測方法。使用者假設(shè)為該領(lǐng)域的專業(yè)人員，如電力工程師、顧問、研究人員以及設(shè)備生產(chǎn)商。1.3安全規(guī)定本導(dǎo)則中的安全規(guī)定僅適用于現(xiàn)場運(yùn)行之變壓器，不適用于變壓器出廠測試。有關(guān)變壓器出廠測試應(yīng)參照相應(yīng)的測試規(guī)程。進(jìn)行局部放電定位的相關(guān)操作應(yīng)由接收過高變壓器試驗(yàn)培訓(xùn)的技術(shù)人員及工程師進(jìn)行。警告變壓器本體油箱通常直接接至低阻地網(wǎng)以避免高壓導(dǎo)入地網(wǎng)或油箱（如油箱出現(xiàn)接地故障），如變壓器油箱出現(xiàn)接地故障，則應(yīng)注意人身安全。即使油箱接地正常，在瞬間故障發(fā)生時(shí)，通過不同路徑接地的油箱電壓也可致命。變壓器帶點(diǎn)或停電時(shí)，或存在其它系統(tǒng)電壓時(shí)，現(xiàn)場所有人員應(yīng)就帶電設(shè)備保持足夠

4、安全距離。建議使用的超聲波傳感器應(yīng)與變壓器油箱進(jìn)行電氣隔離以避免突發(fā)性故障時(shí)對設(shè)備及操作人員的危害，即可采用光電隔離或電氣絕緣材料進(jìn)行隔離。推薦在變壓器停電條件下進(jìn)行所有與變壓器的鏈接，并應(yīng)確保超聲檢測裝置安裝過程中變壓器工作電壓高于額定電壓，檢測過程中始終保持應(yīng)確保人員保持安全距離。變壓器帶電時(shí)，其接地回路不應(yīng)作變更（連接或斷開）。即使變壓器停電時(shí)，也可能在變電站地網(wǎng)存在電流回路，故應(yīng)注意連接或斷開接地回路的操作。2術(shù)語定義2.1聲耦合劑：填充在換能器和試件接觸處的一種材料，在聲發(fā)射檢測期間，可改善能穿過界面的傳播。所有液體及多種凝膠可作為聲耦合劑。多數(shù)用于超聲波無損檢測的聲耦合劑均適用于此

5、，但膠化甘油、硅脂尤為適用。2.2聲發(fā)射（AE）振蕩：有沖擊波對諧振壓電晶片產(chǎn)生的振蕩，沖擊波可能由局部放電產(chǎn)生。2.3聲發(fā)射（）振蕩頻率及計(jì)數(shù)率：某一時(shí)間段內(nèi)聲發(fā)射震蕩中超過計(jì)數(shù)閥值的振蕩數(shù)，通常時(shí)間間隔為1秒或1個(gè)周期，依據(jù)具體使用儀器而定。圖1中顯示了13各振蕩的放大波形，圖中放大不封的時(shí)間間隔尚未確定。2.4聲阻抗：表示介質(zhì)傳播超聲波能力的物理量，反映了超聲波在不同介質(zhì)中的反射及傳播能力，聲阻抗等于接至密度（r）與超聲波在該介質(zhì)中傳播速度（v）的乘積，即Z=rv。2.5衰減：超聲波幅值在單位長度上的減弱，通常以dB（分貝）/米作為單位。超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于擴(kuò)散和界面上的反射與折射

6、等，均使聲能在接至中隨傳播距離的增加而減弱，稱之為衰減。2.6巴克豪森效應(yīng)或磁制噪聲：隨變壓器鐵芯內(nèi)磁場畸變而伴隨的噪聲。噪聲出其頻率為兩倍電源頻率，在電源正負(fù)半周噪聲幅值相同。過勵(lì)磁后便會產(chǎn)生顯著的噪聲，并伴隨產(chǎn)生高頻分量可致30-40KHz或更高的頻率。當(dāng)鐵受到逐漸增強(qiáng)的磁場作用時(shí)，它的磁化強(qiáng)度不是平衡地而是以微笑跳躍的方式放大。發(fā)生跳躍時(shí)，有噪聲伴隨著出現(xiàn)。如果通過擴(kuò)音器把他們放大，就會聽到一連串的“咔噠”聲。這就是“巴克豪森效應(yīng)”。后來人們認(rèn)識到鐵是由一系列小區(qū)域組成，在每個(gè)小區(qū)域內(nèi)，所有的微小原子磁體都是同鄉(xiāng)排列的，巴克豪森效應(yīng)最后得到說明，每個(gè)獨(dú)立的小區(qū)域，都是一個(gè)很強(qiáng)的磁體，但由

7、于各個(gè)磁疇的磁性彼此抵消，所有普通的鐵顯示不出磁性。但是當(dāng)這些磁疇受到一個(gè)強(qiáng)磁場作業(yè)時(shí)，它們會同向排列起來，預(yù)試鐵便成為磁體。在通向排列的過程中，相鄰的兩個(gè)磁疇彼此摩擦并發(fā)生振動，噪聲就是這樣產(chǎn)生的。只有所謂“鐵磁物質(zhì)”具有這種磁疇結(jié)構(gòu)；也就是說，這些物質(zhì)具有形成強(qiáng)磁體的能力，其中以鐵表現(xiàn)的最為顯著。2.7臨界角:聲波能夠進(jìn)入較高傳播速率介質(zhì)的最大入射角，辨識為sin（）=V/V；對于油/鋼鐵界面，鋼鐵中橫波的臨界角約為25度。2.8分貝：分貝（dB）作為聲壓等級單位，對于數(shù)值，通常用來表示聲壓或聲強(qiáng)等級，分貝等級換算公式為聲壓等級（dB）=20log(P/prel)，其中：參考壓力prel為

8、1帕斯卡，聲強(qiáng)與聲音接受面積成正比例關(guān)系，每分貝約合聲強(qiáng)上升26%。意味著每增加3-dB，聲強(qiáng)翻倍。2.9衍射：超聲波波前接觸到聲場中的物體時(shí)，能繞到障礙背后改變原來的傳播方向，在它的背后繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象稱為聲衍射。2.10超聲波直接傳播路徑（油）：局部放電超聲源產(chǎn)生超聲信號在絕緣油內(nèi)直接傳播至吸附于變壓器油箱外壁之傳感器。2.11諧波：有時(shí)很難將各種噪聲高頻分量與局部放電進(jìn)行區(qū)分。諧波通常重復(fù)出現(xiàn)，但能量低于顯著的局部放電信號。2.12縱波或壓力波：絕緣油在傳播方向上受到周期性擠壓及釋放，故介質(zhì)分子往返振動方向與傳播軸向平行。通常僅存在于液體及氣體介質(zhì)內(nèi)，通過介質(zhì)分子間碰撞而傳播。2.13

9、出平面波：在一平板或殼體內(nèi)，一平面波產(chǎn)生垂直于板平面之運(yùn)動。油中亞力波在常規(guī)入射條件下碰撞油箱內(nèi)壁后通常會產(chǎn)生油箱的出平面波。該類波也稱之為彎曲波。出平面波的傳播速度與頻率相關(guān)，故很難用于故障定位。2.14局部放電（）：介于絕緣及導(dǎo)體間的部分電氣放電現(xiàn)象。.反射：由于超聲波傳播路徑的阻擋或不連續(xù)而導(dǎo)致超聲波發(fā)散，發(fā)射率的大小與不同介質(zhì)的聲阻抗差異有關(guān)，而反射角度與入射角度相關(guān)。.傳感器：本導(dǎo)則中所討論的應(yīng)用中所采用的傳感器均為阻尼型壓電式聲發(fā)射傳感器，通常勇于將由彈性波產(chǎn)生的顆粒運(yùn)動轉(zhuǎn)換為電信號，該類傳感器通常固定于變壓器本體油箱外壁，或固定于絕緣油中的波導(dǎo)。不同研究者采用的傳感器諧振頻率范圍

