超聲波局部放電帶電檢測(cè)方法的研究現(xiàn)狀與發(fā)展

杜 偉，陳 珉，于 淼，王鴻學(xué)，林 敏

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315000；3.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州 310009）

超聲波局部放電帶電檢測(cè)方法的研究現(xiàn)狀與發(fā)展

杜 偉1，陳 珉1，于 淼1，王鴻學(xué)2，林 敏3

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315000；3.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州 310009）

超聲波檢測(cè)法作為局部放電檢測(cè)的重要手段，近年來(lái)備受重視并得到快速發(fā)展。通過陳述超聲波帶電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程、技術(shù)特點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用情況；從超聲波產(chǎn)生機(jī)理、傳播特性、檢測(cè)原理及裝置入手闡述了超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)的基本原理；對(duì)超聲波帶電檢測(cè)的診斷技術(shù)、缺陷定位技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)干擾排除方法進(jìn)行了歸納；最后提出研究中有待解決的問題及未來(lái)發(fā)展方向。

超聲波；局部放電；帶電檢測(cè)

0 引言

PD（局部放電）一般是由于絕緣體內(nèi)部或表面局部區(qū)域電場(chǎng)集中引起絕緣擊穿導(dǎo)致的放電現(xiàn)象。局部放電表現(xiàn)為持續(xù)時(shí)間小于1μs的脈沖，是電氣設(shè)備絕緣劣化的初始現(xiàn)象[1]。通常表現(xiàn)為尖端放電、懸浮放電、空穴放電以及自由顆粒放電是局部放電4種形式。雜質(zhì)、氣泡是導(dǎo)致電力設(shè)備絕緣體內(nèi)部出現(xiàn)不均勻的高場(chǎng)強(qiáng)，引起設(shè)備內(nèi)部局部區(qū)域擊穿，出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象的主要原因。局部放電嚴(yán)重威脅到電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行，易引起電氣設(shè)備事故的發(fā)生，因此，如何快速、可靠、準(zhǔn)確地檢測(cè)電氣設(shè)備內(nèi)局部放電現(xiàn)象是近幾年研究的主要內(nèi)容。

隨著特高壓電網(wǎng)的大力建設(shè)，設(shè)備安全可靠運(yùn)行愈加受到重視。超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)作為最常用的局部放電檢測(cè)技術(shù)之一，其傳感技術(shù)、定位技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)是高校學(xué)者研究的主要內(nèi)容。針對(duì)超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)，結(jié)合近幾年研究成果，闡述超聲波檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程、檢測(cè)原理以及技術(shù)成果，探討現(xiàn)階段存在的主要問題，提出了今后的研究方向。

1 檢測(cè)技術(shù)發(fā)展概況

1.1 檢測(cè)技術(shù)發(fā)展歷程

二十世紀(jì)四十年代，超聲波檢測(cè)技術(shù)首次用于電力設(shè)備局部放電檢測(cè)中，但由于當(dāng)時(shí)電力電子技術(shù)不夠發(fā)達(dá)，傳感器換能原件效率低，導(dǎo)致檢測(cè)靈敏度無(wú)法達(dá)到相關(guān)要求。直到八十年代，電力電子技術(shù)與信號(hào)處理技術(shù)全面起飛，德國(guó)Vallen、美國(guó)物理聲學(xué)等公司相繼推出聲發(fā)射信號(hào)傳感器，提高了超聲波檢測(cè)的靈敏度與抗干擾能力，超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)逐漸廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備實(shí)際檢測(cè)中[2]。九十年代，關(guān)于超聲波局部放電檢測(cè)理論在電力設(shè)備應(yīng)用的研究取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，對(duì)超聲波信號(hào)在電力設(shè)備內(nèi)的傳播規(guī)律、機(jī)理有了初步的認(rèn)知[3-4]?；谝陨涎芯?，有學(xué)者指出，不同缺陷類型超聲波信號(hào)時(shí)域、頻域譜圖存在差異，通過超聲波檢測(cè)法可以檢測(cè)出內(nèi)部缺陷。

進(jìn)入二十一世紀(jì)后，關(guān)于超聲波局部放電信號(hào)的檢測(cè)已經(jīng)卓有成效。2000年，澳大利西門子研究機(jī)構(gòu)對(duì)典型超聲波局部放電信號(hào)的傳播及衰減進(jìn)行了比較研究。2005年，德國(guó)科學(xué)家Ekard Grossman與Kurt Feser通過二維傅里葉變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，優(yōu)化了超聲波局部放電在線監(jiān)測(cè)方法，將檢測(cè)靈敏度提高至10 pC。同年，韓國(guó)科學(xué)家發(fā)表了關(guān)于電力變壓器局部放電超聲波信號(hào)及噪聲分析的論文[5]。

隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)有學(xué)者開始研究利用光纖本身或者外部敏感元件將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化為光強(qiáng)信號(hào)的變化，通過光敏元件進(jìn)行局部放電的超聲-光檢測(cè)。目前為止，超聲-光檢測(cè)技術(shù)通常采用 Fabry-perot，Michelson和 Machzehnde等3種干涉原理[6-7]。

1.2 檢測(cè)手段

在保證設(shè)備外殼可靠接地的前提下，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)超聲波局部放電檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)過程不會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生任何影響。被檢設(shè)備與傳感器之間的連接分為有線、無(wú)線2種連接形式。有線連接使用的連接線具有良好的絕緣性能，能夠有效隔離被檢設(shè)備，確?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員人身安全。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中，可通過時(shí)差定位法、幅值強(qiáng)度定位法對(duì)設(shè)備局部放電源進(jìn)行精確定位。進(jìn)行定位時(shí)，主要是根據(jù)放電過程中產(chǎn)生的聲信號(hào)時(shí)間差以及聲信號(hào)傳播過程中衰減導(dǎo)致的信號(hào)強(qiáng)度變化達(dá)到定位的目的[8]。局放源定位可以準(zhǔn)確判斷放電源位置，縮短檢修時(shí)間。

超聲波局部放電檢測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)模式識(shí)別與定量分析。在利用超聲波對(duì)局部放電進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，如何通過超聲波信號(hào)進(jìn)行的模式識(shí)別與定量分析是重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，日本和德國(guó)早在上世紀(jì)八十年代就已經(jīng)進(jìn)行過相關(guān)的研究[9-10]，結(jié)果甚微。為了對(duì)其進(jìn)行深入研究，通過頻譜識(shí)別方法進(jìn)行定量分析和模式識(shí)別診斷，借助于非確定和非線性科學(xué)的不斷發(fā)展，獲得了較為可人的研究成果[11]。由于數(shù)學(xué)分析工具和傳感器的不斷發(fā)展和升級(jí)，使得針對(duì)局部放電進(jìn)行的模式識(shí)別與定量分析成為可能。

在電脈沖穿過檢測(cè)樣本時(shí)，能夠產(chǎn)生超聲波信號(hào)，該信號(hào)與樣本表面電荷分布有很大的關(guān)聯(lián)，與空間電荷亦存在一定的比例關(guān)系。如此，對(duì)超聲波中含有的信息進(jìn)行分析就可以得到樣本電荷的組成以及具體位置。所以，在測(cè)量絕緣材料的電荷分布時(shí)可以使用超聲波檢測(cè)法，這種方法所達(dá)到的效果是電脈沖所不能比擬的；不僅如此，考慮到局部放電通過輝光和亞輝光放電[12]產(chǎn)生超聲波信號(hào)的具體機(jī)理，超聲波局部放電檢測(cè)可以彌補(bǔ)電脈沖法的不足，同時(shí)能針對(duì)局部放電問題產(chǎn)生新的測(cè)量依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)[13]。

1.3 實(shí)際應(yīng)用情況

隨著超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)的逐漸成熟，其在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的推廣。在實(shí)際應(yīng)用中，超聲波局部放電檢測(cè)范圍涵蓋GIS、變壓器、電纜終端、開關(guān)柜等一次設(shè)備，既能高效完成上述設(shè)備的普測(cè)工作，又能配合特高頻法、高頻法等檢測(cè)方法，進(jìn)行缺陷診斷及定位。

自2000年超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)引入國(guó)內(nèi)后，國(guó)家電網(wǎng)公司廣泛使用該技術(shù)開展缺陷診斷與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，效果顯著。由于超聲波檢測(cè)法的實(shí)用性、高效性以及靈敏性，在實(shí)際應(yīng)用中得到越來(lái)越多運(yùn)行人員的肯定，對(duì)超聲波檢測(cè)法的依賴也越來(lái)越高。為了更及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)局部放電缺陷，國(guó)家電網(wǎng)公司為各省、市級(jí)電力公司大量配備GIS、變壓器及開關(guān)柜超聲波檢測(cè)裝置，僅2011年，裝置配置數(shù)量就上漲近20倍[5]。

