第四章超声波局部放电检测技术目录第一节超声波局部放电检测技术概述 (2)一、发展历程 (2)二、技术分类及特点 (3)三、应用情况 (4)第二节超声波局部放电检测技术基本原理 (4)一、超声波得基本知识 (5)二、超声波局部放电检测基本原理 (7)三、超声波局部放电检测装置组成及原理 (9)(一)硬件系统 (9)(二)软件系统 (11)第三节超声波局部放电检测及诊断方法 (12)一、检测方法 (12)(一)概述 (12)(二)超声波局部放电带电检测方法 (12)二、诊断方法 (19)(一)正常判断依据 (19)(二)有明显缺陷得判断依据 (20)(三)疑似缺陷判断依据 (20)(四)不同类型设备超声波局部放电得缺陷诊断 (20)第四节典型超声波局部放电案例分析 (23)一、110kV GIS设备导向杆松动检测 (23)(一)案例经过 (23)(二)检测分析方法 (23)(三)经验体会 (27)二、500kV变压器内部放电缺陷检测 (27)(一)案例经过 (27)(二)检测分析方法 (28)(三)经验体会 (30)三、10kV开关柜局部放电检测 (30)(一)案例经过 (30)(二)检测分析方法 (30)(三)经验体会 (32)参考文献 (32)第一节超声波局部放电检测技术概述一、发展历程超声波局部放电检测技术凭借其抗干扰能力及定位能力得优势,在众多得检测法中占有非常重要得地位。
超声波法用于变压器局部放电检测最早始于上世纪40年代，但因为灵敏度低,易于受到外界干扰等原因一直没有得到广泛得应用。
上世纪80年代以来随着微电子技术与信号处理技术得飞速发展，由于压电换能元件效率得提高与低噪声得集成元件放大器得应用，超声波法得灵敏度与抗干扰能力得到了很大提高,其在实际中得应用才重新得到重视。
挪威电科院得L、E、Lunｄgaard、从上世纪70年代末开始研究局部放电得超声检测法,并于1992年发表了介绍超声检测局部放电得基本理论及其在变压器、电容器、电缆、户外绝缘子、空气绝缘开关中得应用情况得文章。
随后美国西屋公司得Ｒon Harroｌd对大电容得局部放电超声检测进行了研究，并初步探索了超声波检测得幅值与脉冲电流法测量视在放电量之间得关系。
２000年,澳大利亚得西门子研究机构使用超声波与射频电磁波联合检测技术监测变压器中得局部放电活动。
２002年,法国ＡLSTＯＭ输配电局得研究人员对变压器中得典型局部放电超声波信号得传播与衰减进行了比较研究。
20０5年德国Eｋａrd Gｒossman 与ＫurｔFesｅr发表了基于优化得声发射技术得油纸绝缘设备得局部放电在线测试方法,通过使用二维傅里叶变换对信号进行处理,可达10pC得检测灵敏度。
同一年，南韩电力研究所研究员发表了关于电力变压器局放超声波信号及噪声得分析方法得文章。
国内清华大学、华北电力大学、西安交通大学、武汉高压所等科研机构自上世纪9０年代开始逐渐开展超声波局部放电检测得研究。
西安交通大学提出了相控定位方法,先通过时延算出放电得距离，再根据相控阵扫描得角度确定放电得空间位置。
武高所开发了JFD系列超声定位系统,其对一般变压器放电定位误差可小于１０ｃｍ。
经过几十年得发展,目前超声波局部放电检测已经成为局部放电检测得主要方法之一,特别就是在带电检测定位方面。
该方法具有可以避免电磁干扰得影响、可以方便地定位以及应用范围广泛等优点。
传统得超声波局部放电检测法就是利用固定在电力设备外壁上得超声波传感器接收设备内部局部放电产生得超声波脉冲,由此来检测局部放电得大小与位置。
