PAC課件-超聲局放檢測(cè)技術(shù)(精簡(jiǎn))

1油色譜分析（DGA）法

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

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

-適合電纜與開關(guān)柜檢測(cè)，主要探測(cè)電氣故障，無法定位超高頻法(UHF)

-適合變壓器與GIS，主要探測(cè)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(cè)電氣與其它故障，三維坐標(biāo)定位，無法量化局放常用局放檢測(cè)方法可對(duì)局放源進(jìn)行定位以判別故障部件及原因可確認(rèn)局放發(fā)生時(shí)刻及持續(xù)時(shí)間可判別局放的強(qiáng)度與劇烈程度可識(shí)別多個(gè)局放源可探測(cè)不同類型的故障，如電氣、機(jī)械、懸浮顆粒、過熱等在線監(jiān)測(cè)，對(duì)結(jié)構(gòu)與電網(wǎng)無侵入，不影響設(shè)備正常運(yùn)行可通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)跟蹤故障發(fā)展趨勢(shì)與報(bào)警很高的靈敏度操作簡(jiǎn)單超聲局放檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)什么是聲波？

在介質(zhì)（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(qiáng)度(dB)I=20log()分貝(dB)PPrefP–

聲壓Pref– 參考聲壓。不同的應(yīng)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(chǎn)生原理主動(dòng)超聲：由人為控制的聲源發(fā)出的超聲被動(dòng)超聲(亦稱之為聲發(fā)射)：由于材料或介質(zhì)內(nèi)部能量的突然釋放產(chǎn)生的超聲。

局部放電屬于被動(dòng)超聲或嚴(yán)格的稱之為聲發(fā)射。超聲波在不同的介質(zhì)內(nèi)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(zhì)內(nèi)的傳播速度與材料的特性有關(guān)。超聲波在通過不同的介質(zhì)界面時(shí)會(huì)發(fā)生傳播模式的轉(zhuǎn)換與波速的轉(zhuǎn)換。波速v

的變化將導(dǎo)致波長(zhǎng)

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(yùn)動(dòng)方向平行于材料表面橫波(剪切波)粒子運(yùn)于材料表面動(dòng)方向垂直縱波與橫波縱波橫波超聲波在介質(zhì)內(nèi)的傳播速度與材料的特性，如彈性模量、密度，有關(guān)。一般來說，密度大的介質(zhì)，如金屬，有更高的傳播速度，密度低的介質(zhì)，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(zhì)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(zhǔn)確度的重要因素。超聲波由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，波速與波長(zhǎng)均發(fā)生變化，但頻率不變。超聲波的傳播特性超聲波信號(hào)的幅度隨距離呈指數(shù)型下降趨勢(shì)。頻率越高的信號(hào)，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(duì)變壓器局放監(jiān)測(cè)極為有利。氣體或疏松結(jié)構(gòu)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(cè)。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(zhì)內(nèi)將產(chǎn)生振蕩脈沖波近距離的傳感器將接收到較強(qiáng)信號(hào)遠(yuǎn)距離的傳感器將接收到衰減的信號(hào)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(hào)遠(yuǎn)距離接收到的超聲脈沖信號(hào)縱波橫波在電場(chǎng)作用下，由于絕緣結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷導(dǎo)致的兩導(dǎo)體間的絕緣介質(zhì)未貫穿放電稱之為局部放電。局放產(chǎn)生原理局部放電等價(jià)電路：Ca–完好部分介質(zhì)電容Cg–氣隙電容Cb–與氣隙相串聯(lián)介質(zhì)的電容典型的局放超聲波信號(hào)波形較強(qiáng)信噪比的局放信號(hào)較弱信噪比的局放信號(hào)超聲局放檢測(cè)是基于如下事實(shí)：局放在介質(zhì)中將產(chǎn)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(zhì)中擴(kuò)散傳播。超聲局放檢測(cè)就是將傳感器貼于設(shè)備表面傾聽與捕捉由設(shè)備內(nèi)部故障如局放、部件松動(dòng)、電弧與過熱等產(chǎn)生的瞬態(tài)超聲脈沖信號(hào)并通過適當(dāng)?shù)奶幚?，如相位特征識(shí)別與定位等，來判別故障狀態(tài)。超聲局放檢測(cè)原理目前廣泛使用的超聲局放檢測(cè)技術(shù)是一中基于聲發(fā)射(acousticemission,AE)原理的技術(shù)。聲發(fā)射的定義為:由于材料內(nèi)部局部能量的快速釋放產(chǎn)生的瞬態(tài)彈性應(yīng)力波(ASTME610-82)?；诼暟l(fā)射的超聲局放檢測(cè)技術(shù)始于1970年代。隨著超聲設(shè)備、技術(shù)及成功應(yīng)用案例的發(fā)展，2000年代以來超聲局放檢測(cè)進(jìn)入加速發(fā)展期為廣大用戶所接受。超聲局放檢測(cè)技術(shù)超聲局放信號(hào)的分析處理突發(fā)脈沖信號(hào)連續(xù)型信號(hào)如何處理突發(fā)脈沖信號(hào)？ -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(hào)幅度的量化I=20log()分貝