10、為20KHz500KHz，由于傳感器輸出通常與帶寬呈反比，故一般用于局部放電探測的帶寬較窄的傳感器的中心響應(yīng)頻率多為60KHz或150KHz。需要注意的是，對壓力波敏感的傳感器檢測到的信號可能并非來自局部放電聲源。2.17油中超聲波傳播速度：溫度20時(shí)油中速度為1413m/S;通常由于材料對超聲波速度的影響更大，因而不對油溫度及水分含量與超聲波速度的更正。油中超聲波速度也由因絕緣油性質(zhì)而變化。2.18鋼鐵中超聲波傳播速度：（大體積）壓力波約為5800m/s；（平板）約為5200 m/s；橫波（大體積）約為3250 m/s；（平板）約為3200 m/s；2.19傳播路徑結(jié)構(gòu)：局部放電產(chǎn)生的超聲波

11、信號傳播需通過變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。2.20橫波：與傳播方向呈垂直的顆粒運(yùn)動與搖擺的繩索相似。其必要條件是顆粒間需有足夠的作用力，以便各個(gè)顆?？蓙砘赝鶑?fù)運(yùn)動，并牽引與其相連的顆粒運(yùn)動，而橫波不出現(xiàn)于液體及氣體的原因在于分子間作用力很弱。典型的橫波速度為縱波速度的一半，波長相當(dāng)或大于介質(zhì)的厚度，橫波逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌銎矫娌ǎㄒ姸x2.13）3超聲波局部放電檢測系統(tǒng)介紹局部放電（PD）的檢測及定位可在變壓器生產(chǎn)廠或現(xiàn)場進(jìn)行，后者通常在變壓器并由單獨(dú)電源供電得套件下進(jìn)行。目前有兩類超聲定位系統(tǒng)，即全超聲監(jiān)測系統(tǒng)及帶有局部放電觸發(fā)裝置的超聲檢測系統(tǒng)。3.1全超聲波檢測系統(tǒng)第一類全超聲檢測系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)超聲波

12、變換器，主要用于對局部放電產(chǎn)生的超聲波檢測?？赏ㄟ^在變壓器油箱外壁移動一個(gè)或多個(gè)外置傳感器則可實(shí)現(xiàn)探測及對一個(gè)或多個(gè)聲源的粗糙定位。更為精確地局部放電源定位可通過測量超聲波信號抵達(dá)各個(gè)超聲波傳感器的相對時(shí)間而定。該測試方式無需記錄變壓器電壓或電流，因此使得全超聲波檢測系統(tǒng)適于現(xiàn)場投運(yùn)之變壓器的故障定位。超聲波傳感器可固定于變壓器油箱外壁以探測抵達(dá)油箱壁之超聲波信號，或油箱內(nèi)以探測油中信號。外部傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于可方便地進(jìn)行傳感器配置以便獲得更清晰的超聲波信號，并可將儀器方便地移至另一臺變壓器。3.2帶有局部放電信號觸發(fā)裝置的超聲波檢測系統(tǒng)第二類是帶有局部放電觸發(fā)裝置的超聲波檢測系統(tǒng)，除成對排列如

13、上述的超聲波傳感器外，系統(tǒng)另帶有電流或電壓檢測裝置以檢測局部放電的感應(yīng)電信號，而電信號則通?？煽醋隹伤查g接收到信號。當(dāng)采用該假設(shè)后，則可采用電信號的抵達(dá)時(shí)間作為局部放電發(fā)生的起始時(shí)間。因此，局部放電位置確定則可基于各個(gè)超聲波傳感器檢測到超聲信號的絕對時(shí)間。與之不同的是，全超聲波檢測系統(tǒng)則采用各個(gè)超聲波傳感器接受信號間的時(shí)間差值而確定局部放電故障源位置。如在套管測試抽頭檢測信號，則瞬時(shí)檢測到局部放電電信號的假設(shè)正確。該時(shí)間延遲僅有幾微妙，故可忽略不計(jì)。然而，帶有局部放電觸發(fā)裝置的超聲波檢測系統(tǒng)首先處理電信號，因此需將該電信號處理時(shí)間考慮進(jìn)來以便減少定位誤差。下面的時(shí)間間隔是三類電測法局部放電檢測

14、裝置進(jìn)行模擬信號的處理時(shí)間。檢測裝置類型至t0處時(shí)間間隔信號上升時(shí)間油中定位誤差寬帶帶有源積分器0.2s1.2s可忽略（2mm）1MHz窄帶，帶寬9kHz16s35s22-70mm(1-3in.)1MHz窄帶，帶寬4.5kHz16s50s22-95mm(1-4in) 由于并無標(biāo)準(zhǔn)做明確規(guī)定，故上述提供的數(shù)據(jù)僅作參考，而不同生產(chǎn)廠商生產(chǎn)之檢測儀可能有不同的處理時(shí)間，從上面的數(shù)據(jù)可看出若需要進(jìn)行精確定位，則窄帶檢測儀的信號處理時(shí)間則需要加以考慮。 為從傳感器計(jì)算局放源距離，下面列出了油中超聲波傳播速度，如傳播路徑存在其他介質(zhì)（見定義2.17），則速度將有所變化。絕緣油溫度超聲波傳播速度m/s501

15、3008012001101100 綜合檢測系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是電信號檢測也同時(shí)驗(yàn)證了超聲波傳感器確定的是局部放電信號，而非其他超聲波噪聲源。此外，電信號也為超聲波傳感器數(shù)據(jù)采集提供了便捷的觸發(fā)條件。 而綜合檢測系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是在現(xiàn)場的電磁干擾條件下較難獲取清晰的局部放電信號。3.3 在線（連續(xù)）式超聲波檢測系統(tǒng) 固定式在線超聲波檢測系統(tǒng)用于向遠(yuǎn)端用戶提供變壓器內(nèi)早期故障信息，該系統(tǒng)通常有多個(gè)傳感器，放大器以及數(shù)據(jù)采集/處理裝置所構(gòu)成。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)或故障發(fā)生可能性，傳感器安裝于故障可能存在部位，數(shù)據(jù)采集/處理裝置則用于向遠(yuǎn)端傳輸采集的數(shù)據(jù)及/或報(bào)警信號。數(shù)據(jù)通常以局部放電活動水平而非明確的波形形式出

16、現(xiàn)，定位信息則主要依賴于對傳感器檢測信號的分析。發(fā)生頻率高于閾值或活動趨勢的報(bào)警通常需要結(jié)合氣樣，并可能需要進(jìn)行更多細(xì)致的超聲波或其他測試。4.超聲波信號傳播特性 油浸式電力變壓器內(nèi)活躍的局部放電源可產(chǎn)生超聲波信號，并向四周傳播。超聲波信號穿過不同介質(zhì)后到達(dá)變壓器郵箱壁。超聲波在某一介質(zhì)中的傳播距離取決于聲波穿過該介質(zhì)的整個(gè)時(shí)間。 傳播距離=超聲波傳播速度*時(shí)間 相應(yīng)的，通過將傳感器放置于油箱的不同位置，即距故障不同距離，隨之超聲波信號的抵達(dá)時(shí)間也將不同。對于全超聲檢測系統(tǒng)，可比較超聲波信號抵達(dá)各個(gè)傳感器的時(shí)間差值，從而使得估算兩條傳播路徑的差值成為可能。而對于聲電聯(lián)合式檢測系統(tǒng)來說，聲源及傳

