第4章-超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)

目錄\o"#_Toc390248225"第一節(jié)超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)概述 3\o"#_Toc390248226"一、發(fā)展歷程 3\o"#_Toc390248227"二、技術(shù)分類(lèi)及特點(diǎn) 4\o"#_Toc390248228"三、應(yīng)用情況 5\o"#_Toc390248229"第二節(jié)超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)基本原理 6\o"#_Toc390248230"一、超聲波的基本知識(shí) 6\o"#_Toc390248231"二、超聲波局部放電檢測(cè)基本原理 8\o"#_Toc390248232"三、超聲波局部放電檢測(cè)裝置組成及原理 10\o"#_Toc390248233"（一）硬件系統(tǒng) 11\o"#_Toc390248234"（二）軟件系統(tǒng) 13\o"#_Toc390248235"第三節(jié)超聲波局部放電檢測(cè)及診斷方法 15\o"#_Toc390248236"一、檢測(cè)方法 15\o"#_Toc390248237"（一）概述 15\o"#_Toc390248238"（二）超聲波局部放電帶電檢測(cè)方法 15\o"#_Toc390248239"二、診斷方法 22\o"#_Toc390248240"（一）正常判斷依據(jù) 22\o"#_Toc390248241"（二）有明顯缺陷的判斷依據(jù) 23\o"#_Toc390248242"（三）疑似缺陷判斷依據(jù) 23\o"#_Toc390248243"（四）不同類(lèi)型設(shè)備超聲波局部放電的缺陷診斷 24\o"#_Toc390248244"第四節(jié)典型超聲波局部放電案例分析 27\o"#_Toc390248245"一、110kVGIS設(shè)備導(dǎo)向桿松動(dòng)檢測(cè) 27\o"#_Toc390248246"（一）案例經(jīng)過(guò) 27\o"#_Toc390248247"（二）檢測(cè)分析方法 27\o"#_Toc390248248"（三）經(jīng)驗(yàn)體會(huì) 30\o"#_Toc390248249"二、500kV變壓器內(nèi)部放電缺陷檢測(cè) 30\o"#_Toc390248250"（一）案例經(jīng)過(guò) 30\o"#_Toc390248251"（二）檢測(cè)分析方法 31\o"#_Toc390248252"（三）經(jīng)驗(yàn)體會(huì) 33\o"#_Toc390248253"三、10kV開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè) 33\o"#_Toc390248254"（一）案例經(jīng)過(guò) 33\o"#_Toc390248255"（二）檢測(cè)分析方法 33\o"#_Toc390248256"（三）經(jīng)驗(yàn)體會(huì) 36\o"#_Toc390248257"參考文獻(xiàn) 37一、發(fā)展歷程超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)憑借其抗干擾能力及定位能力的優(yōu)勢(shì)，在眾多的檢測(cè)法中占有非常重要的地位。超聲波法用于變壓器局部放電檢測(cè)最早始于上世紀(jì)40年代，但因?yàn)殪`敏度低，易于受到外界干擾等原因一直沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。上世紀(jì)80年代以來(lái)隨著微電子技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展，由于壓電換能元件效率的提高和低噪聲的集成元件放大器的應(yīng)用，超聲波法的靈敏度和抗干擾能力得到了很大提高，其在實(shí)際中的應(yīng)用才重新得到重視。挪威電科院的.從上世紀(jì)70年代末開(kāi)始研究局部放電的超聲檢測(cè)法，并于1992年發(fā)表了介紹超聲檢測(cè)局部放電的基本理論及其在變壓器、電容器、電纜、戶外絕緣子、空氣絕緣開(kāi)關(guān)中的應(yīng)用情況的文章。隨后美國(guó)西屋公司的RonHarrold對(duì)大電容的局部放電超聲檢測(cè)進(jìn)行了研究，并初步探索了超聲波檢測(cè)的幅值與脈沖電流法測(cè)量視在放電量之間的關(guān)系。2000年，澳大利亞的西門(mén)子研究機(jī)構(gòu)使用超聲波和射頻電磁波聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)變壓器中的局部放電活動(dòng)。2002年，法國(guó)ALSTOM輸配電局的研究人員對(duì)變壓器中的典型局部放電超聲波信號(hào)的傳播與衰減進(jìn)行了比較研究。2005年德國(guó)EkardGrossman和KurtFeser發(fā)表了基于優(yōu)化的聲發(fā)射技術(shù)的油紙絕緣設(shè)備的局部放電在線測(cè)試方法，通過(guò)使用二維傅里葉變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，可達(dá)10pC的檢測(cè)靈敏度。同一年，南韓電力研究所研究員發(fā)表了關(guān)于電力變壓器局放超聲波信號(hào)及噪聲的分析方法的文章。國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、華北電力大學(xué)、西安交通大學(xué)、武漢高壓所等科研機(jī)構(gòu)自上世紀(jì)90年代開(kāi)始逐漸開(kāi)展超聲波局部放電檢測(cè)的研究。西安交通大學(xué)提出了相控定位方法，先通過(guò)時(shí)延算出放電的距離，再根據(jù)相控陣掃描的角度確定放電的空間位置。武高所開(kāi)發(fā)了JFD系列超聲定位系統(tǒng)，其對(duì)一般變壓器放電定位誤差可小于10cm。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前超聲波局部放電檢測(cè)已經(jīng)成為局部放電檢測(cè)的主要方法之一，特別是在帶電檢測(cè)定位方面。該方法具有可以避免電磁干擾的影響、可以方便地定位以及應(yīng)用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的超聲波局部放電檢測(cè)法是利用固定在電力設(shè)備外壁上的超聲波傳感器接收設(shè)備內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的超聲波脈沖，由此來(lái)檢測(cè)局部放電的大小和位置。由于此方法受電氣干擾的影響比較小以及它在局部放電定位中的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)超聲波法的研究逐漸深入。目前，超聲波檢測(cè)局部放電的研究工作主要集中在定位方面，原因是與電測(cè)法相比，超聲波的傳播速度較慢，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的速度與精度要求較低，且其空間傳播方向性強(qiáng)。在利用超聲波進(jìn)行局部放電量大小確定和模式識(shí)別方面的工作相對(duì)較少，上世紀(jì)80年代德國(guó)和日本科學(xué)家曾在此方面進(jìn)行過(guò)研究，近年來(lái)有學(xué)者提出了利用頻譜識(shí)別局部放電模式的二、技術(shù)分類(lèi)及特點(diǎn)盡管脈沖電流法是局部放電研究的基礎(chǔ)，但是電脈沖信號(hào)在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)會(huì)有很大的干擾，很難正確得到放電信號(hào)，另外還存在在線結(jié)果與離線結(jié)果的等效性等問(wèn)題。超聲波檢測(cè)法具有以下特點(diǎn)。1、抗電磁干擾能力強(qiáng)目前采用的超聲波局部放電檢測(cè)法是利用超聲波傳感器在電力設(shè)備的外殼部分進(jìn)行檢測(cè)。電力設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中存在著較強(qiáng)的電磁干擾，而超聲波檢測(cè)是非電檢測(cè)方法，其檢測(cè)頻段可以有效躲開(kāi)電磁干擾，取得更好的檢測(cè)效果。2、便于實(shí)現(xiàn)放電定位確定局部放電位置既可以為設(shè)備缺陷的診斷提供有效的數(shù)據(jù)參考，也可以減少檢修時(shí)間。超聲波信號(hào)在傳播過(guò)程中具有很強(qiáng)的方向性，能量集中，因此在檢測(cè)過(guò)程中易于得到定向而集中的波束，從而方便進(jìn)行定位。在實(shí)際應(yīng)用中，GIS設(shè)備常采用幅值定位法，它是基于超聲波信號(hào)的衰減特性實(shí)現(xiàn)的；變壓器常采用空間定位法，目前市面上已有比較成熟的定位系統(tǒng)。3、適應(yīng)范圍廣泛超聲波局部放電檢測(cè)可以廣泛應(yīng)用于各類(lèi)一次設(shè)備。根據(jù)超聲波信號(hào)傳播途徑的不同，超聲波局部放電檢測(cè)可分為接觸式檢測(cè)和非接觸式檢測(cè)。接觸式超聲波檢測(cè)主要用于檢測(cè)如GIS、變壓器等設(shè)備外殼表面的超聲波信號(hào)，而非接觸式超聲波檢測(cè)可用于檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜、配電線路等設(shè)備。與此同時(shí)，超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)也存在一定的不足，如對(duì)于內(nèi)部缺陷不敏感、受機(jī)械振動(dòng)干擾較大、進(jìn)行放電類(lèi)型模式識(shí)別難度大以及檢測(cè)范圍小等。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，如GIS、變壓器等設(shè)備的超聲波局部放電檢測(cè)既可以進(jìn)行全站普測(cè)，也可以與特高頻法、高頻法等其他檢測(cè)方式相配合，用于對(duì)疑似缺陷的精確定位；而開(kāi)關(guān)柜類(lèi)設(shè)備由于其體積較小，利用超聲波可對(duì)配電所、開(kāi)閉站等進(jìn)行快速的巡檢，具有較高的檢測(cè)效率。