PAC課件_超聲局放檢測技術(shù)(精簡)

1、1油色譜分析（油色譜分析（DGA）法）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(yīng)較慢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(yīng)較慢對地電流對地電流(TEV)法法- 適合于開關(guān)柜的局放檢測，不適合非導(dǎo)體的適合于開關(guān)柜的局放檢測，不適合非導(dǎo)體的GIS氣室檢測氣室檢測高頻電流高頻電流(HFCT)法法- 適合電纜與開關(guān)柜檢測，主要探測電氣故障，無法定位適合電纜與開關(guān)柜檢測，主要探測電氣故障，無法定位超高頻法超高頻法(UHF)- 適合變壓器與適合變壓器與GIS，主要探測電氣故障，一維粗獷定位，無法量化局放，主要探測電氣故障，一維粗獷定位，無法量化局放超聲波超聲波(AE)

2、法法- 適合變壓器與適合變壓器與GIS，可探測電氣與其它故障，三維坐標(biāo)定位，無法量化局放，可探測電氣與其它故障，三維坐標(biāo)定位，無法量化局放常用局放檢測方法常用局放檢測方法 可對局放源進(jìn)行定位以判別故障部件及原因可對局放源進(jìn)行定位以判別故障部件及原因 可確認(rèn)局放發(fā)生時刻及持續(xù)時間可確認(rèn)局放發(fā)生時刻及持續(xù)時間 可判別局放的強(qiáng)度與劇烈程度可判別局放的強(qiáng)度與劇烈程度 可識別多個局放源可識別多個局放源 可探測不同類型的故障，可探測不同類型的故障，如電氣、機(jī)械、懸浮顆粒、過如電氣、機(jī)械、懸浮顆粒、過熱等熱等 在線監(jiān)測，對結(jié)構(gòu)與電網(wǎng)無侵入，不影響設(shè)備正常運(yùn)行在線監(jiān)測，對結(jié)構(gòu)與電網(wǎng)無侵入，不影響設(shè)備正常運(yùn)行

3、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 很高的靈敏度很高的靈敏度 操作簡單操作簡單超聲局放檢測的優(yōu)點超聲局放檢測的優(yōu)點什么是聲波？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。在介質(zhì)（氣體、液體、固體）中傳播的壓力波稱為聲波。什么是超聲波什么是超聲波? 高于人耳可聽頻率的聲波叫超聲波。高于人耳可聽頻率的聲波叫超聲波。超聲波定義超聲波定義人耳可聽聲頻率范圍20 20KHz 10 100 1000 10000 100000 1000000 HzGIS局放頻率范圍20 50 KHz變壓器局放范頻率圍80 180 KHz工業(yè)與醫(yī)療

4、超聲頻率范圍1 20MHz超聲波聲發(fā)射4SourceIntensity level in dBThreshold of hearing0Rustle of leaves10Whisper (at 1m)20Library30Quite home.40Office, classroom.50Normal conversation.60Busy traffic.70Ordinary factory.80Niagara falls.90Running train.100Rock band with amplifiers110Threshold of pain, jet take off (at 60

5、m)120Machine - gun130Rocket-launch180聲波的強(qiáng)度聲波的強(qiáng)度(dB)I = 20 log( ) 分貝 (dB) PPrefP 聲壓聲壓Pref 參考聲壓。不同的應(yīng)用其參參考聲壓。不同的應(yīng)用其參考聲壓不同?？陕犅暤膮⒖伎悸晧翰煌？陕犅暤膮⒖悸晧簽槁晧簽?0 微帕斯卡。微帕斯卡。0 dB 為為2000Hz的聲波人耳聽的聲波人耳聽力靈敏度的極限。力靈敏度的極限。5超聲波的產(chǎn)生原理超聲波的產(chǎn)生原理主動超聲：主動超聲：由人為控制的聲源發(fā)出的超聲由人為控制的聲源發(fā)出的超聲被動超聲被動超聲(亦稱之為聲發(fā)射亦稱之為聲發(fā)射)：由于材料或介質(zhì)內(nèi)部能量的突由于材料或介質(zhì)內(nèi)部能量的