17、感器間的時(shí)延可被測定，因而可直接確定某一傳感器與聲源間的絕對路徑長度。兩類系統(tǒng)均需要略有不同的測試程序以確定故障位置，具體程序見操作手冊中章節(jié)7.8部分。 局部放電超聲波定位的基本原理假設(shè)超聲波按聲源與傳感器間的直線路徑傳播，但實(shí)際中并非如此。由于變壓器內(nèi)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致超聲波在變壓器內(nèi)傳播可能的反射、在各介質(zhì)中的衍射等現(xiàn)象的存在，例如，若在聲源與傳感器間存在阻礙，超聲波可沿障礙四周而繼續(xù)傳播，導(dǎo)致傳播時(shí)間增加，以及聲源與傳感器間的實(shí)際距離大大增加，同樣的，超聲波也可以較油中傳播速度更快的速度直接穿過障礙，而抵達(dá)傳感器較早，故可能的路徑較實(shí)際距離近，為避免這些判斷的失誤，重點(diǎn)在于通過采用幾個(gè)傳

18、感器位置重復(fù)計(jì)算以確定故障點(diǎn)。變壓器油箱結(jié)構(gòu)傳播路徑則提出了另一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)，超聲波接觸油箱后，雖然其頻率特性保持一致，而其傳播模式及傳播速度則發(fā)生了變化，圖2中的圖例顯示了傳感器位于遠(yuǎn)端油箱壁時(shí)進(jìn)行檢測的情況。最初的反射波可在油箱界限內(nèi)傳播，其速度取決于超聲波傳播的不同介質(zhì)。超聲波接觸到相鄰的油箱壁后產(chǎn)生其他傳播路徑，如沿油箱壁至其他側(cè)面之傳感器。由于超聲波在金屬中速度大于油中速度，故以該結(jié)構(gòu)路徑傳播之超聲波可能沿油中直接傳播路徑更早抵達(dá)傳感器。因此，如采用超聲波在油中速度并根據(jù)超聲波沿油箱結(jié)構(gòu)路徑抵達(dá)傳感器的時(shí)間計(jì)算聲源距離，其結(jié)果是不正確的，關(guān)鍵是距離計(jì)算應(yīng)基于超聲波直接傳播路徑。因此，采

19、用不用的傳感器位置計(jì)算才能夠確定聲源位置。另一種區(qū)分以結(jié)構(gòu)傳播或油中超聲波的方法是分析振動模式，液體，例如絕緣油，僅僅傳播壓力波；而固體，例如鋼鐵，則可有多種波動模式。油中聲波抵達(dá)油箱后則產(chǎn)生壓力波及橫波。如圖3所示，顯示了兩類波的傳播?？赏ㄟ^振幅較大的特點(diǎn)而分析橫波。使用對出平面波更為靈敏的傳感器可減小沿結(jié)構(gòu)傳播之超聲波的干擾。如將超聲波傳感器置于油箱內(nèi)部，則以結(jié)構(gòu)傳播之超聲波影響問題將有顯著改善。5.超聲波檢測系統(tǒng)：技術(shù)指標(biāo)5.1 簡介不同的檢測儀器客隊(duì)超聲波定位。這里介紹幾種典型的檢測系統(tǒng)證明對某些變壓器結(jié)構(gòu)有效，當(dāng)然根據(jù)不同變壓器的結(jié)構(gòu)，外形尺寸以及局部放電位置，其他檢測系統(tǒng)可能效果等

20、同或更好。5.2 外部傳感器固定在變壓器油箱外壁的外置傳感器是一種壓電型位移變換器，使用者通常選擇傳感器的諧振頻率（縱波）為60150kHz的范圍，相關(guān)研究B5顯示150pC左右的局部放電主要超聲波頻率為60Hz，而更大的局部放電，其超聲波主要頻率降低。此外，高頻信號的衰減較低頻信號更大。這些因素更有利于傳感器在低頻段工作，但在現(xiàn)場條件下，由于低頻段充斥著多種噪聲及諧波干擾，故可導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差。因此，多數(shù)使用者更傾向于使用高頻段檢測。采用壓電類檢測裝置，傳感器同樣對各類電磁場（如變電站現(xiàn)場充斥的各類電磁干擾）有所響應(yīng)。為了減小這類影響，可采用由兩塊晶片構(gòu)成的“差分”類型傳感器（異相安裝用于抗噪）

21、或屏蔽良好的單個(gè)壓電晶片傳感器并帶有集成的內(nèi)置前置放大電路。而由于相對檢測信號幅值較大、輸出阻抗較小的原因而使得后者的使用更為廣泛，輸出阻抗較小也避免了傳感器同軸電纜接頭處感應(yīng)的各類噪聲對信號的干擾。壓電晶片的聲阻抗與變壓器油箱不同，因此若需保證信號充分地從油箱傳播至壓電晶片，一些使用者提出使用“匹配件”的概念。盡管有幾類材料可供選擇，但通常使用的材料是環(huán)氧樹脂，在于不但使用方便同時(shí)提供了電氣及熱絕緣。但選擇環(huán)氧樹脂時(shí)需注意選擇對超聲波衰減較小的材料（通常也使用其他填料）以避免影響信號幅值的傳輸。此外，由于介于油箱及壓電晶片間的環(huán)氧樹脂的聲阻抗并無較大變化，環(huán)氧樹脂的厚度應(yīng)等于與信號在其中傳播

22、時(shí)波長的一半（這里所指的聲波的縱波為60或150kHz）。在術(shù)語定義2.1中涉及的超聲波耦合劑應(yīng)在每次測試之前涂敷于傳感器或環(huán)氧層表面。5.3 內(nèi)置傳感器內(nèi)置型聲發(fā)射傳感器或波導(dǎo)采用了將傳感器浸入油中的做法，因而直接耦合油中超聲波信號，隨后將信號傳至外部傳感器。舉例來說，通常采用的波導(dǎo)為玻璃纖維棒，傳感器附著于玻璃纖維棒的末端并隨之由密封法蘭插入變壓器內(nèi)，但應(yīng)注意保持該玻璃纖維棒的絕緣特性并控制其外形尺寸。因此，該波導(dǎo)應(yīng)滿足（1）由于油箱阻抗影響較小，故需無需如油箱外置傳感器般的方向性；（2）對外部噪聲響應(yīng)不敏感，如風(fēng)暴或松動部件。目前正在開發(fā)的一項(xiàng)技術(shù)是采用光纖干涉測量進(jìn)行檢測。采用激光源激

23、發(fā)光纖端部的傳感器，傳感器由一氣隙和薄二氧化硅隔膜構(gòu)成。光信號與氣隙寬度呈函數(shù)關(guān)系，而聲波可改變的氣隙寬度，并且氣隙寬度與超聲波信號強(qiáng)度呈正比關(guān)系。故通過光信號可實(shí)現(xiàn)對聲波信號及強(qiáng)度的檢測。5.4 帶通濾波器（可選）上述超聲波檢測系統(tǒng)多采用帶通濾波器，并以低通（FL）、高通截止頻率（FH）進(jìn)行區(qū)分。低通、高通截止頻率分別是一種正弦輸入電壓信號自最大值衰減3dB時(shí)的響應(yīng)頻率。當(dāng)采用中心響應(yīng)頻率為150kHz的傳感器，F(xiàn)L應(yīng)為100kHz；而FH應(yīng)為300kHz；濾波器的斜率要用頻率和輸出分貝共同表達(dá)。這里經(jīng)常用“八度”作頻率的單位。濾波器的截止特性應(yīng)為高通部分最小48dB/八度，意味著相對于所感

