PAC课件_超声局放检测技术(精简)

1、1油色谱分析（油色谱分析（DGA）法）法- 仅适合于变压器局放检测，无法定位，无法识别多故障源，反应较慢仅适合于变压器局放检测，无法定位，无法识别多故障源，反应较慢对地电流对地电流(TEV)法法- 适合于开关柜的局放检测，不适合非导体的适合于开关柜的局放检测，不适合非导体的GIS气室检测气室检测高频电流高频电流(HFCT)法法- 适合电缆与开关柜检测，主要探测电气故障，无法定位适合电缆与开关柜检测，主要探测电气故障，无法定位超高频法超高频法(UHF)- 适合变压器与适合变压器与GIS，主要探测电气故障，一维粗犷定位，无法量化局放，主要探测电气故障，一维粗犷定位，无法量化局放超声波超声波(AE)

2、法法- 适合变压器与适合变压器与GIS，可探测电气与其它故障，三维坐标定位，无法量化局放，可探测电气与其它故障，三维坐标定位，无法量化局放常用局放检测方法常用局放检测方法 可对局放源进行定位以判别故障部件及原因可对局放源进行定位以判别故障部件及原因 可确认局放发生时刻及持续时间可确认局放发生时刻及持续时间 可判别局放的强度与剧烈程度可判别局放的强度与剧烈程度 可识别多个局放源可识别多个局放源 可探测不同类型的故障，可探测不同类型的故障，如电气、机械、悬浮颗粒、过如电气、机械、悬浮颗粒、过热等热等 在线监测，对结构与电网无侵入，不影响设备正常运行在线监测，对结构与电网无侵入，不影响设备正常运行

3、可通过互联网实现长期监测跟踪故障发展趋势与报警可通过互联网实现长期监测跟踪故障发展趋势与报警 很高的灵敏度很高的灵敏度 操作简单操作简单超声局放检测的优点超声局放检测的优点什么是声波？什么是声波？ 在介质（气体、液体、固体）中传播的压力波称为声波。在介质（气体、液体、固体）中传播的压力波称为声波。什么是超声波什么是超声波? 高于人耳可听频率的声波叫超声波。高于人耳可听频率的声波叫超声波。超声波定义超声波定义人耳可听声频率范围20 20KHz 10 100 1000 10000 100000 1000000 HzGIS局放频率范围20 50 KHz变压器局放范频率围80 180 KHz工业与医疗

4、超声频率范围1 20MHz超声波声发射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声波的强度声波的强度(dB)I = 20 log( ) 分贝 (dB) PPrefP 声压声压Pref 参考声压。不同的应用其参参考声压。不同的应用其参考声压不同。可听声的参考考声压不同。可听声的参考声压为声压为20 微帕斯卡。微帕斯卡。0 dB 为为2000Hz的声波人耳听的声波人耳听力灵敏度的极限。力灵敏度的极限。5超声波的产生原理超声波的产生原理主动超声：主动超声：由人为控制的声源发出的超声由人为控制的声源发出的超声被动超声被动超声(亦称之为声发射亦称之为声发射)：由于材料或介质内部能量的突由于材料或介质内部能量的

6、突 然释放产生的超声。然释放产生的超声。 局部放电属于被动超声或严格的局部放电属于被动超声或严格的 称之为声发射。称之为声发射。 超声波在不同的介质内传播具有不同的波形超声波在不同的介质内传播具有不同的波形传播模式如纵波传播模式如纵波(压缩波压缩波)、横波（剪切波）、横波（剪切波）、莱姆波（板波）等。莱姆波（板波）等。 超声波在介质内的传播速度与材料的特性有超声波在介质内的传播速度与材料的特性有关。关。 超声波在通过不同的介质界面时会发生传播超声波在通过不同的介质界面时会发生传播模式的转换与波速的转换。波速模式的转换与波速的转换。波速 v 的变化将的变化将导致波长导致波长 的变化，但传播频率的