目前，超聲波局部放電檢測(cè)范圍涵蓋變壓器、GIS組合電器、開(kāi)關(guān)柜、電纜終端、架空輸電線路等各個(gè)電壓等級(jí)的各類(lèi)一次設(shè)備。其中，變壓器和GIS的超聲波局部放電檢測(cè)通常采用接觸式方法，檢測(cè)時(shí)將超聲波傳感器（通常為壓電陶瓷材料）放置在設(shè)備外殼上，接收內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)產(chǎn)生的異常信號(hào)；開(kāi)關(guān)柜的超聲波檢測(cè)既可以采用非接觸式傳感器在柜體各接縫處進(jìn)行檢測(cè)，也可以采用接觸式傳感器檢測(cè)由內(nèi)部傳播至柜體表面的超聲波信號(hào)；利用無(wú)損信號(hào)傳導(dǎo)桿可以將超聲波局部放電檢測(cè)法應(yīng)用于檢測(cè)電纜終端工藝不良等絕緣缺陷，該方法已經(jīng)取得了一定的應(yīng)用效果；在配網(wǎng)架空輸電線路巡線時(shí)，可通過(guò)一個(gè)超聲波傳感器接收線路上的絕緣缺陷所產(chǎn)生的放電信號(hào)，對(duì)線路的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析。在實(shí)際應(yīng)用中，由于超聲波檢測(cè)法具有出色的定位能力，其在變壓器和GIS設(shè)備巡檢過(guò)程中對(duì)內(nèi)部缺陷點(diǎn)的確認(rèn)和定位得到了較為廣泛的應(yīng)用，而開(kāi)關(guān)柜的超聲波檢測(cè)也廣泛應(yīng)用于配電設(shè)備的巡檢中。三、應(yīng)用情況隨著超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)研究的逐漸深入，其在全世界范圍內(nèi)得到了大量的推廣。目前，GIS、變壓器、開(kāi)關(guān)柜等設(shè)備均有成熟的檢測(cè)裝置和儀器供選擇，各國(guó)在超聲波檢測(cè)領(lǐng)域也已積累了大量的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)與發(fā)現(xiàn)缺陷設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)。2000年初，超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)開(kāi)始引入國(guó)內(nèi)。2006年起，通過(guò)與新加坡新能源電網(wǎng)公司進(jìn)行同業(yè)對(duì)標(biāo)，以北京、上海、天津?yàn)榇淼囊慌鷩?guó)內(nèi)電網(wǎng)公司率先引進(jìn)超聲波局放檢測(cè)技術(shù)，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)用，并成功發(fā)現(xiàn)了多起局部放電案例，為該技術(shù)的推廣應(yīng)用積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。在過(guò)去的三年內(nèi)，國(guó)內(nèi)各電網(wǎng)公司均顯著增加了各類(lèi)超聲波局部放電檢測(cè)裝置儀器的配備數(shù)量，國(guó)家電網(wǎng)公司僅2023年GIS、開(kāi)關(guān)柜及電纜超聲波局部放電檢測(cè)裝置配置數(shù)量上漲了近20倍，可見(jiàn)超聲波檢測(cè)法在實(shí)際應(yīng)用中具有很強(qiáng)的實(shí)用性，得到了運(yùn)行人員的充分肯定。該技術(shù)在2023年北京奧運(yùn)會(huì)、2023年上海世博會(huì)等大型活動(dòng)保電工作以及特高壓設(shè)備缺陷檢測(cè)中均發(fā)揮了重要的作用。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）TC42下屬工作組正在致力于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEC62478的制訂工作，國(guó)內(nèi)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)制訂也正在進(jìn)行中。國(guó)家電網(wǎng)公司在引入、推廣超聲波局放檢測(cè)技術(shù)方面做了大量卓有成效的工作。2023年，在充分總結(jié)部分省市電力公司試點(diǎn)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合狀態(tài)檢修工作的深入開(kāi)展，國(guó)家電網(wǎng)公司頒布了《電力設(shè)備帶電檢測(cè)技術(shù)規(guī)范（試行）》和《電力設(shè)備帶電檢測(cè)儀器配置原則（試行）》，首次在國(guó)家電網(wǎng)公司范圍內(nèi)統(tǒng)一了超聲波局放檢測(cè)的判據(jù)、周期和儀器配置標(biāo)準(zhǔn)，超聲波局放檢測(cè)技術(shù)在國(guó)家電網(wǎng)公司范圍全面推廣。2023年8月至2023年2月國(guó)家電網(wǎng)公司組織開(kāi)展了超聲波局放檢測(cè)裝置性能檢測(cè)工作，首次對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上數(shù)十款超聲波帶電檢測(cè)儀器進(jìn)行了綜合性能的檢測(cè)工作，對(duì)規(guī)范和引導(dǎo)國(guó)內(nèi)儀器開(kāi)發(fā)和制造技術(shù)領(lǐng)域起到了積極推動(dòng)作用。自2023年以來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)公司先后舉辦了20余期電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)及技能培訓(xùn)工作，共培訓(xùn)技術(shù)與技能人員3000余人，培訓(xùn)內(nèi)容涉及超聲波局放檢測(cè)等多個(gè)項(xiàng)目，為該技術(shù)的推廣應(yīng)用打下了廣泛的人員基礎(chǔ)。第二節(jié)超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)基本原理一、超聲波的基本知識(shí)超聲波是指振動(dòng)頻率大于20kHz的聲波。因其頻率超出了人耳聽(tīng)覺(jué)的一般上限，人們將這種聽(tīng)不見(jiàn)的聲波叫做超聲波。超聲波與聲波一樣，是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)的傳播形式。按聲源在介質(zhì)中振動(dòng)的方向與波在介質(zhì)中傳播的方向之間的關(guān)系，可以將超聲波分為縱波和橫波兩種形式。縱波又稱(chēng)疏密波，其質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向與波的傳播方向一致，能存在于（4-1）這里c指聲速。此描述聲波運(yùn)動(dòng)的通用微分方程是由描述連續(xù)性、動(dòng)量守恒和介質(zhì)彈性的三個(gè)基本方程聯(lián)立而得。2聲波的阻抗和強(qiáng)度聲在氣體中的傳播速度是由狀態(tài)方程決定的；對(duì)于液體，速度是由該液體的彈性決定的；對(duì)于固體，則是由胡克定律決定的。圖4-1顯示了作用在一小滴液體上的力。合成作用力使該顆粒以速度v移動(dòng)。對(duì)于平面波，聲的壓強(qiáng)和顆粒的速度的比例被稱(chēng)為聲阻抗：（4-2）圖4-1作用于柱形聲學(xué)顆粒（聲線）上的力聲阻抗和電阻抗類(lèi)似，并且當(dāng)壓強(qiáng)和速度異相的時(shí)候也可以是復(fù)數(shù)。但是，對(duì)于平面波，聲阻抗是標(biāo)量（Z=p0c）并被稱(chēng)為介質(zhì)特征阻抗。聲波強(qiáng)度（單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)介質(zhì)的聲波能量，單位為W/m2）是一個(gè)非常重要的物理量。聲波強(qiáng)度可以用峰值壓強(qiáng)P、峰值速度V的多種表達(dá)式表示，其中包括：（4-3）在實(shí)際應(yīng)用中，聲波強(qiáng)度也常用分貝（dB）來(lái)度量。3聲波的反射、折射與衍射當(dāng)聲波穿透物體時(shí)，其強(qiáng)度會(huì)隨著與聲源距離的增加而衰減。導(dǎo)致這個(gè)現(xiàn)象的因素包括聲波的幾何空間傳播過(guò)程、聲波的吸收（聲波機(jī)械能轉(zhuǎn)為內(nèi)能的過(guò)程）以及波陣面的散射。這些現(xiàn)象都導(dǎo)致了聲波的強(qiáng)度隨著與聲源間距離的不斷增大而不斷減小。在無(wú)損的介質(zhì)中，球面波強(qiáng)度與球面波陣面的面積成反比，圓柱波強(qiáng)度與相對(duì)于聲源的距離成反比，這樣的衰減被稱(chēng)為空間衰減。因?yàn)榇祟?lèi)衰減僅與波形傳播的空間幾何參數(shù)有關(guān)。圖4-2中描述的就是平面波、圓柱波及球型波在傳播過(guò)程的幾何空間衰減情況。圖4-2不同波陣面類(lèi)型對(duì)應(yīng)的不同衰減情況當(dāng)聲波從一種媒介傳播到另一種具有不同密度或彈性的媒介時(shí)，就會(huì)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，從而導(dǎo)致能量的衰減，如圖4-3所示。在平面波垂直入射的情況下，描述衰減的傳播系數(shù)由下式給出：（4-4）顯然，當(dāng)兩種媒介聲阻抗相差很大時(shí)，只有小部分垂直入射波可以穿過(guò)界面，其余全部被反射回原來(lái)的媒介中。在油和鋼鐵的分界面上，壓力波的傳播系數(shù)是0.01，而在空氣和鋼鐵的分界面上，傳播系數(shù)為0.0016。圖4-3聲的折射與反射當(dāng)波以一定角度傾斜入射時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生折射現(xiàn)象。