24、興趣的信號（150kHz），一個(gè)50kHz的信號可衰減48dB；而低通濾波器的特性應(yīng)不小于24dB/八度，意味著一個(gè)600kHz的信號可衰減24dB。濾波器的作用在于盡可能消除與局部放電不相關(guān)的干擾信號，其中包括由鐵芯磁滯導(dǎo)致的振動、油泵以及冷卻風(fēng)機(jī)的噪聲等。大多數(shù)的干擾信號頻率低于30kHz，但有時(shí)也可在50kHz頻段發(fā)現(xiàn)鐵鋅磁滯噪聲。因此，要求帶通濾波器應(yīng)有100kHz的高通濾波，并具有快速截止響應(yīng)特性。因而相當(dāng)多的通用型帶通濾波器頻率均在200kHz以內(nèi)，故選用時(shí)需要考慮其中心響應(yīng)頻率。5.5 可記錄單個(gè)時(shí)間的超聲波檢測系統(tǒng)一套典型的檢測系統(tǒng)應(yīng)包括以下部件。傳感器：見5.2與5.3傳感器

25、支撐：需滿足現(xiàn)場傳感器安裝要求，且便于工作人員攀爬作業(yè)。傳感器電纜及電源；傳感器位置測量裝置；數(shù)字檢測系統(tǒng)，可由一或四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字示波器組成，各通道采樣率應(yīng)大于1MHz/s，存儲器容量大于5000個(gè)樣本。滿足上述要求的數(shù)據(jù)采集部件均可與計(jì)算機(jī)配套使用。此外，均值、幅值檢測、圖形縮放、自動測量及存儲等系統(tǒng)功能也非常重要。5.5.1 各種超聲波檢測系統(tǒng)之區(qū)別靈敏度優(yōu)化以及排除非局部放電信號是該檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求，此外儀器的設(shè)計(jì)應(yīng)能夠滿足現(xiàn)場及工廠應(yīng)用之要求。如條件允許，應(yīng)允許采集局部放電電信號以用于降噪、信號增強(qiáng)及定位，并且儀器應(yīng)盡可能操作簡便。滿足上述要求的檢測系統(tǒng)需包括下屬的基本部件：超聲波

26、傳感器支架可固定三個(gè)壓電傳感器，故可快速確定聲源距支架的相對位置。一或四通道數(shù)字示波器用于數(shù)據(jù)采集，各超聲波支架均配置一個(gè)示波器。采用數(shù)字示波器后，可選擇多種觸發(fā)模式、檢測通道及信號幅值。此外，擁有較高刷新率的示波器則大大有助于卻分干擾信號，其他被驗(yàn)證的重要功能是均值以及持續(xù)功能。計(jì)算機(jī)用于存儲由示波器獲取的檢測信號。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)由富有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員奧做。尋找局部放電信號及其位置時(shí)，可在變壓器油箱外壁移動傳感器支架至指定位置。在每一位置均可通過示波器研究不同的觸發(fā)模式及時(shí)間長度下的波形，而少量信號波形可存儲于計(jì)算機(jī)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)定位信號后，計(jì)算機(jī)幫助計(jì)算并確定聲源位置。5.6 可長時(shí)段記錄波形的超聲波

27、檢測系統(tǒng)以下為各儀器生產(chǎn)商提供的可用于局部放電精確定位的代表性檢測系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用通用型DSP（數(shù)字型號處理器）控制器并帶有DSP卡，此外系統(tǒng)另需配備適當(dāng)?shù)腃PU、RAM、硬盤、監(jiān)視器、鍵盤、鼠標(biāo)及高速緩沖存儲器。專用軟件用于數(shù)據(jù)采集、存儲、二維、三維圖形顯示及回放功能、FFT分析或改良小波變換分析、波形記錄、實(shí)時(shí)特征量提取以及適當(dāng)?shù)腉UI（圖形用戶界面）用于計(jì)算機(jī)顯示。兩通道DSP數(shù)字式AE采集卡需最小為512kB RAM（可擴(kuò)展），兩個(gè)模擬量、一個(gè)數(shù)字輸出硬件，同時(shí)采集暫態(tài)、傳統(tǒng)超聲波特征量，I/O接口、計(jì)算機(jī)界面、傳感器前置放大器、BNC傳感器自校驗(yàn)以及軟件濾波器。如2.16以及5

28、.2及5.3中描述的超聲波傳感器；超聲波傳感器固定或綁定位置；帶有明確知道、范例說明以及結(jié)果分析的使用手冊；所有器件的運(yùn)輸箱。5.6.1 可選部件帶有增益為40/60dB前置放大器、帶通為100-300kHz的濾波器，濾波器具體描述見6.4；長度最小為15m的RG58同軸信號電纜（接頭為BNC/BNC或SMB/BNC）；打印機(jī)，并配有相應(yīng)的電纜及驅(qū)動軟件；機(jī)架式工業(yè)計(jì)算機(jī)，可帶有16個(gè)DSP PC卡；約1m長超聲波測試桿。5.7 在線式（連續(xù)）超聲波局部放電檢測系統(tǒng)兩類系統(tǒng)用于局部放電連續(xù)監(jiān)測用于鑒別、驗(yàn)證并對局部放電源進(jìn)行定位的便攜式裝置；用于探測并進(jìn)行局部放電信號趨勢分析的固定安裝在線式監(jiān)

29、測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常包括（1）多個(gè)傳感器（可根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)或故障發(fā)生概率放置于故障可能的發(fā)生位置附近）；（2）信號放大及數(shù)據(jù)采集/處理系統(tǒng)用于傳輸檢測數(shù)據(jù)及/或報(bào)警信號。電源應(yīng)由變電站直流屏或其他不間斷電源提供。考慮到長期使用的要求，需對系統(tǒng)的輸入、輸出端子及接地端子進(jìn)行保護(hù)。需在系統(tǒng)安裝過程中進(jìn)行建立變壓器超聲波信號基值的相關(guān)測試，該測試為固定在線監(jiān)測提供了軟硬件設(shè)置的相關(guān)信息。如果考慮檢測信號可能為網(wǎng)絡(luò)干擾所致，可在設(shè)置相同的條件下測試相鄰變壓器以便比較兩者間的測試結(jié)果。傳感器的長期固定用于長期檢測的目的，此時(shí)需要采用適當(dāng)?shù)沫h(huán)氧樹脂及/或機(jī)械式支撐物固定傳感器。6.聲發(fā)射測試6.1 現(xiàn)場測試與

30、出場測試之區(qū)別在變壓器制造廠進(jìn)行的超聲波檢測與現(xiàn)場測試間存在諸多差異，現(xiàn)將其列舉如下：現(xiàn)場測試出場測試環(huán)境噪聲源有限控制，例如冰雹、雨噪聲。某些情況下，可采用信號處理或被動測試分析進(jìn)行降噪或消噪?？煽赜捅每赡苡捎谙到y(tǒng)運(yùn)行要求而進(jìn)行可關(guān)閉氣候有限控制，例如冰雹、雨噪聲。某些情況下，可采用信號處理或被動測試分析進(jìn)行降噪或消噪。室內(nèi)測試電源需隔離、濾波或UPS可提供干凈電源接地被測物單點(diǎn)接地，儀器也需接地測試現(xiàn)場的可靠接地安全要求需注意在接近帶電設(shè)備處工作變壓器設(shè)計(jì)通常情況下對變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)了解有限可提供所有設(shè)計(jì)信息測試電壓調(diào)整范圍有限，除非現(xiàn)場備有試驗(yàn)電源試驗(yàn)電壓可控充氣保護(hù)（空氣或氮?dú)猓﹤鞲衅餍?/p>

