超声波内外置传感器的研究.docVIP

变压器局部放电超声波 检测中内外置传感器检测方式的研究 超声波是电力变压器局部放电检测的重要方法，以往都是将传感器置于变压器外进行检测。为了克服灵敏度低的缺点，本文提出了将超声波传感器置于变压器内部油中检测的新方法，在实验室建立了针板，沿面，内部和悬浮4种典型局部放电模型，采用可同时在油内外检测的超声波检测系统测量模拟变压器内额局部放电。通过实验验证了油内超声波检测的可行性，并从时域波形，信号幅值和频谱三个方面对比了油内外进行超声检测的差异，说明了油内超声检测的信号幅值是油外的1.5-3.8倍。 声学中的基本概念 波的种类 根据介质质点的振动方向和波动传播方向的关系可以分为纵波，横波，表面波等。弹性介质当受到交替变化的拉应力和压应力作用时，就相应的产生交替变化的伸长和压缩变形，质点产生疏密相间的纵向振动，振动又作用于相邻质点而在介质中传播。此时介质质点的振动方向和波动的传播方向相同，这种波称为纵波，用符号“L”表示。任何弹性介质在体积变化时都能产生弹性力，所以纵波可以在任何弹性介质（固体，液体，气体）中传播。 固体介质除具有体积弹性外，还具有剪切弹性。固体介质当受到交变的剪切力作用时，将会相应的发生交变的剪切变形，介质质点产生具有波峰和波谷的横向振动，振动又作用于相邻的质点而在介质中传播。此时介质质点的振动方向和波动的传播方向垂直，这种波称为横波。用符号“T”表示。液体和气体中由于没有剪切弹性，所以横波只能在固体中传播。 固体介质表面受到交替变化的表面张力，使介质表面的质点发生相应的纵向振动和横向振动。结果使质点做这两种振动的合成振动，即绕其平衡位置做椭圆振动，椭圆振动又作用于相邻的质点而在介质表面传播，这种波称为表面波。用符号“R”表示。一般认为当表面波传播的深度大于两个波长时，质点振动的振幅已经很小，波的传播截止了。 声压 声场中某一点在某一瞬间所具有的压强与没有超声波存在时同一点的静态压强之差称为声压，用符号“P”表示，单位为Pa。超声波在介质中传播时，介质每一点的声压随时间，距离而变化。由式2-1可知，声压的绝对值与波速成正比，也与角频率成正比。故超声波与可闻声波相比，其声压很大。 P=-AWPCsin(t-x/c)=pcv 声阻抗 声阻抗Z；从P=pcv可知，在声压P相同的情况下，pc越大，质点振动速度v越小，反之，pc越小，质点振动速度v越大。所以把pc称为介质的声阻抗，它表示超声场中介质对质点振动的阻碍作用。 Z=P/V=PC1 声阻抗在数值上等于介质的密度与超声波在介质中声速的乘积。由此可知，密度变化对声阻抗也有一定的影响。 变压器局部放电超声超声波的原理 电力变压器局部放电，是指变压器内绝缘存在气泡，杂质等，当外施交变高压时，缺陷出将发生局部的，重复的击穿。该现象通常是在高电场强度下，在绝缘体内电气强度较低的部位发生，表现为绝缘体内气体掺入物的击穿，小范围内气体或液体介质的局部击穿或固体介质的沿面放电等。产生局部放电的条件取决于绝缘装置中的电场分布和绝缘的电气物理性能。 局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但是可以导致电介质（特别是有机电介质）的局部损坏。其能量和空间虽微小，但日积月累，则在一定条件下可能造成绝缘装置的电气强度的降低，导致绝缘最总损坏，酿成供电事故。因此局部放电对绝缘设备的破坏是一个缓慢的发展过程，对于高压电气设备来说是一种隐患。局部放电的特性一般可与绝缘的缺陷很好的相互印证。即根据局部放电特征可以确定电气设备绝缘水平。运行中的电力变压器内部发生局部放电时，其局部放电量的大小在一定程度上反映了绝缘缺陷的状况，放电功率的强弱反映了绝缘老化过程能力变化的强弱，而放电次数与放电间隔则反映了绝缘变化的速度和程度。当局部放电发展到严重阶段时，便使固体绝缘材料和油迅速分解，导致整个绝缘被击穿。因此检测局部放电的各种特性就能够知道设备的绝缘状况。 绝缘介质局部放电有2种类型；一种是气泡内放电；另一种是介质在高场强作用下游离击穿。一些浇注，挤压的绝缘介质容易夹杂着气隙或气泡，空气的介电系数较固体介质较小，而场强与介电常数成反比。因此，介质中的气隙或气泡是第一种局部放电的发源地；当局部电场更高时，在绝缘薄弱环节处将引起介质的游离击穿。以上两种局部放电，在多数情况下往往同时发生或互相渗透。第一类放电的特征是均匀、密集，如金属板电极间的油纸放电，第二类放电的特征是间断，大脉冲，如针对板放电。 在电力变压器内发生局部放电时，不但会产生高频脉冲电流信号，同时还会伴随着爆裂状的声发射，产生超声波信号。一般认为，局部放电产生超声波是由于局部体积变化引起的，也就是说当局部放电发生时，变压器有绝缘被击穿，电荷运动形成电流，产生热量，导致变压器油受热膨胀，局部体积在很短的时间增大；局部放电结束后，电流消失，变压器油