(dB)PPref一般聲強(qiáng)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(cè)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(dá)時(shí)間–脈沖被傳感器接收到的時(shí)間脈沖定義時(shí)間（HDT）–檢驗(yàn)信號(hào)是否來自于同一個(gè)脈沖事件的參數(shù)T>HDT門檻T<HDTT>HDT脈沖到達(dá)時(shí)刻第一個(gè)脈沖第二個(gè)脈沖超聲脈沖的特征參數(shù)幅度(Amplitude)–脈沖信號(hào)的最大值能量(Energy)–脈沖信號(hào)高于門檻部分包絡(luò)面積持續(xù)時(shí)間(Duration)–脈沖信號(hào)從開始高于門檻到最終低于門檻時(shí)的時(shí)間Vt

0VOLTST<HDT門檻持續(xù)時(shí)間幅度能量超聲脈沖的特征參數(shù)局放信號(hào)波形特征–規(guī)律性出現(xiàn)的脈沖信號(hào)局放特征指數(shù)–用以評(píng)價(jià)規(guī)律性脈沖信號(hào)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(shí)間變化局放特征譜超聲脈沖的特征參數(shù)超聲局放檢測(cè)硬件相位同步–由外部電信號(hào)輸入作為相位參考信號(hào)的同 步方法(相對(duì)相位同步)超聲局放檢測(cè)軟件相位同步–由超聲儀器內(nèi)部智能軟件算法實(shí)現(xiàn)的相位 同步(無需外步電信號(hào)輸入，亦為相對(duì)相位 同步)局放相位(相對(duì)相位)– 可通過直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)觀察局放相為分 布局放相位直角坐標(biāo)分布圖局放相位極坐標(biāo)分布圖超聲局放檢測(cè)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(gè)或以上的傳感器接收到來自于同一個(gè)局放源的超聲信號(hào)超聲局放檢測(cè)的二維平面定位二維平面定位必須至少需要有三個(gè)或以上的傳感器接收到來自于同一個(gè)局放源的超聲信號(hào)超聲局放檢測(cè)的三維定位314ZXY三維定位必須至少需要有四個(gè)或以上的傳感器接收到來自于同一個(gè)局放源的超聲信號(hào)超聲局放檢測(cè)設(shè)備基本構(gòu)成超聲傳感器信號(hào)線前置放大器信號(hào)與直流供電同軸電纜超聲信號(hào)采集分析系統(tǒng)帶前放的傳感器超聲局放檢測(cè)傳感器

傳感器的頻率響應(yīng)用于變壓器局放檢測(cè)的共振型超聲傳感器頻率響應(yīng)用于GIS局放檢測(cè)的共振型超聲傳感器頻