31、固定于油面以下，某些工況下可能存在氣泡有關(guān)上述兩類測試之更多信息可參考第8，9章節(jié)內(nèi)容。6.2 應(yīng)用傳感器之基本考慮傳感器放置位置與固定對于獲得準(zhǔn)確結(jié)果非常重要，此時(shí)應(yīng)考慮下列因素：傳感器與油箱的接觸是非常重要的，如僅僅是簡單地將傳感器置于油箱外壁，則檢測信號之效果較差。在安裝傳感器之前首先應(yīng)清理接觸表面上的灰塵、油、異物等，隨后再用清潔干布擦凈表面。超聲耦合劑有助于增強(qiáng)傳感器與油箱壁間機(jī)械及超聲波信號耦合，安裝前應(yīng)均勻涂敷于傳感器表面。若安裝位置非鐵磁性材料，則需采用環(huán)氧樹脂作為耦合介質(zhì)。固定于油箱外壁的傳感器可檢測直接沿路徑以及油箱結(jié)構(gòu)傳播的信號，固定于法蘭蓋板或其他密封墊板處的傳感器可接

32、收到更清晰的直接傳播信號，而油箱結(jié)構(gòu)傳播信號則由于法蘭或墊板處結(jié)構(gòu)而發(fā)散。應(yīng)避免將傳感器置于鐵磁或非鐵磁性油箱屏蔽位置，以避免信號衰減。對于帶有折板式加強(qiáng)筋的箱壁，傳感器可置于焊接折板間以獲得較強(qiáng)信號，折板與油箱壁間的氣隙使得超聲波信號發(fā)生衰減。避免將傳感器置于充氮保護(hù)變壓器油面以上的部位，超聲波在氣體傳播路徑將有更大的衰減。避免油箱加強(qiáng)筋處安裝傳感器。處于安全因素的考慮，應(yīng)避免將傳感器放置于高壓區(qū)域。傳感器間應(yīng)保留足夠的距離以確保信號的獨(dú)立性，具體間距就傳感器類型而定。應(yīng)確保整套系統(tǒng)及各個(gè)傳感器工作正常，并應(yīng)對所有傳感器的前置放大器進(jìn)行設(shè)定?？刹捎贸暡y試桿確定傳感器最初的放置位置。避免在

33、單相三柱鐵芯、三相五柱鐵芯變壓器鐵芯端部油箱設(shè)置傳感器。如油箱采用鋁或不銹鋼材質(zhì)，則需要使用環(huán)氧樹脂材料固定傳感器。不應(yīng)將傳感器布置于控制箱。變壓器分接調(diào)壓開關(guān)（LTC）包括電動器械動作，產(chǎn)生的超聲波通常在整個(gè)變壓器內(nèi)傳播，因而在測試階段就應(yīng)確認(rèn)調(diào)壓開關(guān)的動作特性，并在隨后的測試分析中加以區(qū)分。殼式變壓器：傳感器應(yīng)置于頂端（鐵芯上部）或底部（鐵芯下部）。測試儀器/裝置的輸入端需做瞬態(tài)電壓保護(hù)。外界靜電及電磁干擾可影響檢測結(jié)果并可能損壞儀器。7.超聲波現(xiàn)場測試程序（典型）7.1 簡介通常根據(jù)油中溶解氣體檢測結(jié)果而進(jìn)行超聲波測試，或發(fā)現(xiàn)可能的局部放電噪聲而定。通常情況下，變壓器在負(fù)荷條件下進(jìn)行監(jiān)測

34、。因此在放置傳感器時(shí)需要符合相關(guān)安全規(guī)定，以確保滿足最小安全距離。7.2 測試設(shè)置測試人員抵達(dá)現(xiàn)場后一般需要約2-3個(gè)小時(shí)做監(jiān)測前的準(zhǔn)備工作，主要由傳感器數(shù)量、安裝難易程度、電源等因素而定。若使用試驗(yàn)電源，則需要額外時(shí)間用于試驗(yàn)布置及檢查工作。將測試儀器放置于便利的位置以便于變壓器上傳感器的安裝工作及獲取現(xiàn)場電源，變壓器與測試儀器應(yīng)采用相同的公共接地。傳感器采用同軸電纜接至測試儀器，隨后應(yīng)進(jìn)行功能性測試以確保所有傳感器具有相同的靈敏度，通常的做法是采用在傳感器附近折斷一支鉛筆產(chǎn)生的機(jī)械振動進(jìn)行驗(yàn)證。傳感器電纜的布置也應(yīng)盡可能避免測試區(qū)域接地及架空線等處的噪聲干擾。隨后應(yīng)驗(yàn)證監(jiān)測系統(tǒng)是否工作正常

35、，通常采用敲擊油箱以產(chǎn)生振蕩信號的方法，信號被各個(gè)傳感器記錄下來，通過各傳感器的信號比對檢驗(yàn)儀器及傳感器是否正常。7.3 初始化掃描后的傳感器布置除采用在線式局部放電監(jiān)測系統(tǒng)外，通常無法確定現(xiàn)場噪聲源。因此，第一步應(yīng)對整個(gè)變壓器進(jìn)行現(xiàn)場掃描。對于三相芯式變壓器，首先在套管末端各安裝一個(gè)傳感器，隨后在油箱上接近各相高低壓線圈中部放置傳感器，如有額外傳感器，則放置于油箱底部。相類似地，對于單相芯式變壓器來說，首先在套管末端各安裝一個(gè)傳感器，將其他傳感器放置在油箱四側(cè)面接近線圈的中部位置。如果為自耦變壓器，應(yīng)在自耦線圈部位放置一到兩個(gè)傳感器。如測試同類型變壓器則應(yīng)保持相同的傳感器位置及軟件設(shè)置以便建

36、立同類型變壓器設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)，也需要移動傳感器以獲得較好信號。傳感器表面應(yīng)敷有足夠的超聲波耦合劑以確保超聲波從油箱傳播至傳感器壓電晶片，過多耦合劑對測試并無影響，而耦合劑太少則影響聲波的耦合。電磁屏蔽阻礙傳感器檢測信號的傳輸，故可根據(jù)變壓器生產(chǎn)商或以往測試經(jīng)驗(yàn)確定屏蔽安裝位置。如變壓器內(nèi)可能存在放電，則可將分裂鐵心式高頻CT或羅格夫斯基式線圈鉗于變壓器油箱接地線并作為直接檢測信號輸入，以便作為超聲波傳感器的觸發(fā)信號并作為時(shí)間原點(diǎn)。初始掃描時(shí)間取決于信號發(fā)生頻率，某些使用者在移動傳感器前連續(xù)監(jiān)測約4小時(shí)，基本需要確定檢測波形連續(xù)且具有重復(fù)性，若信號發(fā)生頻率較低且無規(guī)律，則可能需要全天連續(xù)監(jiān)測

37、。傳感器表面敷有超聲波耦合劑，并通過施加一定壓力附著于變壓器油箱外壁。可通過磁吸、粘性綁扎代或環(huán)氧樹脂傳感器，目的是確保傳感器牢固、穩(wěn)定，以免傳感器自身振動造成干擾。7.4 監(jiān)測技術(shù)變壓器并網(wǎng)后，由于電壓等級相對穩(wěn)定，使得超聲波信號較難區(qū)分。用于幫助確定超聲波聲源的檢測技術(shù)包括：改變變壓器負(fù)荷并觀察信號發(fā)生是否與負(fù)荷相關(guān)。階躍升高或降低系統(tǒng)電壓。調(diào)整有載分接調(diào)壓開關(guān)以觀察對于信號的影響。如變壓器通過試驗(yàn)電源供電，可調(diào)整測試電壓以確定信號活動情況及幅值。 不同超聲波監(jiān)測系統(tǒng)的信號靈敏度也不同，觸發(fā)電平設(shè)置則需根據(jù)測試變壓器通常的工作噪聲水平（變壓器結(jié)構(gòu)、油泵、風(fēng)機(jī)運(yùn)行噪聲等）而定。在信號定位過程