Snell定律很好地定量地描述了折射現(xiàn)象。（4-5）如果ci>ct并且入射波角度大于arcsin(ci/ct)，就會(huì)發(fā)生全反射。與其它所有的波一樣，聲波在遇到拐角或障礙物時(shí)也會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象。當(dāng)波長(zhǎng)與障礙物尺寸相差不大或遠(yuǎn)大于障礙物尺寸時(shí)，衍射效果非常明顯；但是當(dāng)波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于障礙物尺寸時(shí)，則幾乎不會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象。4聲波在氣體中的吸收衰減大部分氣體對(duì)聲波的吸收作用非常小，但是對(duì)于在某些條件下的某些氣體，比如六氟化硫和二氧化碳，吸收作用對(duì)于能量的衰減意義重大。吸收作用與頻率的平方成正比，并與靜壓力成反比。在空氣中，吸收作用主要由空氣的濕度來(lái)決定。計(jì)算吸收作用的通用公式（不考慮松弛損耗）由等式（4-6）給出，式中是粘滯系數(shù)，是相速度，是平衡密度，是兩種介質(zhì)在常壓（Cp）、確定體積（Cv）下的摩爾比熱的比值，M是每摩爾的體積，是導(dǎo)熱系數(shù)。（4-6）二、超聲波局部放電檢測(cè)基本原理電力設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生局部放電信號(hào)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生沖擊的振動(dòng)及聲音。超聲波法（AE，AcousticEmission，又稱(chēng)聲發(fā)射法）通過(guò)在設(shè)備腔體外壁上安裝超聲波傳感器來(lái)測(cè)量局部放電信號(hào)。該方法的特點(diǎn)是傳感器與電力設(shè)備的電氣回路無(wú)任何聯(lián)系，不受電氣方面的干擾，但在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)易受周?chē)h(huán)境噪聲或設(shè)備機(jī)械振動(dòng)的影響。由于超聲信號(hào)在電力設(shè)備常用絕緣材料中的衰減較大，超聲波檢測(cè)法的靈敏度和范圍有限，但具有定位準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。局部放電區(qū)域很小，局部放電源通常可看成點(diǎn)聲源。超聲波局部放電檢測(cè)的原理示意圖如圖4-4。圖4-5聲波的傳播路徑不同類(lèi)型、不同頻率的聲波，在不同的溫度下，通過(guò)不同媒質(zhì)時(shí)的速率不同。縱波要比橫波快約1倍，頻率越高傳播速度越快，在礦物油中聲波傳播速度隨溫度的升高而下降。在氣體中聲波傳播速率相對(duì)較慢，在固體中聲波傳播要快得多。表4-1列出了縱波在20℃時(shí)幾種媒質(zhì)中的傳播速度。表4-120℃時(shí)縱波在不同媒質(zhì)中的傳播速度（m/s）媒質(zhì)速度媒質(zhì)速度媒質(zhì)速度空氣330油紙1420鋁6400SF6140聚四氟乙烯1350鋼6000礦物油1400聚乙烯2000銅4700瓷料5600~6200聚苯乙烯2320鑄鐵3500~5600天然橡膠1546環(huán)氧樹(shù)脂2400~2900不銹鋼5660~7390聲波的強(qiáng)弱，可以用聲壓幅值和聲波強(qiáng)度等參數(shù)來(lái)表示。聲壓是單位面積上所受的壓力，聲強(qiáng)是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)與波的傳播方向垂直的單位面積上的能量。聲強(qiáng)與聲壓的平方成正比，與聲阻抗成反比。聲波在媒質(zhì)中傳播會(huì)產(chǎn)生衰減，造成衰減的原因有很多，如波的擴(kuò)散、反射和熱傳導(dǎo)等。在氣體和液體中，波的擴(kuò)散是衰減的主要原因；在固體中，分子的撞擊把聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌⑹撬p的主要原因。理論上，若媒介本身是均勻無(wú)損耗的，則聲壓與聲源的距離成反比，聲強(qiáng)與聲源的距離的平方成反比。聲波在復(fù)合媒質(zhì)中傳播時(shí)，在不同媒質(zhì)的界面上，會(huì)產(chǎn)生反射，使穿透過(guò)的聲波變?nèi)?。?dāng)聲波從一種媒質(zhì)傳播到聲特性阻抗不匹配的另一種媒質(zhì)時(shí)，會(huì)有很大的界面衰減。兩種媒質(zhì)的聲特性阻抗相差越大，造成的衰減就越大。聲波在傳播中的衰減，還與聲波的頻率有關(guān)，頻率越高衰減越大。在空氣中聲波的衰減約正比于頻率的2次方和1次方的差（即）；在液體中聲波的衰減約正比于頻率的2次方（）；而在固體中聲波的衰減約正比于頻率（）。表4-2給出了縱波在不同材料中傳播時(shí)的衰減情況。表4-2縱波在幾種材料中傳播時(shí)的衰減材料頻率溫度（℃）衰減（dB/m）空氣50kHz20~280.98SF640kHz20~2826.0鋁10MHz259.0鋼10MHz2521.5有機(jī)玻璃2.5MHz25250.0聚苯乙烯2.5MHz25100.0氯丁橡膠2.5MHz251000.0聲波的傳播速率與聲波的衰減特性在超聲波局部放電定位應(yīng)用中起到了重要的理論支持。通過(guò)提取超聲波信號(hào)到達(dá)不同傳感器的時(shí)間差（TDOA，TimeDifferenceofArrival），利用其傳播速率即可實(shí)現(xiàn)對(duì)放電源的二維或三維定位，通過(guò)對(duì)比兩路或多路超聲波檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度大小，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)放電源的幅值定位。三、超聲波局部放電檢測(cè)裝置組成及原理典型的超聲波局部放電檢測(cè)裝置一般可分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。硬件系統(tǒng)用于檢測(cè)超聲波信號(hào)，軟件系統(tǒng)對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和特征提取并做出診斷。硬件系統(tǒng)通常包括超聲波傳感器、信號(hào)處理與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如圖4-6所示；軟件系統(tǒng)包括人機(jī)交互界面與數(shù)據(jù)分析處理模塊等。此外，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需要，還可配備信號(hào)傳導(dǎo)桿、耳機(jī)等配件，其中信號(hào)傳導(dǎo)桿主要用于開(kāi)展電纜終端等設(shè)備局部放電檢測(cè)時(shí)，為保障檢測(cè)人員安全，將超聲波傳感器固定在被測(cè)設(shè)備表面；耳機(jī)則用于開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)時(shí)，通過(guò)可聽(tīng)的聲音來(lái)確認(rèn)是否有放電信號(hào)存在。超聲波超聲波傳感器信號(hào)處理與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前置放大器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)AD采樣數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)傳導(dǎo)桿耳機(jī)圖4-6超聲波局部放電組成框圖（一）硬件系統(tǒng)1超聲波傳感器超聲波傳感器將聲發(fā)源在被探測(cè)物體表面產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，它的輸出電壓是表面位移波和它的響應(yīng)函數(shù)的卷積。理想的傳感器應(yīng)該能同時(shí)測(cè)量樣品表面位移或速度的縱向和橫向分量，在整個(gè)頻譜范圍內(nèi)(0～100MHz或更大)能將機(jī)械振動(dòng)線性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并具有足夠的靈敏度以探測(cè)很小的位移。目前人們還無(wú)法制造上述這種理想的傳感器，現(xiàn)在應(yīng)用的傳感器大部分由壓電元件組成，壓電元件通常采用鋯鈦酸鉛、鈦酸鉛、鈦酸鋇等多晶體和鈮酸鋰、碘酸鋰等單晶體，其中，鋯鈦酸鉛（PZT-5）接收靈敏度高，是聲發(fā)射傳感器常用壓電材料。電力設(shè)備局部放電檢測(cè)用超聲波傳感器通常可分為接觸式傳感器和非接觸式傳感器，如圖4-7所示。接觸式傳感器一般通過(guò)超聲耦合劑貼合在電力設(shè)備外殼上，檢測(cè)外殼上傳播的超聲波信號(hào)；非接觸式傳感器則是直接檢測(cè)空氣中的超聲波信號(hào)，其原理與接觸式傳感器基本一致。傳感器的特性包括頻響寬度、諧振頻率、幅度靈敏度、工作溫度等。（1）頻響寬度。頻響寬度即為傳感器檢測(cè)過(guò)程中采集的信號(hào)頻率范圍，不同的傳感器其頻響寬度也有所不同，接觸式傳感器的頻響寬度大于非接觸式傳感器。在實(shí)際檢測(cè)中，典型的GIS用超聲波傳感器的頻響寬度一般為20kHz~80kHz，變壓器用傳感器的頻響寬度一般為80kHz~200kHz，開(kāi)關(guān)柜用傳感器的頻響寬度一般為35kHz~45kHz。（2）諧振頻率。諧振頻率也稱(chēng)為中心頻率，當(dāng)加到傳感器兩端的信號(hào)頻率與晶片的諧振頻率相等時(shí)，傳感器輸出的能量最大，靈敏度也最高。不同的電力設(shè)備發(fā)生局部放電時(shí)，由于其放電機(jī)理、絕緣介質(zhì)以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，產(chǎn)生的超聲波信號(hào)的頻率成分也不同，因此對(duì)應(yīng)的傳感器諧振頻率也有一定的差別。（3）幅度靈敏度。靈敏度是衡量傳感器對(duì)于較小的信號(hào)的采集能力，隨著頻率逐漸偏移諧振頻率，靈敏度也逐漸降低，因此選擇適當(dāng)?shù)闹C振頻率是保證較高的靈敏度的前提。