6、突 然釋放產(chǎn)生的超聲。然釋放產(chǎn)生的超聲。 局部放電屬于被動超聲或嚴(yán)格的局部放電屬于被動超聲或嚴(yán)格的 稱之為聲發(fā)射。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傳播模式如縱波(壓縮波壓縮波)、橫波（剪切波）、橫波（剪切波）、萊姆波（板波）等。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超聲波在介質(zhì)內(nèi)的傳播速度與材料的特性有關(guān)。關(guān)。 超聲波在通過不同的介質(zhì)界面時會發(fā)生傳播超聲波在通過不同的介質(zhì)界面時會發(fā)生傳播模式的轉(zhuǎn)換與波速的轉(zhuǎn)換。波速模式的轉(zhuǎn)換與波速的轉(zhuǎn)換。波速 v 的變化將的變化將導(dǎo)致波長導(dǎo)致波長 的變化，但傳播頻率的

7、變化，但傳播頻率 f 不變。有不變。有 = v / f超聲波傳播模式超聲波傳播模式超聲波的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)動方向平行于材料表面橫波(剪切波)粒子運(yùn)于材料表面動方向垂直縱波與橫波縱波與橫波縱波縱波橫波橫波 超聲波在介質(zhì)內(nèi)的傳播速度與材料的特性，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，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，有較低的密度低的介質(zhì)，如氣體、液

8、體，有較低的傳播速度。傳播速度。 不同模式的超聲波在相同介質(zhì)中的傳播速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。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。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，波超聲波由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，波速與波長均發(fā)生變化，但頻率不變。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的傳播特性 超聲波信號的幅度隨距離呈指數(shù)型下降超聲波信號的幅度隨距離呈指數(shù)型下降趨勢。趨勢。 頻率越高的信號，衰減得越快。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液

9、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特性，衰減較慢。該特性對變壓器局放監(jiān)測極為有利。監(jiān)測極為有利。 氣體或疏松結(jié)構(gòu)材料的超聲傳播特性較氣體或疏松結(jié)構(gòu)材料的超聲傳播特性較差，衰減較快。該特性使得差，衰減較快。該特性使得GIS局放只局放只適用于低頻超聲檢測。適用于低頻超聲檢測。超聲波的衰減特性超聲波的衰減特性超聲脈沖波的傳播與衰減特征超聲脈沖波的傳播與衰減特征l局放脈沖在介質(zhì)內(nèi)將產(chǎn)生振蕩脈沖波l近距離的傳感器將接收到較強(qiáng)信號l遠(yuǎn)距離的傳感器將接收到衰減的信號l縱波幅度較小，速度快，先被接收到l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(yuǎn)距離接

10、收到的超聲脈沖信號縱波橫波在電場作用下，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)生原理局放產(chǎn)生原理局部放電等價電路：局部放電等價電路：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波形典型的局放超聲波信號波形Voltage(mV) vs Time(us) 050001000015000200002500030000350004000045000-6-4-20246較強(qiáng)信噪比的局放信號較強(qiáng)信噪比的局放信號較弱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(zhì)中將產(chǎn)生幾十至幾百千赫的瞬態(tài)高頻彈性脈沖

11、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、電弧與過熱等產(chǎn)生的瞬態(tài)超聲脈沖信號并通過適當(dāng)?shù)奶幚?，如相位特征識別與定位等，來判別故障狀態(tài)。超聲局放檢測原理超聲局放檢測原理目前廣泛使用的超聲局放檢測技術(shù)是一中基于聲發(fā)射(acoustic emission, 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 (ASTM E610-82)?；诼暟l(fā)射的超聲局放檢測技術(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進(jìn)入加速發(fā)展期為廣大用戶所接受