38、中也可對設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化。 也可采用三維圖形顯示傳感器整體布置，舉例來說可利用油箱的一角作為坐標(biāo)原點(diǎn)。對于弧形邊角的油箱來說，可考慮采用其延長線作為參考坐標(biāo)原點(diǎn)。傳感器位置標(biāo)定后，各個(gè)傳感器檢測信號的時(shí)間差可用于故障源定位，增加傳感器數(shù)量可提高檢測精度。7.5 信號源定位確定超聲波在絕緣油中的傳播速度后，信號源的大致定位可通過不同傳感器獲得信號的相對時(shí)間差而得。由于超聲波傳播路徑上的不同介質(zhì)（絕緣紙、銅導(dǎo)線、絕緣油、油箱等）及不同傳感器的因素，故該定位方法并不十分準(zhǔn)確。此外，變壓器內(nèi)也可能存在多于一個(gè)信號源。重新布置傳感器以便在懷疑存在局部放電源并需做進(jìn)一步探測的區(qū)域做集中檢測。只要各傳感器間的時(shí)

39、間差值能夠測量，原則上傳感器可非?？拷盘栐?，有時(shí)甚至將傳感器重新布置于懷疑區(qū)域，也可能僅有一個(gè)傳感器檢測到相應(yīng)信號，則可能由于信號源強(qiáng)度很低或信號衰減嚴(yán)重甚至儀器故障所致。此時(shí)需注意不要將該信號源作為噪聲而放棄。信號源的位置可通過一系列一致信號的計(jì)時(shí)而定。清晰一致的信號特征也可幫助鑒別故障類型。7.6 報(bào)告及后續(xù)工作 將實(shí)際故障與通過超聲波檢測系統(tǒng)的檢測結(jié)果進(jìn)行比較后，可建立基于某種監(jiān)測系統(tǒng)上對變壓器整體情況的了解。這就大大加強(qiáng)了超聲波檢測系統(tǒng)作為一種診斷工具的作用。 調(diào)查報(bào)告應(yīng)包括測試設(shè)置，測試程序、檢測波形（如可提供）以及根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)測的信號源，內(nèi)部電氣連接線圖及/或測試變壓器照片。 后續(xù)

40、的報(bào)告包括實(shí)際問題及故障分析間的比對，相關(guān)的幫助信息包括：有何發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)位置預(yù)測與實(shí)際位置間的差異問題如何更正變壓器檢修后進(jìn)行超聲波檢測可比較檢修前后的超聲波波形，進(jìn)而建立變壓器檢修后新的評估基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。8. 采用電信號觸發(fā)系統(tǒng)的工廠測試程序8.1 introduction簡介工廠測試較現(xiàn)場測試的主要區(qū)別在于工廠測試可采用局部放電電信號作為超聲波數(shù)據(jù)采集的觸發(fā)信號，并可將電信號視作與局部放電同時(shí)發(fā)生，因而可將檢測到電信號的時(shí)間作為“時(shí)間原點(diǎn)”并得出超聲波信號的傳播時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出超聲波傳感器與局部放電源間的距離。采用電測法局部放電探測儀的輸入信號通常由套管電容式測試抽頭處取得，輸出則可作為超聲波定

41、位系統(tǒng)的一個(gè)輸入通道。由于視在電荷檢測器的頻率范圍更接近超聲波，故推薦采用而非無線電干擾電壓儀。當(dāng)然，耦合電信號或超聲波信號均可作為系統(tǒng)觸發(fā)信號。超聲波傳感器置于油箱外壁，傳感器輸出信號則輸入超聲波定位系統(tǒng)用于波形顯示及時(shí)延分析。8.2 傳感器初始布置 超聲波傳感器在油箱上的初始布置直接影響局部放電的定位工作效率，最初傳感器的大致布置位置可參照感應(yīng)電壓試驗(yàn)結(jié)果。大多數(shù)情況下，感應(yīng)電壓試驗(yàn)均可反映出變壓器的那一相含有局放源。若已確定，則可將傳感器置于存在故障的一相。但也需注意的是也有感應(yīng)電壓試驗(yàn)與超聲波定位測試結(jié)果在不同相的報(bào)道，而通過驗(yàn)證超聲波定位測試結(jié)果正確的典型例子及時(shí)三角形接線，其中套管

42、均與兩相相連。另一個(gè)信息來源是檢查變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖紙及可能的照片，其中顯示了可能的局放放電部位，并顯示故障是否在低壓或高壓側(cè)，油箱內(nèi)壁或油箱的上部、中部抑或下部。圖4中顯示了以簡化的變壓器側(cè)示意圖。檢查局部放電故障點(diǎn)的操作部位包括整個(gè)線圈，有載分接開關(guān)部位以及/或由高壓線圈至套管高壓引線。理想的傳感器初始布置一般如圖5a、5b或5c中顯示的布置方式。圖5a、5b用于已知故障相的檢測，圖5c則用于對是否存在故障并無信息的情況。上述圖中，分別對所懷疑存在局部放電相的頂部、中部及底部進(jìn)行檢測以獲得對各相的整體了解。但在實(shí)際操作中通常理想的放置位置卻由于諸如散熱器、油箱加強(qiáng)筋、有載分接開關(guān)及控制柜等阻

43、礙而無法固定傳感器。此時(shí)就需要些許的創(chuàng)造性，而實(shí)際的傳感器布置也將于前述的布置方式有顯著的不同。舉例來說，由于散熱器或內(nèi)部接線等障礙，較其他兩相而言，某一相上設(shè)置的傳感器則可置于對面的油箱壁上。如將傳感器固定于檢修孔或其他法蘭處則可能獲得的超聲波信號與變壓器本體無關(guān)，故變壓器油需與蓋板內(nèi)表面相接觸以確保傳感器的有效檢測。殼式變壓器外傳感器的布置需要做特別注意油箱的內(nèi)部屏蔽，因此只能將傳感器置于油箱頂部或無屏蔽區(qū)域進(jìn)行檢測。測量及變更傳感器布置將傳感置于適當(dāng)?shù)奈恢煤?，?yīng)進(jìn)行簡單的檢驗(yàn)以確保系統(tǒng)工作正常。采用較低的信號放大設(shè)置，并在一傳感器附近用手指輕輕敲擊油箱產(chǎn)生超聲波信號，而所有傳感器均應(yīng)檢測

44、到信號并于主機(jī)示波器顯示。用同樣方法依次檢驗(yàn)每個(gè)傳感器。此時(shí)，準(zhǔn)備工作已經(jīng)就緒并可開始超聲波檢測。與常規(guī)感應(yīng)電壓測試相同，將變壓器緩緩升壓直至視在電量檢測器可測量到連續(xù)的局部放電信號，或完全升至測試電壓后測量連續(xù)的局部放電信號（注意：不應(yīng)升壓過高以免對變壓器絕緣造成破壞）。在該電壓等級下，并將超聲波信號放大設(shè)置置于中等放大后，示波器的觸發(fā)精度需做校準(zhǔn)以應(yīng)對定量的電氣局部放點(diǎn)檢測器信號。因此，對每半個(gè)電源周波，示波器均會被觸發(fā)并且開始自超聲波傳感器及電信號傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)開始采集的時(shí)間作為“時(shí)間原點(diǎn)”，并且示波器應(yīng)允許多個(gè)傳感器信號立即顯示，從而將用于分析的數(shù)據(jù)“固定”于屏幕并作相應(yīng)存儲

