Page 109 - 电力与能源2022年第一期
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胡海敏, 等: 超声波法在 GIS设备带电检测中的应用 1 3
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有很强的方向性, 能量集中, 因此在检测过程中易 位来表征超声波信号强度。 GIS 超声波定位通常
于得到定向而集中的波束, 从而方便进行定位。 使用传播时间测量方法, 即使用两个传感器, 在示
在实际应用中, GIS 等设备常采用幅值定位法, 它 波器上观察来自传感器信号的到达时间。如果信
是基于超声波信号的衰减特性实现的; 变压器常 号源位于传感器对之外, 则信号来自它首先到达
采用空间定位法, 利用信号到达不同传感器的时 的一侧。如果信号源位于传感器对之间, 则到达
差计算得到放电源的位置, 目前已有比较成熟的 时间的差值小于传感器对之间的传播时间。也可
定位系统。 以通过寻找最高幅值, 即只使用一个传感器, 可以
( 3 ) 适应范围广泛 [ 10 ] 。超声波法 PD 检测可 简单地寻找信号幅值的变 化; 当传感器靠近 PD
以广泛应用于变电站内各类一次设备。根据超声 源时, 信号通常会更强; 当移动至下一个气室时
波信号传播途径的不同, 超声波 PD 检测可分为 ( 例如越过绝缘子或法兰), 信号将显著下降。
接触式检测和非接触式检测 [ 11 ] 。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
面的超声波信号 [ 12-13 ] , 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 [ 14 ] 。
当然, 超声波 PD 检测技术也存在一定的不
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
图 1 GIS超声波法检测 PD 示意图
小等。与电测法相比, 超声波的传播速度较慢, 对
检测系统的速度与精度要求较低, 目其空间传播 1.1 PD 图谱显示
方向性强, 所以超声波检测 PD 的研究工作主要 超声波法 PD 检测图谱显示主要分为: ① 连
集中在定位方面。此外, 将超声波法与射频电磁 续幅值、 ② 相位( PRPD )、 ③ 飞行以及 ④ 实时模式
( PRPS ) 图 [ 15 ] 。连续幅值模式图谱通常包含 4 个
波法( 包括射频法和特高频法) 联合起来进行 PD
定位的声电联合法成为一个新的发展趋势, 在工 参数, 为有效值、 峰值、 频率成分 1 、 频率成分 2 。
程实际中得到了较为广泛的应用。 如图 2 ( a ) 所示: 有效值和峰值是指一个工频周期
此外, 超声波法在电力设备带电检测中也进 ( 20ms ) 内超声信号的有效值和最大峰值, 频率成
行了一段时间的推广和应用, 但在缺陷案例的累 分 1 和频率成分 2 是对超声信号进行傅里叶变换
计方面还有所欠缺。本文主要就超声波法在 GIS 后得到的对应于幅频特性曲线 上 50 Hz 和 100
设备带电检测中的应用和分析方法进行介绍, 并 Hz频率处的幅值。频率成分 1 和频率成分 2 主
结合一起母线接地刀闸异常振动案例对超声波法 要用于表征 PD 与工频周期的相关性, 由于 PD 通
在 GIS 设 备 异 常 振 动 检 测 中 的 有 效 性 进 行 了 常发生在工频周期峰值附近, 故 PD 信号与工频
验证。 周期具有一定的相关性, 这种相关性可用于判断
信号是否为 PD 信号以及 PD 类型。
1 GIS超声波法 PD 检测
相位( PRPD ) 模式图谱是将 N 个( N 一般为
超声波法 PD 检测的基础是 PD 源可视作产 1000 ) 超声信号对应的工频周期相位和超声信号
生声波的点声源。 GIS 设备内部常见缺陷( 如毛 的幅值绘制成散点图, 如图 2 ( b ) 所示。其主要用
刺、 悬浮电位和金属颗粒等) 作为 PD 源, 会激发 于统计超声信号的相位分布特征, 由于 PD 一般
超声波信号。这些声波通过 GIS 设备的内部结 发生在工频电压峰值( 90° 和 270° ) 附近, 故 PRPD
构传播并到达 GIS 外表面。不同类型的波具有 谱图可以区别超声信号是否由于 PD 造成的。并
不同的传播速度, 并且边界处的反射和折射将导 可用于区分 PD 类型。虽然 PRPD 谱图与连续幅
致衰减、 吸收和散射。通常借助于压电传感器( 常 值谱图中的 50Hz分量、 100Hz分量都可用于表
用的方法见图 1 所示)、 结构声学共振传感器、 加 征 PD 信号与工频周期的相关性, 但 PRPD 谱图
速度传感器、 电容式传声器或声光传感器来检测 包含的信息更丰富。
声波并将其转换成电信号。通常用 dB 、 mV 等单 飞行模式图谱通常包含 2 个参数, 分别为相