2 檢測(cè)技術(shù)基本原理

2.1 超聲波產(chǎn)生機(jī)理

電力設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，設(shè)備內(nèi)部介質(zhì)應(yīng)力、電場(chǎng)應(yīng)力、粒子力處于動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)，不會(huì)引起振動(dòng)。當(dāng)設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)局部放電時(shí)，放電源附近電荷快速釋放、中和、遷移，其周圍介質(zhì)應(yīng)力、電場(chǎng)應(yīng)力、粒子力的平衡狀態(tài)被打破，產(chǎn)生陡峭的電流脈沖，電流脈沖導(dǎo)致放電源周圍區(qū)域瞬間受熱膨脹，局部放電結(jié)束之后，膨脹區(qū)域迅速恢復(fù)至原來(lái)的體積，這種規(guī)律的體積張縮變化使周圍介質(zhì)出現(xiàn)振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波。信號(hào)以放電源為球心，通過球面波的方式傳播至四周[14]。

在GIS設(shè)備中，局部放電不是產(chǎn)生超聲波信號(hào)的唯一原因。金屬顆粒碰撞GIS外殼，或者由于操作引起的機(jī)械振動(dòng)等均可以產(chǎn)生超聲波信號(hào)。圖1為SF6氣體中局部放電引起超聲波信號(hào)產(chǎn)生的原理。

圖1 超聲波信號(hào)產(chǎn)生原理

2.2 超聲波傳播特性

局部放電產(chǎn)生的聲波信號(hào)頻譜分布廣泛，約10～107Hz，具有一定的隨機(jī)性，但信號(hào)頻譜大多集中在20～200 kHz頻段。此外，由于電氣設(shè)備、傳播介質(zhì)、放電狀態(tài)以及環(huán)境條件的不同，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的超聲波信號(hào)頻率也會(huì)不同。

超聲波與聲波一樣，通過物體機(jī)械振動(dòng)的方式進(jìn)行傳播。超聲波分為縱波、橫波2種，縱波能存在與氣體、液體和固體介質(zhì)中，橫波僅能在固體介質(zhì)中傳播。電力設(shè)備中超聲波信號(hào)主要通過2條路徑傳播：一條由放電源通過氣體或液體介質(zhì)以縱波的形式傳播至設(shè)備外殼，即直達(dá)波；另一條先通過縱波傳至設(shè)備外殼，再以橫波的形式通過設(shè)備外殼進(jìn)行傳播，稱為復(fù)合波[15]。

超聲波信號(hào)的傳播速度在不同介質(zhì)、溫度下，存在明顯差別。頻率類型對(duì)超聲波傳播速度也有影響，在同種介質(zhì)中，頻率越高，超聲波傳播的速度越快。此外，相同介質(zhì)特定頻率下，橫波的傳播速度比縱波快約1倍。表1給出了特定頻率下，超聲波信號(hào)在幾種典型介質(zhì)中的傳播速度。

超聲波信號(hào)傳播過程中，由于波的擴(kuò)散、反射、熱傳導(dǎo)等原因，隨著傳播距離的增大，信號(hào)能量逐漸減小。在固體中，衰減主要是由于分子間相互撞擊散失的熱量所致，固體介質(zhì)中的衰減約正比于頻率f；在氣體和液體中，波的擴(kuò)散是衰減的主要原因，空氣中聲波的衰減正比于頻率的2次方和一次方的差，即f2-f，液體中衰減隨著頻率的平方f2增加[5]?？v波在幾種常見介質(zhì)的衰減情況如表2所示。

表1 超聲波信號(hào)的傳播速度[15]

表2 縱波在幾種常見介質(zhì)中傳播衰減情況[5]

由表2可知，聲波在不同介質(zhì)中的衰減情況差異很大。在50 kHz頻率下，超聲波在SF6氣體中的衰減很大，約為空氣中的20倍，且低頻分量遠(yuǎn)小于高頻分量的衰減，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的聲波低頻分量較為豐富。

2.3 超聲波檢測(cè)機(jī)理

局部放電形成的超聲波信號(hào)極為微弱，其能量一般為μJ級(jí)，檢測(cè)過程中必須通過前置放大器將信號(hào)進(jìn)行放大。由于聲信號(hào)不易放大，需要通過具有壓電效應(yīng)的傳感器進(jìn)行聲—電轉(zhuǎn)換。傳感器中的壓電元件材料通常采用鋯鈦酸鉛、鈦酸鉛、鈦酸鋇等多晶體或者鈦酸鋰、碘酸鋰等單晶體。其中，鋯鈦酸鉛靈敏度高，是最常用的壓電材料。在超聲波局部放電檢測(cè)使用的傳感器有單端式傳感器和差分式傳感器，超聲波壓電式傳感器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