45、。根據(jù)10.1章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行對超聲波信號的分析。若沒有傳感器顯示局部放電信號，可增大信號增益。采用該傳感器布置以及超聲波檢測時(shí)，局部放電源的定位精度可達(dá)25cm或更小。9 超聲波信號特征9.1 概要-交變電流檢測系統(tǒng)通常來說，檢測均會獲得兩類結(jié)果，一類是獲得的連續(xù)信號，另一類則是間斷型信號。所謂連續(xù)型信號指雖然信號幅值可能有所變化，但信號一直存在，且信號的周期性與電源頻率相關(guān)，這類信號通常由高能局部放電源或不因變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)而衰減的信號源而產(chǎn)生。間斷型信號進(jìn)而也可分為兩種類型a.連續(xù)性局部放電源產(chǎn)生的間斷超聲波信號在大多數(shù)時(shí)間均存在，但也會遭遇短時(shí)消失的情況。通常由處于導(dǎo)體表面、接線、分接開關(guān)

46、磨損、異物或接地故障而產(chǎn)生該類信號。b.間斷型局部放電的特征為在較長的平靜期（可能數(shù)分鐘）后伴隨短時(shí)強(qiáng)信號，該類信號通常由懸浮的靜電屏蔽、短時(shí)電弧放電所產(chǎn)生，這類故障在活躍階段通常可產(chǎn)生高能超聲波信號。如前所述，通?？赏ㄟ^移動傳感器而確定油箱上最靠近局放源的位置，但無法提供局放源至油箱距離。而通過在示波器(推薦使用數(shù)字式瞬時(shí)波形記錄器)上觀察波形情況，則有助于得到有關(guān)局放源距離的信息。例如，圖1中的信號僅有微小衰減，表現(xiàn)為脈沖波形包絡(luò)線的前緣上升時(shí)延很短，呈現(xiàn)為波形頭部區(qū)域較窄的特性。從傳播路徑看，傳播路徑基本為油中傳播并基本不包括固體絕緣介質(zhì)。若相同的信號需穿過多層固絕緣介質(zhì)，信號衰減的結(jié)果

47、不僅影響信號的幅值，同樣使得信號的前緣呈圓形。極端情況下，整個(gè)信號的包絡(luò)線呈圖7所示的“卵形”或“橢圓形”。利用這一現(xiàn)象，可大致判斷聲源是否靠近油箱抑或深入變壓器絕緣內(nèi)部。圖7所顯示的波形也可由與油箱上的傳感器位置超過臨界角，如果傳感器的位置超過臨界角，則超聲波以橫波方式在油箱內(nèi)傳播，而非直接穿過油箱。幾類橫波首先到達(dá)傳感器（超聲波在鋼鐵中的傳播速度大于油），隨后為壓力波，故其波形則如超聲波衰減后的波形（如圖7）。使用者必須始終注意傳感器的響應(yīng)特性有時(shí)較局部放電信號特征則更為明顯。除上述的特征外，局部放電通常與波形的激發(fā)頻率相關(guān)。有時(shí)，在波形的某一固定位置則會存在輕微的“抖動”。9.2 記錄單

48、個(gè)局部放電事件的超聲波檢測系統(tǒng) 超聲波信號的頻率范圍通常介于50kHz350kHz，約150pC的局部放電產(chǎn)生信號的頻率主要為100kHz，而更大的局部放電產(chǎn)生的信號的頻率則降低。 信號隨后的衰減是由于變壓器鐵芯、線圈結(jié)構(gòu)的不同而造成的，而高頻信號在油箱的衰減較低頻更甚，信號的衰減同樣影響到超聲波信號與電信號間的相關(guān)性，下面則給出了若干的信號圖例。圖8顯示時(shí)間段內(nèi)的波形圖中，橫坐標(biāo)為秒，而頻率圖中橫坐標(biāo)為赫茲。所使用的傳感器的響應(yīng)范圍為20120kHz，上面的頻譜圖中也有清晰的顯示，應(yīng)注意波形中的起始脈沖幅值最大，隨后的強(qiáng)度有所減弱，而0.7ms之后的信號則為反射脈沖。圖9顯示時(shí)間段內(nèi)的信號為

49、典型的，傳感器波形顯示幅值較小的縱波先于橫波約0.04ms。頻率分量也與油箱壁厚度、油箱路徑長度等因素有關(guān)，但對于直接傳播信號則基本不發(fā)生改變。比較圖10的兩個(gè)圖譜，局部放電信號中幅值較大的部分頻率集中在50kHz左右，原因是信號源位于紙絕緣，而固體絕緣衰減成了高頻分量。因此，局部放電信號僅稍大于系統(tǒng)噪聲。如圖11 所示，對信號進(jìn)行平均值處理是一種有效降噪的方法，此時(shí)的觸發(fā)值設(shè)定則根據(jù)信號中振幅較大的脈沖而定，均值處理則需要穩(wěn)定的觸發(fā)值和較高的采樣頻率，通常要進(jìn)行幾個(gè)獨(dú)立的脈沖均值以避免偶然性，而實(shí)際檢測中，均值處理也是最為有效的降噪方法。例如，對上面出現(xiàn)的-0.3ms信號的微弱特征，這類似特

50、征則有助于準(zhǔn)確定位。圖12中的波形不具有很短的上升時(shí)延，脈沖緩慢增長（注意時(shí)間范圍），并在圖中的1.5ms時(shí)左右開始增長，能譜則顯示了在35Hz處較強(qiáng)的能量峰值，則顯示出了信號穿過了多重介質(zhì)使能量有較大衰減。9.3 在線超聲波檢測系統(tǒng)采用傳統(tǒng)電測法獲得的局部放電信號通常采用設(shè)置閾值的方法一顯示局部放電的發(fā)展程度，通常的量綱為300500p C，由于傳播距離及不同介質(zhì)對超聲波的影響，對超聲波檢測系統(tǒng)則無法給出閾值作為判別標(biāo)準(zhǔn)。而線圈內(nèi)較強(qiáng)的信號源也可能在抵達(dá)傳感器時(shí)變得很弱。此外，不同的增益設(shè)置也可導(dǎo)致信號幅度的差異。某些一起采用40220ms的信號時(shí)長作為區(qū)分局部放電脈沖的標(biāo)準(zhǔn)。對于超聲波在線

51、監(jiān)測系統(tǒng)來說，波形的兩個(gè)最重要的信號特征分別有幅值-時(shí)間及能譜強(qiáng)度而得到。此外，其它相關(guān)特征包括： a） 信號能量計(jì)數(shù)：b） 單位時(shí)間內(nèi)局部放電脈沖：c） 局部放電計(jì)數(shù)-幅值：d） 信號持續(xù)時(shí)間（ms）-幅值（d B）：e） 局部放電脈沖計(jì)數(shù)-相位：這類檢測系統(tǒng)軟件可利用如局部放電信號不同步的特征。圖13中子傳感器1、4及6的信號的重復(fù)頻率與預(yù)測的平均頻率不同，這類信號稱之為“非同步”信號。圖13中通道1（傳感器1）的波形顯示了橢圓形信號，而由局部放電信號的衰減所致。信號的衰減說明該信號在到達(dá)傳感器之前通過了不同的介質(zhì)或表明傳感器位置不佳。由傳感器4得到的波形則顯示了直接傳播的局部放電信號的箭