（4）工作溫度。工作溫度是指?jìng)鞲衅髂軌蛴行Р杉盘?hào)的溫度范圍。由于超聲波傳感器所采用的壓電材料的居里點(diǎn)一般較高，因此其工作溫度比較低，可以較長(zhǎng)時(shí)間工作而不會(huì)失效，但一般要避免在過(guò)高的溫度下使用。上述傳感器特性受許多因素的影響，包括：1、晶片的形狀、尺寸及其彈性和壓電常數(shù)；2、晶片的阻尼塊及殼體中安裝方式；3、傳感器的耦合、安裝及試件的聲學(xué)特性。壓電晶片的諧振頻率（f）與其厚度（t）的乘積為常數(shù)，約等于0.5倍波速（V），即f?t＝0.5V，可見(jiàn)，晶片的諧振頻率與其厚度成反比。超聲波傳感器是超聲法局部放電檢測(cè)中的關(guān)鍵技術(shù)，在實(shí)際選用中應(yīng)結(jié)合工作頻帶，靈敏度，分辨率以及現(xiàn)場(chǎng)的安裝難易程度和經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題等進(jìn)行綜合衡量。在靈敏度要求不高的場(chǎng)合，一般選用諧振式壓電傳感器。光纖傳感器作為一種新發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，有著很好的發(fā)展前景，但應(yīng)用有一定困難。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)狀況比較復(fù)雜的場(chǎng)合，在安裝方式可實(shí)現(xiàn)的條件下可以考慮不同的傳感器進(jìn)行組合安裝，這種組合可以是不同傳感器對(duì)同一種安裝方式的組合，同一種傳感器不同頻帶寬度的組合，這樣一方面可提高檢測(cè)靈敏度，另一方面可排除干擾減少誤判，獲取更為豐富的局部放電的信息。目前應(yīng)用最為廣泛的是以壓電陶瓷為材料的諧振式傳感器，它利用壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)，在局部放電產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力波作用下發(fā)生形變產(chǎn)生交變電場(chǎng)。雖然局部放電及所產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)具有一定的隨機(jī)性，每次局部放電的聲波信號(hào)頻譜不同，但整個(gè)局部放電聲波信號(hào)的頻率分布范圍卻變化不大，基本處于20～200kHz頻段，傳感器諧振頻率一般選擇在GIS為40kHz、變壓器為160kHz。常見(jiàn)的壓電型諧振傳感器的結(jié)構(gòu)形式如圖4-8所示，可分為單端式傳感器和差分式傳感器。單端式傳感器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，且?guī)ж?fù)載能力強(qiáng)，但靈敏度略遜于差分式傳感器；差分式傳感器可以有效抑制共模干擾，具有較高的靈敏度，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且?guī)ж?fù)載能力較弱。（a）單端式（b）差分式圖4-8壓電型諧振超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)形式2信號(hào)處理與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號(hào)處理與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般包括前端的模擬信號(hào)放大調(diào)理電路、高速A/D采樣、數(shù)據(jù)處理電路以及數(shù)據(jù)傳輸模塊。由于超聲波信號(hào)衰減速率較快，在前端對(duì)其進(jìn)行就地放大是有必要的，且放大調(diào)理電路應(yīng)盡可能靠近傳感器。A/D采樣將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并送入數(shù)據(jù)處理電路進(jìn)行分析和處理。數(shù)據(jù)傳輸模塊用于將處理后的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)或傳入耳機(jī)等供檢測(cè)人員進(jìn)行觀察。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)具有足夠的采樣速率和信號(hào)傳輸速率。高速的采樣速率保證傳感器采集到的信號(hào)能夠被完整地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，而不會(huì)發(fā)生混疊或失真；穩(wěn)定的信號(hào)傳輸速率使得采樣后的數(shù)字信號(hào)能夠流暢地展現(xiàn)給檢測(cè)人員，并且具有較快的刷新速率，使得檢測(cè)過(guò)程中不致遺漏異常的信號(hào)。（二）軟件系統(tǒng)1人機(jī)交互界面人機(jī)交互界面是指檢測(cè)裝置將其采集處理后的數(shù)據(jù)展現(xiàn)給檢測(cè)人員的平臺(tái)，一般可分為兩種。一種是通過(guò)操作系統(tǒng)編寫(xiě)特定的軟件，在檢測(cè)裝置運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)軟件中的不同功能將各種分析數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，供檢測(cè)人員進(jìn)行分析。變壓器與GIS的超聲波局部放電檢測(cè)裝置通常為這種形式。另一種是將傳感器檢測(cè)到的信號(hào)參數(shù)以直觀的形式顯示出來(lái)，如開(kāi)關(guān)柜的超聲波局部放電檢測(cè)通?？赏ㄟ^(guò)記錄信號(hào)幅值和聽(tīng)放電聲音的方式來(lái)完成。2數(shù)據(jù)的分析、處理和存儲(chǔ)超聲波局部放電檢測(cè)裝置通過(guò)對(duì)其采集的信號(hào)進(jìn)行分析和處理，利用人機(jī)交互界面將結(jié)果展現(xiàn)給檢測(cè)人員，即為檢測(cè)中的各種參數(shù)。常用的檢測(cè)模式包括連續(xù)模式、脈沖模式、相位模式、特征指數(shù)模式以及時(shí)域波形模式等，檢測(cè)的參數(shù)包括信號(hào)在一個(gè)工頻周期內(nèi)的有效值、周期峰值、被測(cè)信號(hào)與50Hz、100Hz的頻率相關(guān)性（即50Hz頻率成分、100Hz頻率成分）、信號(hào)的特征指數(shù)以及時(shí)域波形等。在利用超聲波局部放電檢測(cè)方法檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜時(shí)，檢測(cè)裝置通過(guò)混頻處理，將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)為人耳能夠聽(tīng)到的聲音。由于檢測(cè)過(guò)程中存在一定的干擾源，檢測(cè)裝置顯示的超聲波強(qiáng)度可能會(huì)比較大，但是只要沒(méi)有在裝置中聽(tīng)到異常的聲音，即可初步認(rèn)定開(kāi)關(guān)柜可能不存在放電現(xiàn)象。此外，超聲波局部放電檢測(cè)裝置均配有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，在檢測(cè)背景噪聲信號(hào)以及可疑的異常信號(hào)時(shí)，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以便進(jìn)行對(duì)比和分析。3缺陷類(lèi)型識(shí)別由于超聲波信號(hào)傳播具有較強(qiáng)的方向性特點(diǎn)，因此超聲波局部放電檢測(cè)被廣泛應(yīng)用于缺陷的精確定位，而其在缺陷類(lèi)型的識(shí)別方面卻鮮有突破。目前，常用的超聲波局部放電檢測(cè)裝置對(duì)于缺陷類(lèi)型的識(shí)別主要依靠檢測(cè)人員對(duì)檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行分析后加以判斷。第三節(jié)超聲波局部放電檢測(cè)及診斷方法一、檢測(cè)方法一般的，超聲波局部放電帶電檢測(cè)遵循如圖4-9所示的基本流程。在檢測(cè)開(kāi)始前，通過(guò)對(duì)背景和檢測(cè)點(diǎn)超聲波信號(hào)有效值、幅值、頻率相關(guān)性、相位及原始波形的測(cè)定，判斷是否正常。如果有異常信號(hào)，就進(jìn)一步分析確認(rèn)所檢測(cè)的設(shè)備是否存在明顯缺陷，以確定缺陷的原因和位置；對(duì)于疑似缺陷、一些間歇性和不穩(wěn)定的異常信號(hào)，可以利用其它不同檢測(cè)手段如特高頻、紅外測(cè)溫、分解物分析、X射線等進(jìn)行輔助檢測(cè)。超聲波局部放電檢測(cè)對(duì)顆粒、懸浮放電、尖端放電、松動(dòng)、異物雜質(zhì)等缺陷均有較好的檢測(cè)效果，對(duì)絕緣子內(nèi)部缺陷靈敏度低。超聲波局部放電檢測(cè)和特高頻局部放電檢測(cè)為互為補(bǔ)充，互為驗(yàn)證的關(guān)系，不可偏袒。圖4-9超聲波局部放電帶電檢測(cè)的原則和基本流程（二）超聲波局部放電帶電檢測(cè)方法1帶電檢測(cè)的一般流程如圖4-10所示，超聲波局部放電帶電檢測(cè)一般包括檢測(cè)前的準(zhǔn)備、檢測(cè)點(diǎn)選擇、背景檢測(cè)、信號(hào)普測(cè)、初步定位、信號(hào)詳測(cè)、信號(hào)確診、分析報(bào)告等環(huán)節(jié)。圖4-10超聲波局部放電帶電檢測(cè)的流程1）檢測(cè)前的準(zhǔn)備工作檢測(cè)前應(yīng)檢查儀器的完備性，設(shè)定儀器的試驗(yàn)參數(shù)，確保儀器的內(nèi)部電池電量充足，確認(rèn)超聲硅脂等部件齊全以及傳感器性能良好。2）檢測(cè)點(diǎn)的選擇根據(jù)不同電力設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確定各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。