Page 49 - 电力与能源2021年第一期
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罗楚军, 等: 基于超声波法的长距离超高压 GIL 电弧故障定位 4
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A 铝合金圆桶的外表面, C 点位于远离声源的左上
20l g =100 ( 1 )
B 方。 B 点位于密闭铝合金圆桶内表面。 D 点位于
即 A , B 两点处的声压相差 5 个数量级。由
靠近声源与导电杆的位置。
于超声波以纵波的形式在 SF 6 中传播, 波头到达
内管壁后引起整个罐体的应力变化, 即第一次声 -
固耦合, 管壁应力如图 9 所示, 声波由单纯的纵波
变成纵波和横波的组合形式。罐体的震动引起外
管壁处空气的震动发声( 第二次声 - 固耦合), 最终
被传感器接收, 宏观上表现为超声波由管内传播
到管外, 其传播经过了多次能量转换, 能量衰减
剧烈。
图 10 信号源及场点分布
场点 的 声 压 分 布 如 图 11 所 示。通 过 图 11
( a )、 图 11 ( b ) 的对比可以看出, 铝合金外壳内表
面的声强比铝合金外壳外表面的大, 在 GIL 外壳
中测量放电需要更高灵敏度的传感器,或者需要
将外壳表面的信号放大, 才能获得与内部测量的
声强在同一数量级。由图 11 ( a )、 图 11 ( c ) 对比可
以看出, 声波在固体铝合金外壳中传播发生衰减。
通过超声波传感器的信号大小, 可以沿 GIL 桶壁
图 7 GIL 管道剖面图
定性确认传感器距离放电声源的远近。由图 11
( b )、 图 11 ( d ) 对比可以看出, 放电发出的声波在
SF 6 气体中随着传播距离的增加, 信号能量有一
定衰减。
3 谭鑫培 GIL 电弧故障定位策略
3.1 传感器配置方案
超声传 感 器 的 作 用 是 接 收 声 信 号, 将 之 转
换成电信 号, 将 一 种 形 式 的 能 量 转 换 成 另 一 种
形式的 能 量, 因 此 又 称 为 声 电 换 能 器。 从 GIL
图 8 GIL 内外管壁声压分布 电弧故障 超 声 信 号 频 域 特 性 分 析 中 可 知, 弧 光
放电超声 信 号 频 带 很 宽, 从 几 十 赫 兹 到 几 兆 赫
兹, 但超声信号能量大部分集中在 40~60kHz ,
100~150kHz , 230~250kHz 以 及 500~530
kHz这几 个 频 带 区 间。 综 合 传 播 速 度、 传 输 损
耗、 回声、 抗干扰等因素, 再结合工程经验, 选用
谐振型传感 器, 频 带 为 20~200kHz , 中 心 频 率
为 40~150kHz 。
GIL 在工作过程中可能会发热, 同时 GIL 管
图 9 管壁的应力 廊属于地下空间, 湿气能够通过各种方式渗透到
为了详细研究 GIL 圆桶结构内外的声场分 管廊内, 空气流通也会带来湿气。超声传感器布
布特性, 在分析模型中放置探针计算该点的声压, 置于 GIL 管壁, 这对超声传感器的工作温度和防
在频率范围内, 计算不同测量位置的声压分布。 护等级都提出了更高要求, 参考电力系统在线监
场点设置位置如图 10 所示。其中, A , C 点位于 测标准和管廊相关标准, 确定超声传感器工作温