7、变化，但传播频率 f 不变。有不变。有 = v / f超声波传播模式超声波传播模式超声波的传播模式超声波的传播模式固体中主要传播模式：纵波、横波液体中主要传播模式：纵波平板中主要传播模式：莱姆波8纵波(压缩波) 粒子运动方向平行于材料表面横波(剪切波)粒子运于材料表面动方向垂直纵波与横波纵波与横波纵波纵波横波横波 超声波在介质内的传播速度与材料的特性，超声波在介质内的传播速度与材料的特性，如弹性模量、密度，有关。一般来说，密如弹性模量、密度，有关。一般来说，密度大的介质，如金属，有更高的传播速度，度大的介质，如金属，有更高的传播速度，密度低的介质，如气体、液体，有较低的密度低的介质，如气体、液

8、体，有较低的传播速度。传播速度。 不同模式的超声波在相同介质中的传播速不同模式的超声波在相同介质中的传播速度不一样。纵波的速度高于横波的速度。度不一样。纵波的速度高于横波的速度。 波速是决定局放定位准确度的重要因素。波速是决定局放定位准确度的重要因素。 超声波由一种介质进入另一种介质时，波超声波由一种介质进入另一种介质时，波速与波长均发生变化，但频率不变。速与波长均发生变化，但频率不变。超声波的传播特性超声波的传播特性 超声波信号的幅度随距离呈指数型下降超声波信号的幅度随距离呈指数型下降趋势。趋势。 频率越高的信号，衰减得越快。频率越高的信号，衰减得越快。 液体与金属材料具有较好的超声波传播液

9、体与金属材料具有较好的超声波传播特性，衰减较慢。该特性对变压器局放特性，衰减较慢。该特性对变压器局放监测极为有利。监测极为有利。 气体或疏松结构材料的超声传播特性较气体或疏松结构材料的超声传播特性较差，衰减较快。该特性使得差，衰减较快。该特性使得GIS局放只局放只适用于低频超声检测。适用于低频超声检测。超声波的衰减特性超声波的衰减特性超声脉冲波的传播与衰减特征超声脉冲波的传播与衰减特征l局放脉冲在介质内将产生振荡脉冲波l近距离的传感器将接收到较强信号l远距离的传感器将接收到衰减的信号l纵波幅度较小，速度快，先被接收到l横波幅度较大，速度慢后，被接收到超声脉冲源近距离接收到的超声脉冲信号远距离接

10、收到的超声脉冲信号纵波横波在电场作用下，由于绝缘结构的内部缺陷导致的两导体间的绝缘介质未贯穿放电称之为局部放电。局放产生原理局放产生原理局部放电等价电路：局部放电等价电路：Ca 完好部分介质电容Cg 气隙电容Cb 与气隙相串联介质的电容典型的局放超声波信号波形典型的局放超声波信号波形Voltage(mV) vs Time(us) 050001000015000200002500030000350004000045000-6-4-20246较强信噪比的局放信号较强信噪比的局放信号较弱信噪比的局放信号较弱信噪比的局放信号超声局放检测是基于如下事实：局放在介质中将产生几十至几百千赫的瞬态高频弹性脉冲

11、波。该弹性波将在液体、固体、甚至气体介质中扩散传播。超声局放检测就是将传感器贴于设备表面倾听与捕捉由设备内部故障如局放、部件松动、电弧与过热等产生的瞬态超声脉冲信号并通过适当的处理，如相位特征识别与定位等，来判别故障状态。超声局放检测原理超声局放检测原理目前广泛使用的超声局放检测技术是一中基于声发射(acoustic emission, AE)原理的技术。声发射的定义为:由于材料内部局部能量的快速释放产生的瞬态弹性应力波 (ASTM E610-82)。基于声发射的超声局放检测技术始于1970年代。随着超声设备、技术及成功应用案例的发展，2000年代以来超声局放检测进入加速发展期为广大用户所接受