由于超聲波信號(hào)衰減較快，因此在檢測(cè)時(shí)，兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)之間的距離不應(yīng)大于1米。對(duì)于GIS設(shè)備，通常應(yīng)選擇的測(cè)試點(diǎn)有：①盆式絕緣子兩側(cè)，特別似乎水平布置的盆式絕緣子；②隔室下方，如存在異常信號(hào)，應(yīng)在該隔室進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)，查找信號(hào)最大點(diǎn)；③斷路器斷口處、隔離刀閘、接地刀閘、電流互感器、電壓互感器、避雷器、導(dǎo)體連接部件等處。對(duì)于變壓器設(shè)備，超聲波局部放電檢測(cè)通常用于進(jìn)行放電源定位，因此可在變壓器外殼上選擇合適的檢測(cè)點(diǎn)。對(duì)于開(kāi)關(guān)柜設(shè)備，通常宜選用非接觸式超聲波傳感器對(duì)柜體縫隙進(jìn)行檢測(cè)，并輔以接觸式超聲波傳感器對(duì)柜體外殼進(jìn)行檢測(cè)。3）背景的檢測(cè)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)空間干擾小時(shí)，將傳感器置于空氣中，儀器所測(cè)得的數(shù)值即為背景值；檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)空間干擾較大時(shí)，將傳感器置于待測(cè)設(shè)備基座上，儀器所測(cè)得的數(shù)值即為背景值；而在信號(hào)確診和準(zhǔn)確定位時(shí)，宜將傳感器置于臨近的正常設(shè)備上，儀器所測(cè)得的數(shù)值即為背景值。4）信號(hào)普測(cè)手持超聲波傳感器，平穩(wěn)地放在設(shè)備外殼的各檢測(cè)點(diǎn)上，待信號(hào)穩(wěn)定后，觀察信號(hào)情況10秒以上時(shí)間。建議為一人操作。檢測(cè)中要避免傳感器的抖動(dòng)，避免測(cè)試人員的衣物、信號(hào)電纜和其他物體與待測(cè)電力設(shè)備的外殼接觸或摩擦。5）信號(hào)定位超聲波法局部放電定位有幅值定位和時(shí)差定位兩種。幅值定位是根據(jù)超聲信號(hào)的衰減特性，利用峰值或有效值的大小定位，一般離信號(hào)源越近，信號(hào)越大；時(shí)差定位是根據(jù)超聲波信號(hào)達(dá)到傳感器的時(shí)差，通過(guò)聯(lián)立球面方程或雙曲面方程組計(jì)算空間坐標(biāo)，進(jìn)行精確定位，精度可達(dá)10cm。在實(shí)際應(yīng)用中，可采用幅值方法進(jìn)行初步定位，隨后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要決定是否需要進(jìn)行進(jìn)一步的精確定位。此外，由于設(shè)備內(nèi)部的結(jié)構(gòu)不同，超聲波信號(hào)傳播存在一定的復(fù)雜性，也可采取聲電聯(lián)合等定位方法。6）信號(hào)詳測(cè)在發(fā)現(xiàn)有可疑超聲波信號(hào)的部位后，應(yīng)進(jìn)行定位后對(duì)該部位進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，此工作必須使用傳感器固定裝置（如磁鐵固定座、固定座和綁扎帶等），進(jìn)行綜合分析，必要時(shí)增加測(cè)點(diǎn)檢測(cè)。應(yīng)記錄并存儲(chǔ)信號(hào)時(shí)間分辨率與電源周波頻率相當(dāng)?shù)某暡ㄐ盘?hào)的時(shí)域波形，以便于準(zhǔn)確分析。記錄還應(yīng)包括設(shè)備工況、環(huán)境條件等內(nèi)容。7）信號(hào)異常處理與分析在電力設(shè)備檢測(cè)到超聲波局部放電信號(hào)異常時(shí)，應(yīng)進(jìn)行短期的在線監(jiān)測(cè)或其他方法的檢測(cè)，如特高頻檢測(cè)、絕緣介質(zhì)的電/熱分解的成分分析、溫度檢測(cè)等手段，并加以綜合分析。超聲波異常信號(hào)分析宜采用典型波形的比較法、橫向分析法和趨勢(shì)分析法。典型波形比較法是綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)干擾因素后，獲得真正代表目標(biāo)內(nèi)部異常的超聲波信號(hào)與典型波形圖庫(kù)進(jìn)行比較；橫向分析法即為目標(biāo)部位的信號(hào)和相鄰區(qū)域信號(hào)或另相相同部位信號(hào)進(jìn)行比較，確定是否有明顯異常信號(hào)；趨勢(shì)分析法為目標(biāo)部位的信號(hào)與歷史數(shù)據(jù)相比較是否有明確的增長(zhǎng)發(fā)展趨勢(shì)。異常信號(hào)分析時(shí)應(yīng)綜合考慮工況因素的影響。8）分析報(bào)告分析報(bào)告主要應(yīng)包括電力設(shè)備詳細(xì)名稱(chēng)、電力設(shè)備工況、檢測(cè)詳細(xì)位置、使用檢測(cè)設(shè)備名稱(chēng)、檢測(cè)者、檢測(cè)時(shí)間、檢測(cè)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析情況、建議與結(jié)論等內(nèi)容。2帶電檢測(cè)時(shí)的注意事項(xiàng)1）注意檢測(cè)儀器狀態(tài)良好。2）不同的電力設(shè)備選擇合適的傳感器。3）合理使用超聲硅脂，超聲波信號(hào)大部分在超聲波頻段范圍，在不同介質(zhì)（如金屬與4）檢測(cè)時(shí)宜使用傳感器固定裝置，避免操作者的人為因素的影響。5）選擇合適的檢測(cè)時(shí)間，注意外部干擾源?，F(xiàn)場(chǎng)干擾將降低局部放電檢測(cè)的靈敏度，甚至導(dǎo)致誤報(bào)警和診斷錯(cuò)誤。因此，局部放電檢測(cè)裝置應(yīng)能將干擾抑制到可以接受的水平。6）提高檢出概率，建議使用信號(hào)時(shí)間分辨率與電源周波頻率相當(dāng)?shù)某暡ㄐ盘?hào)的時(shí)域波形的檢測(cè)設(shè)備，并記錄連續(xù)多工頻內(nèi)的時(shí)域波形。7）檢測(cè)時(shí)，應(yīng)做好檢測(cè)數(shù)據(jù)和環(huán)境情況的記錄或存儲(chǔ)，如數(shù)據(jù)、波形、工況、測(cè)點(diǎn)位置等。8）每年檢測(cè)部位應(yīng)為同一點(diǎn)，除非有異常信號(hào)，定位出最大點(diǎn)后，改為最大點(diǎn)的部位檢測(cè)。9）檢測(cè)者宜熟悉待測(cè)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。3GIS設(shè)備超聲波局部放電帶電檢測(cè)的技術(shù)要點(diǎn)GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，伴隨有超聲波信號(hào)的產(chǎn)生。通過(guò)在GIS外部安裝超聲波傳感器，接收GIS內(nèi)部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，間接判斷GIS是否有放電現(xiàn)象。該方法的檢測(cè)頻率一般在100kHz范圍內(nèi)，對(duì)于SF6氣體中的顆粒跳動(dòng)、尖端放電、懸浮電位、異物和連接不良比較靈敏，但對(duì)于絕緣件內(nèi)部空隙、裂縫等缺陷靈敏度較低。對(duì)GIS進(jìn)行超聲波檢測(cè)流程如圖4-11所示。圖4-11GIS超聲波局部放電檢測(cè)流程1）傳感器的選擇一般的，對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行超聲波局部放電檢測(cè)選擇傳感器的頻率范圍為20kHz-100kHz，諧振頻率為40kHz。2）檢測(cè)背景信號(hào)檢測(cè)前，應(yīng)注意盡量清理現(xiàn)場(chǎng)的干擾聲源。檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)附近的排風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)、施工機(jī)械摩擦、物體與GIS殼體摩擦、臨近的帶電導(dǎo)體電暈等都會(huì)帶來(lái)干擾。推薦的背景檢測(cè)點(diǎn)是GIS外殼底架，并選擇各相測(cè)點(diǎn)的最小值。對(duì)于初步判斷超聲波信號(hào)異常的部位，應(yīng)在該部位附近重新檢測(cè)背景信號(hào)。3）測(cè)點(diǎn)的選擇由于超聲波信號(hào)隨距離增加而顯著衰減，故檢測(cè)選點(diǎn)不宜太少，否則很可能漏掉異常點(diǎn)。GIS的超聲波檢測(cè)位置示意圖如圖4-12所示。選擇測(cè)點(diǎn)的基本原則是：（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)易出問(wèn)題的部位，如筒體下部，開(kāi)關(guān)觸頭等；（2）測(cè)點(diǎn)間距離不宜大于3米，每?jī)蓚€(gè)盆式絕緣子之間至少1個(gè)測(cè)點(diǎn)；（3）斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)等有活動(dòng)部件的氣室取點(diǎn)應(yīng)增多；（4）觀察歷史趨勢(shì)時(shí)應(yīng)與前次檢測(cè)取相同測(cè)點(diǎn)；（5）三相共箱的GIS建議在橫截面上每120度至少1個(gè)測(cè)點(diǎn)；（6）在GIS轉(zhuǎn)角處和T形連接處前后應(yīng)各測(cè)1點(diǎn)；（7）對(duì)于外殼直徑較大的GIS應(yīng)考慮在橫截面上適當(dāng)增加測(cè)點(diǎn)；（8）在水平安裝的盆式絕緣子處，應(yīng)增加測(cè)點(diǎn)，顆?？赡軞埩粼谶@些絕緣子上并產(chǎn)生局部放電。圖4-11GIS超聲波局放檢測(cè)點(diǎn)示意圖4）信號(hào)源定位GIS中的超聲波局部放電定位技術(shù)分為頻率定位技術(shù)和幅值定位技術(shù)。