52、頭波形（見圖8）。傳感器6得到的信號也呈現(xiàn)橢圓外觀，但由于其時(shí)間延遲的特點(diǎn)，說明傳感器6較傳感器4距離局部放電源更遠(yuǎn)，通道6做出的觸發(fā)條件是在時(shí)間原點(diǎn)處當(dāng)信號超過一已知信號幅值而觸發(fā)，對于采樣A/D轉(zhuǎn)換頻率為1MH z的系統(tǒng)來說，預(yù)設(shè)的出發(fā)時(shí)間通常為20ms。該時(shí)長為120ms的波形截圖顯示的信號并未達(dá)到最大值，說明信號可能通過了多重介質(zhì)或由于傳感器位置導(dǎo)致通道6的信號傳播較長。若為同步信號，則通常為噪聲干擾。圖13中來自傳感器2、3、5的信號波形顯示了這些信號具備重復(fù)性（周期性），其平均周期則與該傳感器帶寬的某些頻率相關(guān)，而具有可能推斷頻率的信號通常稱其具有同步性。具有局部放電源定位算法的軟

53、件則采用了系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)以及變壓器的三維尺寸數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對局部放電定位的優(yōu)化。該軟件也采用了小波分析方法以評估局部放電電源的位置（見附錄C）。9.4 概要-直接電流檢測系統(tǒng)9.5 有靜電起電產(chǎn)生的局部放電特性從多數(shù)大型電力變壓器的故障來看，部分歸咎于靜電電荷積累及最后的閃絡(luò)二導(dǎo)致的故障，當(dāng)絕緣油溫低于40且油速相對較快的條件下，現(xiàn)場測試也顯示了靜電電荷積累與局部放電活動水平增長的相關(guān)性。該現(xiàn)象稱之為靜電起電?，F(xiàn)場測試過程中同時(shí)也進(jìn)行的DGA（油中溶解氣體分析），但結(jié)果顯示并無氫氣機(jī)其他氣體的升高，可能由于時(shí)間較短且靜電起電的間斷性存在所致。外部傳感器則主要集中在變壓器頂部以避免內(nèi)部對信號的屏蔽，

54、而提前靜電起電引起的高能量放電均可由放置于非屏蔽區(qū)的傳感器檢測。有時(shí)技術(shù)人員在變壓器附近也可聽到放電聲響。靜電放電在造成故障之前可通過超聲波檢測，現(xiàn)場色是經(jīng)驗(yàn)表明多數(shù)靜電放電事故在變壓器啟動或冬季低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)發(fā)生。隨著油溫的升高，由靜電起電為伴隨產(chǎn)生的超聲波信號也逐漸減弱，并通常在油溫至50后停止。9.6熱故障、鐵芯、機(jī)械噪聲及其他超聲源的信號活動情況通常在采用其他技術(shù)（通常為油中溶解氣體分析）證實(shí)電力變壓器內(nèi)部存在故障的情況下，將超聲波檢測技術(shù)用于變壓器內(nèi)部局部放電或者電弧放電的探測及定位。但通過多年研究發(fā)現(xiàn)，沒有氣體異?；蝻@示存在電氣故障的變壓器在采用超聲波在線監(jiān)測一段時(shí)間后，也會發(fā)現(xiàn)有

55、超聲波信號。因此必須對這些信號與局部放電信號加以區(qū)別，以確保其結(jié)果的可靠性。下面列出了相關(guān)示例及其特征。鐵芯磁致噪聲（巴克豪森效應(yīng)）此類噪聲的諧波頻率通常為30-40KHZ的范圍；油泵噪聲：潛油泵內(nèi)的放電也會對放置于變壓器油箱底部的傳感器造成影響，但該信號通常與50或60HZ的波形頻率不相關(guān)。銘牌松動，管路的相互碰撞，風(fēng)機(jī)噪聲等有時(shí)也會產(chǎn)生與局部放電信號相類似的重復(fù)性信號，但其信號長度通常更長與局部放電信號，而局部放電信號的時(shí)長則小于150us。變壓器油箱內(nèi)部屏蔽連接處的松動也可導(dǎo)致較大的局部放電，但對于變壓器的運(yùn)行并無影響。局放源位置的確定必須參考變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。自傳感器到放大器的連接部分

56、，若屏蔽不良可感應(yīng)外界局放信號，在明確變壓器內(nèi)部存在故障的結(jié)論之前應(yīng)檢查每一個(gè)可能的干擾源?？ㄜ嚕h(huán)境噪聲（雷暴天氣、雨雪、冰雹、狂風(fēng)等）以及變壓器油箱附近的其他因素均可影響超聲波傳感器。這些隨機(jī)信號通常超過1ms。開關(guān)或分接開關(guān)動作可產(chǎn)生隨機(jī)信號。熱故障也可產(chǎn)生隨機(jī)信號【B15、B36】 通過研究超聲波信號與變壓器測試過程中的其他參數(shù)（電流電壓、油泵；風(fēng)機(jī)電流、油溫、繞組熱點(diǎn)溫度、相角等）間的相關(guān)性，也有助于鑒別兵區(qū)分測試過程中的不同聲源。條件允許時(shí)，可進(jìn)行與局部放電電測法測試結(jié)果間的比對以幫組區(qū)分局部放電信號及噪聲。9.7 電信號及超聲波信號的比較與其他電氣現(xiàn)象不同的是，局部放電表現(xiàn)為快速

57、暫態(tài)電脈沖并伴隨聲響。根據(jù)局部放電位置以及傳播路徑的不同，可采用電或超聲信號用于局部放電檢測。兩類檢測方法采用不同檢測技術(shù)，故降噪能力也不相同。超聲波局部放電檢測主要的局限性在于僅能檢測傳感器響應(yīng)區(qū)域內(nèi)的局部放電信號，單個(gè)床阿奇的檢測區(qū)域有限，而對干擾噪聲也有相同效果。局部放電電測法覆蓋區(qū)域廣，包括例如套管、分接開關(guān)等組件。但電測法同時(shí)采集外部噪聲，且難以去除。電測法儀器檢測數(shù)據(jù)與實(shí)際放電脈沖幅值間關(guān)聯(lián)性較超聲波檢測技術(shù)更好。目前的相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)也對儀器響應(yīng)也做出定義，即儀器讀出與皮庫（PC）或微庫（mc）間的關(guān)系，以便在出廠測試與現(xiàn)場測試間進(jìn)行更好的比較。以下表格列舉的兩類檢測技術(shù)間的基本比較

58、：局部放電類型及位置電測法超聲波檢測備注變壓器內(nèi)局部放電線圈外局部放電可以可以最適于使用超聲波檢測儀，并進(jìn)行三角定位線圈內(nèi)局部放電可以困難超聲波信號在線圈內(nèi)衰減較強(qiáng)，RIV檢測信號可收到LC回路的諧振影響線圈、鐵芯間局部放電可以較困難絕緣油界面電弧/爬電可以可以油中套管表面電弧/爬電可以可以套管內(nèi)局部放電可以可能3、無載分接開關(guān)內(nèi)局部放電可以可以有載分接開關(guān)內(nèi)局部放電可以可以4、傳感器應(yīng)位于有載分接開關(guān)部位噪聲源變壓器外部的局部放電（例如母線電暈、開關(guān)內(nèi)局部放電）可以不可以1、較強(qiáng)的放電/先導(dǎo)放電可以可能1、2雷電沖擊可以可能1、2、一般為非單一事件附近的汽車點(diǎn)火可以不可以1、與相位無關(guān)電子電源開關(guān)可以不可以無線電臺、發(fā)射機(jī)可以不可以需要增加電信號噪聲濾波器（帶阻）或改變RIV測試頻率環(huán)境（雷暴天氣、雨雪、冰雹、狂風(fēng)等）不可以可以其他絕緣油劣化/水分增高不可以不可以除局部放電外，需輔以其他手段（PF、DGA等）成功的局部放電探測需要進(jìn)行噪聲抑制（如采用外部噪聲天線）以及局部放電相位圖譜（指紋圖譜）的