12、。超声局放检测技术超声局放检测技术超声局放信号的分析处理超声局放信号的分析处理突发脉冲信号突发脉冲信号连续型信号连续型信号如何处理突发脉冲信号？- 观察波形 - 特征抽取 - 相位辨别 - 频谱分析 - 周期判别 - 局放事件率局放超声信号幅度的量化局放超声信号幅度的量化I = 20 log( ) 分贝分贝 (dB) PPref一般声强量化公式：一般声强量化公式：超声脉冲幅度量化公式：幅度超声脉冲幅度量化公式：幅度 = 20 log ( ) max-6V10maxrefVV= 20 log ( ) (dB)Vmax - 最大峰值电压（微伏）Vref = 10-6 - 参考电压 （微伏）超声传感

13、器输出超声传感器输出电压电压(微伏微伏)超声局放检测幅度超声局放检测幅度(dB, 分贝分贝)101020100401000601000080100000100Vmax幅度幅度 = 20 log ( )maxrefVV如何定义与分离超声脉冲？如何定义与分离超声脉冲？ 门槛门槛 捕捉超声脉冲的阈值捕捉超声脉冲的阈值 到达时间到达时间 脉冲被传感器接收到的时间脉冲被传感器接收到的时间 脉冲定义时间（脉冲定义时间（HDT） 检验信号是否来自于检验信号是否来自于同一个脉冲事件的参数同一个脉冲事件的参数T HDT门槛T HDT脉冲到达时刻第一个脉冲第二个脉冲超声脉冲的特征参数超声脉冲的特征参数 幅度幅度

14、(Amplitude) 脉冲信号的最大值脉冲信号的最大值 能量能量 (Energy) 脉冲信号高于门槛部分包络面积脉冲信号高于门槛部分包络面积 持续时间持续时间 (Duration) 脉冲信号从开始高于门槛到脉冲信号从开始高于门槛到最终低于门槛时的时间最终低于门槛时的时间Vt 0VOLTST HDT门槛持续时间幅度能量超声脉冲的特征参数超声脉冲的特征参数局放信号波形特征局放信号波形特征 规律性出现的脉冲信号规律性出现的脉冲信号局放特征指数局放特征指数 用以评价规律性脉冲信号的参数用以评价规律性脉冲信号的参数局放特征谱局放特征谱 局放特征指数的谱图局放特征指数的谱图特征指数随时间变化局放特征谱超

15、声脉冲的特征参数超声脉冲的特征参数 超声局放检测硬件相位同步超声局放检测硬件相位同步 由外部电信号输入作为相位参考信号的同由外部电信号输入作为相位参考信号的同步方法步方法(相对相位同步相对相位同步) 超声局放检测软件相位同步超声局放检测软件相位同步 由超声仪器内部智能软件算法实现的相位由超声仪器内部智能软件算法实现的相位同步同步(无需外步电信号输入，亦为相对相位无需外步电信号输入，亦为相对相位同步同步) 局放相位局放相位(相对相位相对相位) 可通过直角坐标与极坐标观察局放相为分可通过直角坐标与极坐标观察局放相为分布布局放相位直角坐标分布图局放相位极坐标分布图超声局放检测的线性定位超声局放检测的

16、线性定位ll = (L - TV)12一维线性定位必须至少需要有两个或以上的传感器接收到来自于同一个局放源的超声信号超声局放检测的二维平面定位超声局放检测的二维平面定位二维平面定位必须至少需要有三个或以上的传感器接收到来自于同一个局放源的超声信号超声局放检测的三维定位超声局放检测的三维定位314ZXY三维定位必须至少需要有四个或以上的传感器接收到来自于同一个局放源的超声信号超声局放检测设备基本构成超声局放检测设备基本构成超声传超声传感器感器信号线信号线前置放大前置放大器器信号与直信号与直流供电同流供电同轴电缆轴电缆超声信号采集超声信号采集分析系统分析系统带前放的传感器超声局放检测传感器超声局放检测传感器 传感器的频率响应传感器的频率响应用于变压器局放检测的共振型超声传感器频率响应用于GIS局放检测的共振型超声传感器频率响应超声局放检测前置放大器超声局放检测前置放大器增益可选外置前置放大器固定增益内置前置放大器输入输出增益输出 = 输入 x 增益超声检测局放基础实验超声检测局放基础实