頻率定位技術(shù)是利用SF6氣體對(duì)超聲波信號(hào)中的高頻信號(hào)的吸收作用，通過(guò)分析超聲波信號(hào)高頻部分（50kHz-100kHz）的比例來(lái)區(qū)分缺陷位于中心導(dǎo)體上還是外殼上，具體流程見(jiàn)圖4-13。而5）GIS的異常聲響分析我們偶爾會(huì)遇到運(yùn)行中的GIS出現(xiàn)了可聽(tīng)的異常聲響，這種現(xiàn)象可能是由于內(nèi)部松動(dòng)、設(shè)備動(dòng)靜觸頭對(duì)應(yīng)不正或設(shè)備運(yùn)行引起振動(dòng)等因素造成，因此我們不應(yīng)盲目認(rèn)為GIS內(nèi)部出現(xiàn)了明顯的放電，而應(yīng)改變超聲波信號(hào)頻段檢測(cè)，并加以設(shè)備的振動(dòng)分析和特高頻檢測(cè)等其他檢測(cè)手段進(jìn)行綜合分析。此外，由于設(shè)備的設(shè)計(jì)和布局的原因，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)可能引起設(shè)備某段區(qū)域存在共振現(xiàn)象。我們應(yīng)找出共振區(qū)域，檢測(cè)是否有局部放電信號(hào)。這種共振現(xiàn)象頻率一般比較低，人手能感覺(jué)出來(lái)，不伴有超聲波局部放電信號(hào)。6）特殊部位的分析在工作狀態(tài)下，電壓互感器和電流互感器的內(nèi)置繞組和鐵芯會(huì)產(chǎn)生周期性的交變電磁場(chǎng)，由此可能產(chǎn)生特有的超聲波信號(hào)。所以我們應(yīng)對(duì)電壓互感器氣室和電流互感器氣室進(jìn)行特殊分析。該特有的超聲波信號(hào)一般具有強(qiáng)的單倍頻和多倍頻信號(hào)規(guī)律性，波形具有典型對(duì)稱(chēng)性特征。所以檢測(cè)者可以通過(guò)檢測(cè)信號(hào)的周期性和對(duì)稱(chēng)性等特征來(lái)判斷信號(hào)是否源于局部放電之外的其它原因。5變壓器超聲波局部放電帶電檢測(cè)的技術(shù)要點(diǎn)變壓器內(nèi)部絕緣材質(zhì)多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)生局部放電時(shí)，超聲波信號(hào)在不同材質(zhì)中的衰減速率差異較大，傳導(dǎo)到變壓器外殼的超聲波信號(hào)也比較復(fù)雜。在變壓器局部放電檢測(cè)中，一般用油色譜和高頻等方法進(jìn)行普測(cè)，而超聲波法則用于發(fā)現(xiàn)缺陷后進(jìn)行缺陷的定位。在定位過(guò)程中，通過(guò)在變壓器外部安裝多個(gè)超聲波傳感器，來(lái)接收變壓器內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，并利用多通道的超聲波信號(hào)的幅值和時(shí)差變化來(lái)判斷變壓器內(nèi)部放電部位的三維空間位置。1）傳感器的選擇一般的，對(duì)變壓器設(shè)備進(jìn)行超聲波局部放電檢測(cè)選擇傳感器的頻率范圍為80kHz-200kHz，諧振頻率為160kHz。2）檢測(cè)背景信號(hào)檢測(cè)前，應(yīng)注意盡量清理現(xiàn)場(chǎng)的干擾聲源。檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)附近的排風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)、施工機(jī)械摩擦、物體與變壓器殼體摩擦、臨近的帶電導(dǎo)體電暈等都會(huì)帶來(lái)干擾。推薦的背景檢測(cè)點(diǎn)是變壓器外殼基座。此外，電抗器和換流變?cè)谶\(yùn)行中有較大的振動(dòng)，對(duì)局部放電超聲波檢測(cè)有一定的干擾，但是該干擾信號(hào)特征明顯，可以通過(guò)觀察后進(jìn)行排除。3）測(cè)點(diǎn)的選擇由于超聲波信號(hào)隨距離增加而顯著衰減，且變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，超聲波信號(hào)存在一定的折反射，故檢測(cè)選點(diǎn)不宜太少，否則很可能漏掉異常點(diǎn)。選擇測(cè)點(diǎn)的基本原則是：原點(diǎn)應(yīng)為變壓器高電壓側(cè)的左下角，傳感器位置可根據(jù)變壓器的設(shè)計(jì)及詳細(xì)試驗(yàn)條件而改變。重要的是對(duì)于類(lèi)似的變壓器，傳感器應(yīng)布置在相同的坐標(biāo)位置以利于比較結(jié)果。相鄰傳感器之間的直線距離以2~3米以?xún)?nèi)為宜，并應(yīng)準(zhǔn)確記錄傳感器的坐標(biāo)位置。4）信號(hào)源定位變壓器的超聲波局部放電定位技術(shù)除了幅值定位技術(shù)以外，還需增加時(shí)差定位技術(shù)來(lái)綜合實(shí)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的三維空間定位。時(shí)差定位技術(shù)是利用局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)傳播到不同位置的傳感器所需時(shí)間的差別來(lái)定位的技術(shù)，但由于變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、信號(hào)到達(dá)不同傳感器路徑不同和材料的特性差異等原因，容易造成時(shí)差測(cè)定不準(zhǔn)確，給定位帶來(lái)較大的誤差。在實(shí)際定位時(shí)，可對(duì)超聲波形進(jìn)行分析，確定其屬于橫波或縱波，通過(guò)增加測(cè)點(diǎn)和移動(dòng)傳感器，獲取有明確時(shí)差的縱波信號(hào)，即可提高定位精度。6開(kāi)關(guān)柜超聲波局部放電帶電檢測(cè)的技術(shù)要點(diǎn)高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)產(chǎn)生局部放電時(shí)的超聲波信號(hào)可以利用非接觸式超聲波傳感器在縫隙處進(jìn)行檢測(cè)，也可以利用接觸式超聲波傳感器在殼體上進(jìn)行檢測(cè)。由于超聲波在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的傳播存在折反射，使得局部放電定位的精度受到限制，很難利用超聲波信號(hào)對(duì)局部放電進(jìn)行模式識(shí)別和定量判斷。開(kāi)關(guān)柜檢測(cè)中常見(jiàn)的干擾源有水銀燈以及附近走動(dòng)的人或運(yùn)行的機(jī)器，在檢測(cè)時(shí)應(yīng)隔離這些干擾噪聲。接觸式超聲波法檢測(cè)時(shí)，將接觸式探頭放置在開(kāi)關(guān)柜的主骨架上檢測(cè)超聲波信號(hào)。開(kāi)關(guān)柜面板表面包括斷路器室、母線通風(fēng)處的板/蓋、開(kāi)關(guān)柜的門(mén)、高壓電纜端子箱等部位。依此程序，掃描所有的開(kāi)關(guān)柜，每一處掃描應(yīng)持續(xù)10秒，以便檢測(cè)超聲波信號(hào)。如有必要，延長(zhǎng)檢測(cè)時(shí)間。非接觸式超聲波法檢測(cè)時(shí)，將儀器指向開(kāi)關(guān)柜面板縫隙處，沿著縫隙檢測(cè)超聲波信號(hào)。開(kāi)關(guān)柜面板包括斷路器和金屬封裝的縫隙處、電纜或母線窗、母線通風(fēng)板/蓋處的縫隙、開(kāi)關(guān)面板/門(mén)處的縫隙、高壓電纜接頭箱的側(cè)面或底部的通風(fēng)孔等部位。對(duì)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行超聲波局部放電檢測(cè)的結(jié)果分析原則有如下三個(gè)。第一，橫向分析法。對(duì)同個(gè)開(kāi)關(guān)室中開(kāi)關(guān)柜的檢測(cè)結(jié)果做出橫向比較，如果其中一個(gè)開(kāi)關(guān)柜的檢測(cè)結(jié)果大于現(xiàn)場(chǎng)背景值以及其它開(kāi)關(guān)柜的測(cè)試結(jié)果，則可以確定該設(shè)備可能存在缺陷。第二，趨勢(shì)分析法。分析同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜在不同時(shí)間的檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)行縱向比較判斷開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行趨勢(shì)。根據(jù)特定的周期檢測(cè)開(kāi)關(guān)室中的開(kāi)關(guān)柜，保留每次的檢測(cè)結(jié)果，就可以根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)設(shè)備局部放電狀態(tài)變化的趨勢(shì)進(jìn)行分析。第三，定值判別。將判斷閾值與開(kāi)關(guān)柜的檢測(cè)結(jié)果做出比較，分析比較結(jié)果來(lái)判斷開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)。典型的開(kāi)關(guān)柜超聲波定值判別依據(jù)如表4-3所示。表中P為檢測(cè)中得到的超聲波信號(hào)幅值，通常以單位dB表示。應(yīng)當(dāng)注意，超聲波定值判別時(shí)應(yīng)結(jié)合聲音進(jìn)行判別，如果未聽(tīng)到放電聲音則可認(rèn)定為正常。聲音定值大小危險(xiǎn)等級(jí)危險(xiǎn)說(shuō)明策略耳機(jī)中無(wú)局部放電聲音不考慮數(shù)值大小正常可以運(yùn)行按正常檢測(cè)周期進(jìn)行下一次檢測(cè)耳機(jī)中存在明顯的局部放電聲音P≤8dB正?？梢赃\(yùn)行按正常檢測(cè)周期進(jìn)行下一次檢測(cè)8dB<P≤20dB異常關(guān)注將異常（關(guān)注）的開(kāi)關(guān)柜的檢測(cè)周期縮短為1個(gè)月20dB<P≤30dB預(yù)警定位局部放電源所在開(kāi)關(guān)柜，將異常（預(yù)警）開(kāi)關(guān)柜的檢測(cè)周期縮短為1周P>30dB危險(xiǎn)需要停電定位局部放電源所在開(kāi)關(guān)柜，立即進(jìn)行檢修二、診斷方法局部放電是很復(fù)雜的物理現(xiàn)象，用單一表征參數(shù)很難全面描述，所以在診斷中應(yīng)盡量對(duì)各種放電譜圖進(jìn)行全面分析，以減少誤判。