局放超聲波信號的頻譜分析

變壓器的局放超聲信號的頻譜分布很廣，且各頻率的超聲信號所占的分量也各不相同;超聲波在線檢測中的噪聲主要有勵磁噪聲、散熱器風(fēng)扇和油循環(huán)油泵噪聲、磁滯噪聲等這些噪聲的強度超過局放超聲信號。因此，要有效的檢測局部放電超聲信號，就應(yīng)對局放超聲波信號進行頻譜分析以了解噪聲與超聲波信號的特征。

噪聲頻譜分析

根據(jù)某500kV開關(guān)站變壓器的噪聲頻譜分析結(jié)果，變壓器兩側(cè)面的最強噪聲頻率為1.5kHz，強度較次的噪聲頻率為4.68kHz散熱器側(cè)的噪聲強度高與非散熱器側(cè)，兩側(cè)面的噪聲頻率均低于15kHz范圍內(nèi)，屬于低頻可聽噪聲。變壓器鐵芯磁噪聲頻率分布在10--65 kHz范圍內(nèi)。

用截止頻率為70kHz的高通濾波器對這種低頻噪聲進行濾波，濾波后的噪聲強度已相當(dāng)弱。經(jīng)濾波后的聲頻率分布范圍很寬，且各種頻率噪聲的頻譜幅值基本相當(dāng)，類似于白噪聲頻譜。對其他電壓等級變壓器的噪聲頻譜分布于上述500kV變壓器大致相同，即分布在低于65kHz頻率范圍內(nèi)。

變壓器局部放電超聲波信號頻譜分析

由于局部放電以及其產(chǎn)生的超聲波信號都具有一定程度的隨機性，使得每次局部放電超聲波信號的頻譜都有所不同，主要表現(xiàn)為頻譜峰值頻率的變化;但整個局部放電超聲波信號的頻率分布范圍卻變化不大。局放產(chǎn)生的超聲波，從聲學(xué)角度上分析有兩類。其一是氣泡或氣隙放電，由于氣泡的尺度為幾個微米至幾百個微米，其擊穿時聲發(fā)射頻率可從幾kHz至幾百kHz。

另一類是介質(zhì)在高場強下游離擊穿，其聲發(fā)射的頻譜將更寬聲譜將更高。第二類放電特征是間斷、大脈沖，如針對板放電。通過模擬局放的針、板放電試驗，可以發(fā)現(xiàn)超聲波頻譜有一定的隨機統(tǒng)計規(guī)律。頻譜能量大都集中在50kHz--300 kHz頻段。

綜上所述，變壓器的噪聲頻率分布在低于65kHz的范圍內(nèi)，局放超聲信號的頻率分布于擾動噪聲頻率分布有明顯差別。實驗和理論分析表明，傳播媒質(zhì)對超聲吸收系數(shù)隨頻率的平方增長，即頻率越高，吸收系數(shù)越大，聲波在傳播途中的衰減越厲害。

因此系統(tǒng)必須利用低頻段的超聲信號，以保證系統(tǒng)具有較高的檢測靈敏度，但又要盡量避開變壓器鐵芯自身振動、噪聲等干擾(小于60 kHz)和其他電磁噪聲干擾。故超聲定位系統(tǒng)通帶取70 kHz-180 kHz頻段較為合理。

聲壓幅度與放電量的關(guān)系

當(dāng)放電量較大時，聲壓幅度正比與放電量，可認(rèn)為是線性規(guī)律。因此，根據(jù)檢測到的超聲信號幅值變化，可估計局放的大小和絕緣劣化進程。
電力變壓器內(nèi)絕緣結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，但經(jīng)由浸泡后的絕緣介質(zhì)與變壓器有的聲阻抗十分相近，它們構(gòu)成許多間隙聲信道。當(dāng)變壓器油中或較外圍的電力變壓器局部放電故障時，其聲信號總能較強的傳輸?shù)接拖渫鈿ゑ詈狭己玫膫鞲衅魃?。這使得絕大多數(shù)局放超聲信號能被檢測到，只有發(fā)生在繞組內(nèi)部的較小的局放(數(shù)百PC)，因繞組的衰減而難以檢測到。

變壓器、發(fā)電機等運行時出現(xiàn)內(nèi)部故障的原因往往不是單的，一般存在局部放電的同時還有熱點，還可用油色譜分析來進行檢測，而且故障是在不斷發(fā)展和轉(zhuǎn)化的，因此在判斷原因是應(yīng)注意綜合分析。在判斷設(shè)備是否有無故障極其嚴(yán)重程度時，要根據(jù)設(shè)備運行的歷史狀況和設(shè)備特點及外部環(huán)境等因素進行綜合判斷，如負(fù)荷、溫度、油中含水量、油的保護系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)，油中絕緣紙類別等，以及與取樣和測試的許多可變因素有關(guān)。對變壓器故障部位的準(zhǔn)確判斷，有賴于對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)的全面掌握，并結(jié)合歷年數(shù)據(jù)和其他試驗(如直流電阻、絕緣、變比、泄漏、空載)等進行比較，局部放電的判別技術(shù)應(yīng)借鑒新方法和技術(shù)，將有很大幫助。