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电气设备局部放电超声波检测研究
论文类别:专家论文
作 者:佚名
所在地区:电气设备局部放电超声波检测研究
下载次数:413
摘 要:
    局部放电会对电气设备造成不良影响,如果长期存在局部放电,那么电气设备的老化速度就会加快,因此必须要定期对电气设备进行局部放电实验,以此保证设备的正常运行。通过局部放电实验确定检测电气设备局部放电的有效技术,也能够了解设备的绝缘状况。而在电气设备局部放电时,会产生电脉冲、超声波、局部过热等情况,因此出现了多种不同的检测方法,而本文主要针对超声波检测方法进行分析。
    一、电气设备局部放电的超声波检测原理和系统分析
    (一)超声波检测原理
    造成电气设备出现局部放电的原因是因为绝缘故障,所以当发生局部放电时,区域内的分子会形成剧烈的撞击,同时介质也会受到影响,发生瞬时体积改变的情况,还会产生反射和折射现象,在分子介质等因素下,从宏观上产生一定的脉冲压力波,超声波就是其中的声波分量之一。[1]如果此时在设备外部安装相应的声电转换器,就可以将声音信号转化为电信号,从而将声音信号转变为电信号,经过相应的处理后,就可以得到局部放电信息的特征量。在常见的设备局部放电实验中,超声波检测方法不会受到电气干扰,也可以实现远距离无线测量,和其他几种传统检测方法相比,具有着无法替代的优点,不仅如此,超声波检测在检测大容量电容器时,灵敏度较高,甚至高于电脉冲法。
    (二)超声波检测系统
    超声波系统中包括了压电传感器、前置仪表放大、滤波电路、数字存储示波器、主放大电路等部分,在完成具体的检测后,得到的检测结果就会输入到计算机中进行处理。在超声波检测系统中可以将压电传感器转换为超声波换能器,利用该超声波换能器将超声信号转换为电信号,需要注意的是检测系统中的核心部位为进口镀膜压电晶片,以此将频率误差控制在最小范围内。而在外部结构中采用了多层阻抗匹配、被衬材料,以此提高信号接收灵敏度,保证换能器的稳定性,在对电气设备局部放电的超声波信号进行频谱分析后,发现局部放电信号能量一般集中在40~200kHz频率内。因此,本文选择了两种不同的传感器型号进行检测,分别为40kHz和50kHz频率,宽带约为2kHz。
    二、电气设备局部放电的超声波检测实验结果及分析
    为了进一步验证电气设备局部放电的超声波检测的有效性,在实际应用过程中,分别针对低压放电(<100V)和高压放电(>20kV)两个方面展开具体的分析。首先以低压放电检测为例,根据实际的结可以看出,随着检测距离逐渐加大,信号的幅值得到全面的减小,可以说是原有的一半比例,将信号幅值和声信号进行转换,以此可以得到超声波在空气中的传播,根据声信号能量和信号幅值平方之间的正比例关系,可知信号强弱和放电源距离平方属于反比例关系。在此基础上,分别针对40kHz~50kHz频率的传感器进行分析,可以发现50kHz频率监测到幅值小于40kHz频率。但是需要注意的是,超声波信号传输过程中穿透障碍物和金属物的能力相对较差,如果障碍物的体积、厚度等相对较大,就要使用强放电源重新进行检测。下图为40kHz传感器在强放电源4m处的检测结果,根据40kHz传感器在弱放电源和强放电源4m处的检测结果可知,当放电强度发生变化后,检测到的信号幅值发生了变化,强放电源的信号传播距离更远,幅值更大,但是二者持续的时间相同,且衰减过程也较为相似,时间只有1ms。最后选择构造极为简单的压电传感器进行测量,虽然传感器体积减小,灵敏度相对提高,但是因为压电晶片直接暴露在空气中,导致传感器的抗干扰能力下降,适用范围也受到了一定的限制。[2]由此可知,压电传感器中心频率越小、体积越大,超声波检测的有效距离就会随之提高,并且对信号方向极为敏感,但随着偏移角度的增加,信号也会迅速减小,因此必须要有效调整传感器可以接收信号的角度。此外,当电器设备出现局部放电时,会产生近40kHz频率分量的超声波信号,而且信号从开始到消失经历的时间并不确定,也不会因为其他因素而发生改变,因此在使用超声波对电气设备局部放电进行分析时,必须要注意以上几点问题,以此保证检测结果的准确性。
    三、总结
    综上所述,如果电气设备中长期存在局部放电问题,会对设备的使用寿命造成严重的影响,严重的情况下还会造成绝缘破坏,继而影响到设备的正常运行。通过本文对超声波检测法的分析,作为一种独特的非电量测量法,其中融合了高电压技术、传感器技术、电子测量技术等知识,因此超声波信号的传播较为复杂,但是利用这种检测方式可以对不同放电点进行在线监测,保证电气设备的安全运行,延长使用寿命。
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