局部放電缺陷診斷的主要依據(jù)是信號(hào)水平、頻率相關(guān)性、相位分布和特征指數(shù)，同時(shí)也可以參考時(shí)域波形。（一）正常判斷依據(jù)根據(jù)背景和檢測(cè)點(diǎn)所測(cè)超聲波信號(hào)的周期峰值、有效值、50Hz相關(guān)性、100Hz相關(guān)性、相位分布、特征指數(shù)分布及時(shí)域波形的差異，滿足表4-4的所有標(biāo)準(zhǔn)即為正常，任何一項(xiàng)參數(shù)不滿足均可判定為異常。背景信號(hào)通常由頻率均勻分布的白噪聲構(gòu)成，表4-5列出了不同檢測(cè)模式下背景信號(hào)的典型譜圖與特征。表4-4超聲波局部放電正常的判定標(biāo)準(zhǔn)判斷依據(jù)背景測(cè)試數(shù)據(jù)周期峰值/有效值M值ΔM<10%50Hz相關(guān)性無(wú)無(wú)100Hz相關(guān)性無(wú)無(wú)相位分布無(wú)規(guī)律無(wú)規(guī)律特征指數(shù)分布無(wú)規(guī)律，特征指數(shù)未聚集在整數(shù)無(wú)規(guī)律，特征指數(shù)未聚集在整數(shù)時(shí)域波形（是否有異常脈沖）無(wú)無(wú)表4-5不同檢測(cè)模式下的背景噪聲典型譜圖檢測(cè)模式連續(xù)檢測(cè)模式相位檢測(cè)模式典型譜圖譜圖特征1）僅有幅值較小的有效值及周期峰值；2）頻率成分1、頻率成分2幾乎為0無(wú)明顯相位特征，脈沖相位分布均勻，無(wú)聚集效應(yīng)。檢測(cè)模式時(shí)域波形檢測(cè)模式特征指數(shù)檢測(cè)模式典型譜圖譜圖特征信號(hào)均勻，未見(jiàn)高幅值脈沖無(wú)明顯規(guī)律，峰值未聚集在整數(shù)特征值（二）有明顯缺陷的判斷依據(jù)根據(jù)背景和檢測(cè)點(diǎn)所測(cè)超聲波信號(hào)的周期峰值、有效值、50Hz相關(guān)性、100Hz相關(guān)性、相位分布、特征指數(shù)及時(shí)域波形的差異，幾種不同缺陷類(lèi)型的判斷標(biāo)準(zhǔn)如表4-6所示。表4-6超聲波局部放電缺陷類(lèi)型的判定標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)懸浮電位缺陷電暈缺陷自由金屬顆粒缺陷連續(xù)檢測(cè)模式有效值高較高高周期峰值高較高高50Hz頻率相關(guān)性有有弱100Hz頻率相關(guān)性有弱弱相位檢測(cè)模式有規(guī)律，一周波兩簇信號(hào)，且幅值相當(dāng)有規(guī)律，一周波一簇大信號(hào)，一簇小信號(hào)無(wú)規(guī)律時(shí)域波形檢測(cè)模式有規(guī)律，存在周期性脈沖信號(hào)有規(guī)律，存在周期性脈沖信號(hào)有一定規(guī)律，存在周期不等的脈沖信號(hào)脈沖檢測(cè)模式無(wú)規(guī)律無(wú)規(guī)律有規(guī)律，三角駝峰形狀特征指數(shù)檢測(cè)模式有規(guī)律，波峰位于整數(shù)特征值處，且特征指數(shù)1>特征指數(shù)2有規(guī)律，波峰位于整數(shù)特征值處，且特征指數(shù)2>特征指數(shù)1無(wú)規(guī)律，波峰位于整數(shù)特征值處，且特征指數(shù)2>特征指數(shù)1（三）疑似缺陷判斷依據(jù)如表4-7所示，在檢測(cè)過(guò)程中，如果觀察到一些間歇性的沒(méi)有規(guī)律的異常信號(hào)，即可以判斷為疑似缺陷。表4-7超聲波局部放電疑似缺陷的判定標(biāo)準(zhǔn)判斷依據(jù)背景測(cè)試數(shù)據(jù)周期峰值/有效值M值間歇性閃爍50Hz相關(guān)性無(wú)無(wú)或間歇性閃爍100Hz相關(guān)性無(wú)無(wú)或間歇性閃爍時(shí)域波形（是否有異常脈沖）無(wú)偶爾有異常相位無(wú)無(wú)或有特征指數(shù)無(wú)規(guī)律，特征指數(shù)未聚集在整數(shù)整數(shù)特征指數(shù)有尖峰，但不明顯（四）不同類(lèi)型設(shè)備超聲波局部放電的缺陷診斷超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)可以應(yīng)用于GIS、開(kāi)關(guān)柜、變壓器及電纜終端等多種電氣設(shè)1電暈缺陷當(dāng)被測(cè)設(shè)備存在金屬尖刺時(shí)，在高壓電場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生電暈放電信號(hào)。電暈放電信號(hào)的產(chǎn)生與施加在其兩端的電壓幅值具有明顯關(guān)聯(lián)性，在放電譜圖中則表現(xiàn)出典型的50Hz相關(guān)性及100Hz相關(guān)性，即存在明顯的相位聚集效應(yīng)。但是，由于電暈放電具有較明顯極化效應(yīng)，其正、負(fù)半周內(nèi)的放電起始電壓存在一定差異。因此，電暈放電的50Hz相關(guān)性往往較100Hz相關(guān)性要大。此外，在特征指數(shù)檢測(cè)模式下，放電次數(shù)累積譜圖波峰位于整數(shù)特征值2處。表4-8為電暈缺陷超聲波檢測(cè)典型圖譜。表4-8電暈缺陷超聲波檢測(cè)典型圖譜檢測(cè)模式連續(xù)檢測(cè)模式相位檢測(cè)模式典型譜圖譜圖特征1）有效值及周期峰值較背景值明顯偏大；2）頻率成分1、頻率成分2特征明顯，且頻率成分1大于頻率成分2。具有明顯的相位聚集相應(yīng)，但在一個(gè)工頻周期內(nèi)表現(xiàn)為一簇，即“單峰”。時(shí)域波形檢測(cè)模式特征指數(shù)檢測(cè)模式典型譜圖譜圖特征有規(guī)則脈沖信號(hào)，一個(gè)工頻周期內(nèi)出現(xiàn)一簇。（或一簇幅值明顯較大，一簇明顯較小）有明顯規(guī)律，峰值聚集在整數(shù)特征值處，且特征值2大于特征值12懸浮電位缺陷當(dāng)被測(cè)設(shè)備存在懸浮電位缺陷時(shí)，在高壓電場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生局部放電信號(hào)。局部放電信號(hào)的產(chǎn)生與施加在其兩端的電壓幅值具有明顯關(guān)聯(lián)性，在放電譜圖中則表現(xiàn)出典型的50Hz相關(guān)性及100Hz相關(guān)性，即存在明顯的相位聚集效應(yīng)，且100Hz相關(guān)性大于50Hz相關(guān)性。此外，在特征指數(shù)檢測(cè)模式下，放電次數(shù)累積譜圖波峰位于整數(shù)特征值1處。表4-9為懸浮電位缺陷超聲波檢測(cè)典型圖譜。表4-9懸浮電位缺陷超聲波檢測(cè)典型圖譜檢測(cè)模式連續(xù)檢測(cè)模式相位檢測(cè)模式典型譜圖譜圖特征1）有效值及周期峰值較背景值明顯偏大；2）頻率成分1、頻率成分2特征明顯，且頻率成分1大于頻率成分2。具有明顯的相位聚集相應(yīng)，在一個(gè)工頻周期內(nèi)表現(xiàn)為兩簇，即“雙峰”。時(shí)域波形檢測(cè)模式特征指數(shù)檢測(cè)模式典型譜圖譜圖特征有規(guī)則脈沖信號(hào)，一個(gè)工頻周期內(nèi)出現(xiàn)兩簇，兩簇大小相當(dāng)。有明顯規(guī)律，峰值聚集在整數(shù)特征值處，且特征值1大于特征值23自由金屬顆粒當(dāng)被測(cè)設(shè)備內(nèi)部存在自由金屬微粒缺陷時(shí)，在高壓電場(chǎng)作用下，金屬微粒因攜帶電荷會(huì)受到電動(dòng)力的作用，當(dāng)電動(dòng)力大于重力時(shí)，金屬微粒即會(huì)在設(shè)備內(nèi)部移動(dòng)或跳動(dòng)。但是，與懸浮電位缺陷、電暈缺陷不同，自由金屬微粒產(chǎn)生的超聲波信號(hào)主要由運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與設(shè)備外殼的碰撞引起，而與放電關(guān)聯(lián)較小。由于金屬微粒與外殼的碰撞取決與金屬微粒的跳躍高度，其碰撞時(shí)間具有一定隨機(jī)性，因此在開(kāi)展局部放電超聲波檢測(cè)時(shí)，該類(lèi)缺陷的相位特征不是很明顯，即50Hz、100Hz頻率成分較小。但是，由于自由金屬微粒通過(guò)直接碰撞產(chǎn)生超聲波信號(hào)，因此其信號(hào)有效值及周期峰值往往較大。此外，在時(shí)域波形檢測(cè)模式下，檢測(cè)譜圖中可見(jiàn)明顯脈沖信號(hào)，但信號(hào)的周期性不明顯。表4-9為自由金屬顆粒缺陷超聲波檢測(cè)典型圖譜。雖然自由金屬微粒缺陷無(wú)明顯相位聚集效應(yīng)。但是，當(dāng)統(tǒng)計(jì)自由金屬微粒與設(shè)備外殼的碰撞次數(shù)與時(shí)間的關(guān)系時(shí)，卻可發(fā)現(xiàn)明顯的譜圖特征。該譜圖定義為“飛行圖”，通過(guò)部分局部放電超聲波檢測(cè)儀提供的“脈沖檢測(cè)模式”即可觀察自由金屬微粒與外殼碰撞的“飛行圖”，進(jìn)而判斷設(shè)備內(nèi)部是否存在自由金屬微粒缺陷。圖4-14為自由金屬微粒缺陷的超聲波檢測(cè)飛行圖，由圖可見(jiàn)其有明顯的“三角駝峰”形狀特點(diǎn)。表4-10自由金屬顆粒缺陷超聲波檢測(cè)典型圖譜檢測(cè)模式連續(xù)檢測(cè)模式相位檢測(cè)模式典型譜圖譜圖特征1）有效值及周期峰值較背景值明顯偏大；2）頻率成分1、頻率成分2特征不明顯。無(wú)明顯的相位聚集相應(yīng)，但可發(fā)現(xiàn)脈沖幅值較大。時(shí)域波形檢測(cè)模式特征指數(shù)檢測(cè)模式典型譜圖譜圖特征有明顯脈沖信號(hào)，但該脈沖信號(hào)與工頻電壓的關(guān)聯(lián)性小，其出現(xiàn)具有一定隨機(jī)性無(wú)明顯規(guī)律，峰值未聚集在整數(shù)特征值第四節(jié)典型超聲波局部放電案例分析一、110kVGIS設(shè)備導(dǎo)向桿松動(dòng)檢測(cè)（一）案例經(jīng)過(guò)2023年4月，檢測(cè)人員在對(duì)某220kV變電站內(nèi)的110kVGIS設(shè)備進(jìn)行超聲波局部放電帶電檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)疑似放電信號(hào)，信號(hào)峰值明顯高于環(huán)境背景值。