對(duì)于不同設(shè)備，傳感器的諧振頻率不同，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中，GIS用的傳感器頻響寬度一般為20～80 kHz，諧振頻率選擇在45 kHz，變壓器用傳感器頻響寬度一般為80～200 kHz，諧振頻率為160 kHz。

圖2 超聲波壓電式傳感器結(jié)構(gòu)

近年來(lái)，隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，局部放電的超聲-光檢測(cè)成為熱門研究對(duì)象。有學(xué)者[12]研究出一種基于基于熔錐耦合原理的超聲-光傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 光纖熔錐耦合超聲波傳感器結(jié)構(gòu)[16]

由于以光纖材料具有良好的溫度穩(wěn)定性，傳輸光信號(hào)安全性高可用于高電壓、強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾等惡劣環(huán)境；同時(shí)光信號(hào)衰減小，便于長(zhǎng)距離傳輸，適合電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下得連續(xù)在線監(jiān)測(cè)。

2.4 超聲波檢測(cè)原理

在超聲波局部放電檢測(cè)時(shí)，在設(shè)備外殼或者腔體上安裝超聲波傳感器，傳感器將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，通過同軸電纜傳輸至檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)傳入的信號(hào)進(jìn)行AM調(diào)制，使用檢波器進(jìn)行處理后，由人機(jī)交換界面將最終的測(cè)量結(jié)果呈現(xiàn)出來(lái)。其流程和基本單元如圖4所示。

圖4 超聲波檢測(cè)原理單元

3 超聲波局部放電檢測(cè)方法

3.1 檢測(cè)技術(shù)

超聲波局部放電檢測(cè)常用模式有連續(xù)檢測(cè)模式、相位檢測(cè)模式、脈沖檢測(cè)模式、特征指數(shù)檢測(cè)模式等。局部放電為復(fù)雜的物理現(xiàn)象，在診斷中應(yīng)結(jié)合上述檢測(cè)模式譜圖進(jìn)行全面分析，盡量減少誤判。

表3給出了幾種常見缺陷類型的判斷標(biāo)準(zhǔn)。由于超聲波局部放電檢測(cè)對(duì)絕緣類缺陷靈敏度較低，因此在表格里不做體現(xiàn)。

表3 超聲波局部放電缺陷類型判定標(biāo)準(zhǔn)

此外，超聲波局部放電檢測(cè)遵循圖5所示的基本流程。

圖5 超聲波局部放電檢測(cè)流程

3.2 缺陷定位技術(shù)

超聲波信號(hào)定位技術(shù)是一種行之有效的定位方法，目前已經(jīng)積累了大量的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。傳統(tǒng)的超聲波定位技術(shù)分為5種，即：頻率定位技術(shù)、幅值定位技術(shù)、時(shí)間定位技術(shù)、相位定位技術(shù)和超聲相控陣列技術(shù)。

頻率定位技術(shù)常常用于GIS設(shè)備。利用SF6氣體對(duì)超聲波信號(hào)高頻信號(hào)的吸收作用，通過分析超聲波信號(hào)高頻部分（50～100 kHz）的比例來(lái)判斷缺陷位于中心導(dǎo)體還是外殼。通常，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中將超聲波儀器的檢測(cè)上限頻率從100 kHz減小到50 kHz，若超聲波信號(hào)幅值無(wú)明顯降低，證明超聲波信號(hào)中的高頻信號(hào)不受SF6氣體吸收作用的影響，判斷局部放電源應(yīng)位于GIS殼體上，反之，證明局部放電源應(yīng)位于GIS中心導(dǎo)體上。頻率定位技術(shù)不能對(duì)局放源進(jìn)行精確定位。

幅值定位技術(shù)是利用超聲波信號(hào)在傳播過程中的衰減特性，對(duì)局部放電源進(jìn)精確定位的一種常用方法。通常，超聲波信號(hào)幅值最大處對(duì)應(yīng)的便是局部放電源位置。對(duì)GIS設(shè)備而言，若信號(hào)幅值最高水品集中于一個(gè)極小區(qū)域，則可初步判斷局放源位于殼體；若信號(hào)幅值最高水平在一個(gè)大范圍內(nèi)集中出現(xiàn)，則證明局放源位于中心導(dǎo)體。