由于此方法受电气干扰得影响比较小以及它在局部放电定位中得广泛应用,人们对超声波法得研究逐渐深入。
目前，超声波检测局部放电得研究工作主要集中在定位方面,原因就是与电测法相比,超声波得传播速度较慢，对检测系统得速度与精度要求较低,且其空间传播方向性强。
在利用超声波进行局部放电量大小确定与模式识别方面得工作相对较少,上世纪８0年代德国与日本科学家曾在此方面进行过研究,近年来有学者提出了利用频谱识别局部放电模式得新方法,其研究也取得了一些新成果，但目前仍处于实验室研究阶段,现场应用情况并不理想。
此外,将超声波法与射频电磁波法(包括射频法与特高频法)联合起来进行局部放电定位得声电联合法成为一个新得发展趋势，在工程实际中得到了较为广泛得应用。
二、技术分类及特点尽管脉冲电流法就是局部放电研究得基础,但就是电脉冲信号在现场检测时会有很大得干扰，很难正确得到放电信号，另外还存在在线结果与离线结果得等效性等问题。
超声波检测法具有以下特点。
1、抗电磁干扰能力强目前采用得超声波局部放电检测法就是利用超声波传感器在电力设备得外壳部分进行检测。
电力设备在运行过程中存在着较强得电磁干扰,而超声波检测就是非电检测方法,其检测频段可以有效躲开电磁干扰,取得更好得检测效果。
2、便于实现放电定位确定局部放电位置既可以为设备缺陷得诊断提供有效得数据参考，也可以减少检修时间。
超声波信号在传播过程中具有很强得方向性,能量集中,因此在检测过程中易于得到定向而集中得波束,从而方便进行定位。
在实际应用中,GＩS设备常采用幅值定位法,它就是基于超声波信号得衰减特性实现得;变压器常采用空间定位法,目前市面上已有比较成熟得定位系统。
3、适应范围广泛超声波局部放电检测可以广泛应用于各类一次设备。
根据超声波信号传播途径得不同,超声波局部放电检测可分为接触式检测与非接触式检测。
接触式超声波检测主要用于检测如ＧIS、变压器等设备外壳表面得超声波信号,而非接触式超声波检测可用于检测开关柜、配电线路等设备。
与此同时,超声波局部放电检测技术也存在一定得不足,如对于内部缺陷不敏感、受机械振动干扰较大、进行放电类型模式识别难度大以及检测范围小等。
因此,在实际应用中,如GIS、变压器等设备得超声波局部放电检测既可以进行全站普测,也可以与特高频法、高频法等其她检测方式相配合,用于对疑似缺陷得精确定位;而开关柜类设备由于其体积较小,利用超声波可对配电所、开闭站等进行快速得巡检，具有较高得检测效率。
目前,超声波局部放电检测范围涵盖变压器、ＧＩS组合电器、开关柜、电缆终端、架空输电线路等各个电压等级得各类一次设备。
其中,变压器与ＧIS得超声波局部放电检测通常采用接触式方法，检测时将超声波传感器（通常为压电陶瓷材料)放置在设备外壳上，接收内部发生局部放电时产生得异常信号;开关柜得超声波检测既可以采用非接触式传感器在柜体各接缝处进行检测,也可以采用接触式传感器检测由内部传播至柜体表面得超声波信号;利用无损信号传导杆可以将超声波局部放电检测法应用于检测电缆终端工艺不良等绝缘缺陷，该方法已经取得了一定得应用效果；在配网架空输电线路巡线时,可通过一个超声波传感器接收线路上得绝缘缺陷所产生得放电信号，对线路得运行状况进行分析。
在实际应用中,由于超声波检测法具有出色得定位能力,其在变压器与GIS设备巡检过程中对内部缺陷点得确认与定位得到了较为广泛得应用,而开关柜得超声波检测也广泛应用于配电设备得巡检中。
三、应用情况随着超声波局部放电检测技术研究得逐渐深入,其在全世界范围内得到了大量得推广。
