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局部放电超声定位测量技术详解点击次数:486 发布时间:2018-04-26

超声定位测量技术是80年代开始发展,90年代趋于成熟的,应用于探测电气设备绝缘系统中的缺陷和故障位置,尤其是用来探测大型高压、超高压电力变压器内局部放电量超标时所存在的制造缺陷位置。通过几十台变压器超声定位测量证实,超声定位测量技术较传统的电气测量技术表现出较大的优越性和实用价值。但是,在实际测试中发现,由于超声定位测量技术涉及的知识面广,具有一定的深度,因此,掌握超声定位测量技术具有较大的难度。以探测变压器制造缺陷的试验为基础,得出超声定位测量结果的可靠性与对该系统测试技术的掌握程度有关,推荐使用局部放电超声定位系统。  
1探头的应用与安装  
1.1探头的工作频带选择  
(1)当被试品为油浸式电气设备如大型电力变压器时,工作频带范围应大于80kHz;  
(2)当被试品为充气式电气设备时,工作频带范围应大于4kHz。  
1.2探头的安装方法  
探头是磁浮式的,可以保证其传感器牢固地吸附在铁制的油箱壁表面。由于超声信号在空气中传播时衰减很大,探头的传感器平面与油箱表面要以约0.5mm厚的黄油为媒介吸合,同时安装探头的油箱表面必须平滑清洁。  
1.3探头的安装位置  
因探头的测量角度范围有限,只能保证对与探头所在平面成30°~150°角范围之内的局部放电源进行有效测量,所以在进行变压器局部放电定位测量时,对布置的所有探头必须保证局部放电源在其测量范围之内。  
2声电信号的同步性  
电力变压器内产生的局部放电,往往不是由一个放电源产生。在进行超声定位测量时,系统工作的触发信号是通过检测阻抗取自变压器套管末屏上的电信号,而定位测量的超声信号则来自安放在变压器油箱表面的探头。由于声电信号取得的途径和方法不同,可能出现各自所取得的大信号不是由同一个局部放电源所产生。所以,在进行定位测量之前,必须对进入定位系统的声、电信号经过寻找、筛选、判断,从而确保两者测得的放电信号为同一放电源所产生。这一点在很大程度上决定了定位测量结果的准确性。在某些情况下,如局部放电源位于变压器的组件如套管、瓷套式互感器时,往往超出了探头的测量范围,这样测得的电信号与超声信号不能同步,此种情况可另当别论。  
3测量结果的准确性  
进行定位测量时需要4个探头测量超声信号。一般选用3个测量探头所测得放电源与探头之间的距离s1、s2、s3,只能求得*的一组局部放电源的空间坐标(x1、y1、z1)。为了验证测量结果的准确性,常选用4个探头测量。这样对于同一放电源则得到4个距离数据s1、s2、s3、s4,由此可得两组以上关于求解局部放电源位置坐标的方程组。通过对比两组方程组的解,可以发现其一般遵循着这样一个规律:两组方程的解相等或近似相等时,定位测量结果的准确度高。  
4超声信号的波形质量  
探头测量的超声信号经过超声定位系统传输处理,后通过显示器显示的波形,应该符合一定的要求,即:  
(1)4个超声信号均与触发系统工作的电信号同步。  
(2)信噪比明显,即超声信号的幅值要远大于噪声信号的幅值。声信号一出现要达到限幅的高度,噪声信号均远低于限幅高度,不允许噪声信号有一点达到限幅的高度。  
(3)合理选择记录字的速度,在保证4个超声信号均显示出的条件下,使得超声信号出现在2/3幅宽的位置附近。  
(4)当测量系统的扫描速度一定时,超声信号在屏幕上出现的几何位置一致性要好。在测试过程中,可能存在变压器内偶尔发生的气泡放电信号较快地到达某一探头,导致某一超声信号的几何位置发生超常变化,对此种情况必须进行分析予以排除。  
5测量结果分析  
5.1测量波形及数据处理  
本超声定位系统进行某次测量的波形图如图2所示,图中显示的坐标数据为当次测量的计算结果。图2中,从左边0位置起到超声信号限幅位置的距离,反映了触发系统工作的电信号与超声信号到达测量系统的时间差,决定了试品内局部放电源到测量探头的距离,其中,忽略了电信号到测量系统的传播时间。根据波形图中显示的各个探头测量的波形位置所决定的字长,如图2中*探头测量的波形位置决定的字长为5816,则得出*探头安装位置距局部放电源的距离为:  
s1=5816×0.2×1.4=1628.5mm  
式中,0.2为每字的记录时间,单位为μs;1.4为超声波在变压器油中的传播速度,单位为mm/μs。  
图2超声定位测量波形图  
为了提高超声定位测量系统的准确性,对一台试品的超声定位测量,连续测量500次,并采用本系统专门设计的处理程序,舍去500次中测量无效的次数,进行算术平均,得出终测量结果。  
5.2测量误差  
造成本系统测量误差的主要因素有三个方面:  
(1)超声波在变压器油中的传播速度1.4mm/μs是经验数据,认为超声信号穿过绕组、绝缘、变压器油的传播速度近似相同。  
(2)4个定位探头的安装位置是否成矩形,所成矩形的边长测量值是否准确,对计算局部放电源位置的坐标数据有直接影响。  
(3)在500次测量过程中,偶尔会出现干扰,使得超声信号波形出现的时间提前。一般说,考虑到上述因素的影响,测定局部放电源位置的坐标精度为±50mm以内。  
5.3测量结果分析  
从实际问题考虑,如能将变压器内局部放电源的位置坐标误差确定为±50mm以内,查找局部放电源是比较容易解决的。另一方面,为了更准确地确定局部放电源的位置,在500次测量过程中,通过仔细观察每次的测量数据与波形,找出数据出现几率较大的数据群与后的测量结果比较,对确定局部放电源的坐标误差方向具有实际意义。  

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