12、。超聲局放檢測技術(shù)超聲局放檢測技術(shù)超聲局放信號的分析處理超聲局放信號的分析處理突發(fā)脈沖信號突發(fā)脈沖信號連續(xù)型信號連續(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局放超聲信號幅度的量化I = 20 log( ) 分貝分貝 (dB) PPref一般聲強(qiáng)量化公式：一般聲強(qiáng)量化公式：超聲脈沖幅度量化公式：幅度超聲脈沖幅度量化公式：幅度 = 20 log ( ) max-6V10maxrefVV= 20 log ( ) (dB)Vmax - 最大峰值電壓（微伏）Vref = 10-6 - 參考電壓 （微伏）超聲傳感

13、器輸出超聲傳感器輸出電壓電壓(微伏微伏)超聲局放檢測幅度超聲局放檢測幅度(dB, 分貝分貝)101020100401000601000080100000100Vmax幅度幅度 = 20 log ( )maxrefVV如何定義與分離超聲脈沖？如何定義與分離超聲脈沖？ 門檻門檻 捕捉超聲脈沖的閾值捕捉超聲脈沖的閾值 到達(dá)時間到達(dá)時間 脈沖被傳感器接收到的時間脈沖被傳感器接收到的時間 脈沖定義時間（脈沖定義時間（HDT） 檢驗信號是否來自于檢驗信號是否來自于同一個脈沖事件的參數(shù)同一個脈沖事件的參數(shù)T HDT門檻T HDT脈沖到達(dá)時刻第一個脈沖第二個脈沖超聲脈沖的特征參數(shù)超聲脈沖的特征參數(shù) 幅度幅度

14、(Amplitude) 脈沖信號的最大值脈沖信號的最大值 能量能量 (Energy) 脈沖信號高于門檻部分包絡(luò)面積脈沖信號高于門檻部分包絡(luò)面積 持續(xù)時間持續(xù)時間 (Duration) 脈沖信號從開始高于門檻到脈沖信號從開始高于門檻到最終低于門檻時的時間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)超聲脈沖的特征參數(shù)局放信號波形特征局放信號波形特征 規(guī)律性出現(xiàn)的脈沖信號規(guī)律性出現(xiàn)的脈沖信號局放特征指數(shù)局放特征指數(shù) 用以評價規(guī)律性脈沖信號的參數(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譜 局放特征指數(shù)的譜圖局放特征指數(shù)的譜圖特征指數(shù)隨時間變化局放特征譜超

15、聲脈沖的特征參數(shù)超聲脈沖的特征參數(shù) 超聲局放檢測硬件相位同步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由外部電信號輸入作為相位參考信號的同步方法步方法(相對相位同步相對相位同步) 超聲局放檢測軟件相位同步超聲局放檢測軟件相位同步 由超聲儀器內(nèi)部智能軟件算法實現(xiàn)的相位由超聲儀器內(nèi)部智能軟件算法實現(xiàn)的相位同步同步(無需外步電信號輸入，亦為相對相位無需外步電信號輸入，亦為相對相位同步同步) 局放相位局放相位(相對相位相對相位) 可通過直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)觀察局放相為分可通過直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)觀察局放相為分布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的線性定位超聲局放檢測的

16、線性定位ll = (L - TV)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(shè)備基本構(gòu)成超聲局放檢測設(shè)備基本構(gòu)成超聲傳超聲傳感器感器信號線信號線前置放大前置放大器器信號與直信號與直流供電同流供電同軸電纜軸電纜超聲信號采集超聲信號采集分析系統(tǒng)分析系統(tǒng)帶前放的傳感器超聲局放檢測傳感器超聲局放檢測傳感器 傳感器的頻率響應(yīng)傳感器的頻率響應(yīng)用于變壓器局放檢測的共振型超聲傳感器頻率響應(yīng)用于GIS局放檢測的共振型超聲傳感器頻率響應(yīng)超聲局放檢測前置放大器超聲局放檢測前置放大器增益可選外置前置放大器固定增益內(nèi)置前置放大器輸入輸出增益輸出 = 輸入 x 增益超聲檢測局放基礎(chǔ)實驗超聲檢測局放基礎(chǔ)實