經(jīng)過(guò)多次復(fù)測(cè)后，確定其存在缺陷，并進(jìn)行了初步定位和缺陷類(lèi)型分析。技術(shù)人員對(duì)缺陷部分進(jìn)行整體更換后，其超聲波信號(hào)接近背景值，異常信號(hào)消失，缺陷消除。對(duì)更換的間隔進(jìn)行解體檢修，發(fā)現(xiàn)多處導(dǎo)向桿存在松動(dòng)情況。此次帶電檢測(cè)消除了GIS內(nèi)部安全隱患，確保設(shè)備健康運(yùn)行。（二）檢測(cè)分析方法4月26日，檢測(cè)人員在對(duì)某間隔進(jìn)行超聲波局部放電檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)疑似放電信號(hào)，信號(hào)峰值較強(qiáng)，達(dá)到25mV，遠(yuǎn)大于環(huán)境背景信號(hào)峰值1mV。圖4-15所示為疑似放電位置，圖4-16為檢測(cè)中的環(huán)境背景值與疑似放電信號(hào)值。5月4日和5月14日，檢測(cè)人員再次對(duì)疑似放電位置附近進(jìn)行了超聲波多點(diǎn)反復(fù)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該間隔存在最強(qiáng)信號(hào)點(diǎn)，信號(hào)峰值超過(guò)30mV，遠(yuǎn)大于背景信號(hào)峰值1mV。檢測(cè)所得最大信號(hào)位置如圖4-17所示，檢測(cè)到的信號(hào)如圖4-18所示。對(duì)母線其他部位及其他設(shè)備氣室進(jìn)行超聲波局部放電檢測(cè)，其結(jié)果與背景信號(hào)相差不大。圖4-15某站110kVGIS設(shè)備發(fā)現(xiàn)疑似局放信號(hào)位置圖（a）環(huán)境背景值（b）疑似放電信號(hào)值根據(jù)圖4-18分析可知，該放電信號(hào)具有50Hz和100Hz相關(guān)性，且放電信號(hào)幅值較大，初步診斷為絕緣支撐件、緊固螺絲松動(dòng)或存在懸浮電位、顆粒雜質(zhì)。6月中旬，技術(shù)人員對(duì)缺陷間隔及其相鄰間隔進(jìn)行了整體更換，并進(jìn)行了解體檢修。在拆除備用116間隔（備用4）的A相導(dǎo)體時(shí)，發(fā)現(xiàn)靠近117間隔的導(dǎo)向桿存在松動(dòng)的情況；在拆除備用115間隔時(shí)，發(fā)現(xiàn)A相梅花觸頭——靠近2#主變間隔側(cè)的導(dǎo)向桿也存在松動(dòng)的情況，如圖4-19所示。此外，發(fā)現(xiàn)屏蔽罩緊固螺絲未擰緊，如圖4-20所示。（a）（b）圖4-19母線內(nèi)部異常部位圖示屏蔽罩和觸座連接屏蔽罩和觸座連接螺釘未緊固到底圖4-20屏蔽罩未緊固圖示7月份，檢測(cè)人員對(duì)更換后的運(yùn)行半個(gè)多月的II母線備用115、116間隔部分進(jìn)行超聲波局部放電復(fù)測(cè)，其信號(hào)均與環(huán)境背景接近，即處理結(jié)果良好，缺陷消除。（三）經(jīng)驗(yàn)體會(huì)（1）該案例表明超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行中的機(jī)械振動(dòng)有較強(qiáng)的靈敏度，可以有效檢測(cè)到相關(guān)缺陷。（2）通過(guò)對(duì)疑似放電位置附近進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)，可以利用幅值定位法實(shí)現(xiàn)對(duì)放電源的初步定位。（3）加大基建施工現(xiàn)場(chǎng)安裝監(jiān)督力度，特別是關(guān)鍵點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，杜絕因現(xiàn)場(chǎng)安裝人員責(zé)任心不強(qiáng)為設(shè)備運(yùn)行留下隱患。二、500kV變壓器內(nèi)部放電缺陷檢測(cè)（一）案例經(jīng)過(guò)2023年9月，某變電站500kV2號(hào)主變壓器在進(jìn)行投運(yùn)后油色譜跟蹤測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有痕量乙炔產(chǎn)生，隨后進(jìn)行高頻局部放電和超聲波局部放電帶電檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該變壓器三相均有不同程度的局部放電信號(hào)。停電返廠解體后，證實(shí)了變壓器磁分路與鐵心間、上下磁分路與夾件安裝面間均存在不同程度的放電痕跡，磁分路端部絕緣多數(shù)移位或破損。此次檢（二）檢測(cè)分析方法在油色譜發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有痕量乙炔后，檢測(cè)人員對(duì)該變壓器進(jìn)行了高頻局部放電和超聲波局部放電帶電檢測(cè)。對(duì)三相分別進(jìn)行高頻檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，三相均存在不同程度的內(nèi)部放電，其中A相放電最為嚴(yán)重。隨后，采用美國(guó)物理聲學(xué)公司超聲波局部放電定位儀對(duì)放電源進(jìn)行了定位，如圖4-21所示，放電位置示意圖如圖4-22所示。定位結(jié)果顯示，放電主要集中在低壓線圈下部油枕側(cè)夾件區(qū)域（高度約為250~600mm）。圖4-21超聲波定位儀定位結(jié)果圖4-22定位結(jié)果示意圖通過(guò)局部放電測(cè)試，發(fā)現(xiàn)A相同時(shí)存在電信號(hào)及可疑聲信號(hào)，同時(shí)鐵芯與夾件位置局部放電信號(hào)大小相近、相位相反，推測(cè)在A相鐵芯與夾件間產(chǎn)生了放電。結(jié)合油化學(xué)試驗(yàn)結(jié)果也可以推斷該主變內(nèi)部存在連續(xù)的火花放電，此放電可能由懸浮電位導(dǎo)致。隨后將2號(hào)變壓器低壓側(cè)電容器退出，低壓側(cè)電流為零，上述現(xiàn)象均消失，證明其放電位置位于變壓器磁回路，這與超聲局部放電定位檢測(cè)結(jié)果一致。由此判斷，該變壓器三相均存在不同程度放電，其中A相最為嚴(yán)重，放電位置位于本體下部“鐵心－夾件”之間的夾件磁屏蔽位置。11月份，該變壓器返廠檢修，檢查發(fā)現(xiàn)三相磁分路與鐵心間、上下磁分路與夾件安裝面間均存在不同程度放電痕跡，其中A相磁分路端部絕緣多數(shù)位移或破損，B、C相未見(jiàn)異常，如圖4-23、圖4-24所示。經(jīng)檢查分析此次變壓器內(nèi)部局部放電缺陷原因主要有：1、磁分路與鐵心間距較小且無(wú)可靠絕緣保證措施；2、處于220kV繞組端部的磁分路厚度不足（設(shè)計(jì)值厚度為20mm±2mm，實(shí)際僅為14.3mm），在安裝槽內(nèi)存在間隙，導(dǎo)致磁分路與夾件接觸不緊密，產(chǎn)生積碳。2023年1月該變壓器整改完成后順利投入運(yùn)行，對(duì)其進(jìn)行超聲波局部放電檢測(cè)，異常信號(hào)消失，缺陷消除。圖4-23存在放電痕跡的磁分路圖4-24存在放電痕跡的夾件安裝面（三）經(jīng)驗(yàn)體會(huì)（1）對(duì)于變壓器的局部放電檢測(cè)，應(yīng)采用多種方法聯(lián)合檢測(cè)。超聲波檢測(cè)法在現(xiàn)場(chǎng)受電氣干擾小，可以對(duì)放電源進(jìn)行準(zhǔn)確定位。（2）變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及局部放電信號(hào)在變壓器內(nèi)的傳輸比較復(fù)雜，因此要求從事變壓器局部放電帶電檢測(cè)的人員對(duì)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)有深入的了解。三、10kV開(kāi)關(guān)柜局部放電檢測(cè)（一）案例經(jīng)過(guò)2023年1月，某供電公司在變電站巡視中，發(fā)現(xiàn)某220kV變電站10kVXGN2-12(Z)型開(kāi)關(guān)柜超聲波及暫態(tài)地電壓帶電檢測(cè)數(shù)據(jù)異常，檢測(cè)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分析判斷開(kāi)關(guān)柜內(nèi)有局部放電。對(duì)其進(jìn)行停電檢查發(fā)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)斷路器、電纜、避雷器、帶電顯示裝置等設(shè)（二）檢測(cè)分析方法檢測(cè)人員對(duì)10kV高壓室進(jìn)行暫態(tài)地電壓與超聲波局部放電帶電檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常。暫態(tài)地電壓檢測(cè)數(shù)據(jù)如表4-11所示，超聲波檢測(cè)數(shù)據(jù)如表4-12所示。表4-1110kV高壓室暫態(tài)地電壓檢測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)柜名稱(chēng)前上前下后上后中后下側(cè)上側(cè)中側(cè)下10kV300B17dB17dB15dB15dB15dB15dB15dB15dB10kV34419dB19dB16dB17dB16dB10kV34622dB22dB21dB20dB20dB10kV34825dB24dB23dB23dB23dB25dB26dB25dB暫態(tài)地電壓檢測(cè)背景值：27dB。（取窗戶框架上、入口處擋板上、高壓室大門(mén)三處的平均值）表4-1210kV高壓室超聲波監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)柜名稱(chēng)前上前下后上后中后下（觀察窗關(guān)）后下（觀察窗開(kāi)）10kV300B6dB6dB6dB6dB6dB29dB10kV3446dB6