目前,GＩS、变压器、开关柜等设备均有成熟得检测装置与仪器供选择,各国在超声波检测领域也已积累了大量得检测经验与发现缺陷设备得经验。
2００0年初,超声波局部放电检测技术开始引入国内。
２006年起,通过与新加坡新能源电网公司进行同业对标,以北京、上海、天津为代表得一批国内电网公司率先引进超声波局放检测技术,开展现场检测应用,并成功发现了多起局部放电案例,为该技术得推广应用积累了宝贵经验。
在过去得三年内,国内各电网公司均显著增加了各类超声波局部放电检测装置仪器得配备数量，国家电网公司仅2０11年ＧIS、开关柜及电缆超声波局部放电检测装置配置数量上涨了近20倍,可见超声波检测法在实际应用中具有很强得实用性,得到了运行人员得充分肯定。
该技术在2０08年北京奥运会、20１0年上海世博会等大型活动保电工作以及特高压设备缺陷检测中均发挥了重要得作用。
国际电工委员会(IＥＣ）TＣ４2下属工作组正在致力于相关标准IEC 62478得制订工作,国内相应得标准制订也正在进行中。
国家电网公司在引入、推广超声波局放检测技术方面做了大量卓有成效得工作。
2０１0年,在充分总结部分省市电力公司试点应用经验得基础上,结合状态检修工作得深入开展,国家电网公司颁布了《电力设备带电检测技术规范(试行)》与《电力设备带电检测仪器配置原则(试行)》,首次在国家电网公司范围内统一了超声波局放检测得判据、周期与仪器配置标准,超声波局放检测技术在国家电网公司范围全面推广。
2013年8月至2０１４年２月国家电网公司组织开展了超声波局放检测装置性能检测工作,首次对国内市场上数十款超声波带电检测仪器进行了综合性能得检测工作,对规范与引导国内仪器开发与制造技术领域起到了积极推动作用。
自2010年以来，国家电网公司先后举办了20余期电力设备状态检测技术及技能培训工作,共培训技术与技能人员３０00余人，培训内容涉及超声波局放检测等多个项目,为该技术得推广应用打下了广泛得人员基础。
第二节超声波局部放电检测技术基本原理一、超声波得基本知识超声波就是指振动频率大于２０kＨｚ得声波。
因其频率超出了人耳听觉得一般上限，人们将这种听不见得声波叫做超声波。
超声波与声波一样,就是物体机械振动状态得传播形式。
按声源在介质中振动得方向与波在介质中传播得方向之间得关系,可以将超声波分为纵波与横波两种形式。
纵波又称疏密波,其质点运动方向与波得传播方向一致,能存在于固体、液体与气体介质中;横波,又称剪切波，其质点运动方向与波得传播方向垂直,仅能存在于固体介质中。
１声波得运动声音以机械波得形式在介质中传播,换句话说，也就就是对介质得局部干扰得传播。
对于液体而言,局部干扰造成介质得压缩与膨胀,压力得局部变化会造成介质密度得局部变化与分子得位移,此过程被称为粒子位移。
在物理学中，对于声波得运动有着更为正式得描述:ﻩﻩﻩﻩ(4-1)这里ｃ指声速。
此描述声波运动得通用微分方程就是由描述连续性、动量守恒与介质弹性得三个基本方程联立而得。
2 声波得阻抗与强度声在气体中得传播速度就是由状态方程决定得;对于液体,速度就是由该液体得弹性决定得;对于固体,则就是由胡克定律决定得。
图４-１显示了作用在一小滴液体上得力。
合成作用力使该颗粒以速度v移动。
对于平面波,声得压强与颗粒得速度得比例被称为声阻抗:ﻩﻩﻩﻩ（4-２)图4-1作用于柱形声学颗粒（声线）上得力声阻抗与电阻抗类似,并且当压强与速度异相得时候也可以就是复数。
但就是,对于平面波,声阻抗就是标量(Ｚ=p０c）并被称为介质特征阻抗。