時(shí)間定位技術(shù)是根據(jù)超聲波信號(hào)的時(shí)間差求取放電源位置的一種診斷手段。定位時(shí)通過測(cè)量局部放電產(chǎn)生的超聲信號(hào)傳播至多個(gè)不同位置的超聲傳感器的時(shí)間差，根據(jù)時(shí)間差和超聲波信號(hào)的傳播速度，利用空間解析幾何法計(jì)算局部放電源的位置，實(shí)現(xiàn)絕緣缺陷精確定位。由于超聲波在電力設(shè)備常用材料介質(zhì)中衰減較大，所能測(cè)量得有效范圍較小[15]。

在GIS現(xiàn)場(chǎng)超聲波定位中，通常根據(jù)運(yùn)行GIS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可采用UHF（特高頻）法與超聲波法相互配合的聲電聯(lián)合法進(jìn)行定位。由于聲電聯(lián)合法同時(shí)檢測(cè)局部放電的超聲波信號(hào)與電磁波信號(hào)，可以更加有效地排除現(xiàn)場(chǎng)干擾，有利于提高現(xiàn)場(chǎng)定位的準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷。

對(duì)于GIS設(shè)備，由于超聲波信號(hào)傳播過程中，幾乎無(wú)法通過盆式絕緣子從一個(gè)氣室傳至相鄰的氣室。在同一氣室內(nèi)，GIS局部放電發(fā)出的超聲波信號(hào)一般通過直達(dá)波和復(fù)合波傳播至傳感器。由于復(fù)合波通過筒壁傳播速度快且衰減大，往往先到達(dá)傳感器，但其幅值比直達(dá)波小很多，信號(hào)譜圖不明顯。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，超聲波時(shí)間差定位中常常以直達(dá)波為準(zhǔn)。

相位定位技術(shù)是對(duì)時(shí)間定位技術(shù)的一種補(bǔ)充。相比于時(shí)間定位技術(shù)，相位定位技術(shù)可以不通過示波器對(duì)局放源進(jìn)行初步定位。主要通過不同檢測(cè)點(diǎn)的相角差，通過公式（1）進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算局放源的位置。

式中：Δδ為相角差；Δx為距離差；v為超聲波在不同介質(zhì)中傳播速度。

超聲相控陣列技術(shù)在近幾年獲得了快速發(fā)展，定位精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多個(gè)局部放電源的分別定位?？蓱?yīng)用于變壓器超聲波定位中。圖6給出了超聲相控陣列技術(shù)的定位原理。

圖6 超聲相控陣列定位原理[17]

如圖6所示，相控陣列定位技術(shù)采用N×N個(gè)陣列傳感器組成平面相控矩陣。N×N個(gè)陣元對(duì)局部放電源的接收信號(hào)空間相位差可以表示成矩陣形式。在進(jìn)行局放源定位時(shí)，以特高頻信號(hào)為基準(zhǔn)，計(jì)算同一方向超聲波信號(hào)的傳播時(shí)延，通過波速計(jì)算出局放源與傳感器間的距離，最后根據(jù)相控矩陣計(jì)算出局放源的空間幾何位置。有學(xué)者[17]認(rèn)為該定位技術(shù)可達(dá)到1 cm的定位精度。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)干擾排除方法

一般的，超聲波局部放電檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)干擾排除應(yīng)遵循圖7所示的基本流程。

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行超聲波局部放電檢測(cè)時(shí)，通常受到EMI（電磁干擾）信號(hào)、環(huán)境噪聲、設(shè)備自身超聲波信號(hào)的干擾，嚴(yán)重影響對(duì)現(xiàn)場(chǎng)超聲波檢測(cè)準(zhǔn)確度，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

超聲波檢測(cè)儀具有抗電磁干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，但并不意味著不受EMI信號(hào)的影響，尤其在使用外置放大器的檢測(cè)儀器，在高處進(jìn)行測(cè)量時(shí)，EMI信號(hào)可通過前置放大器的接口端子耦合進(jìn)入儀器，通過傳導(dǎo)耦合的方式傳至檢測(cè)儀器敏感器，對(duì)儀器的測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生影響?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，常常使用鋁箔包裹外置放大器接口端子，屏蔽EMI信號(hào)。

圖7 超聲波局部放電檢測(cè)干擾排除流程

變電站內(nèi)母線等裸露金屬處的電暈放電亦會(huì)產(chǎn)生聲信號(hào)，在電暈放電強(qiáng)烈時(shí)，容易對(duì)現(xiàn)場(chǎng)超聲波檢測(cè)造成干擾。由于這些聲信號(hào)與電氣設(shè)備內(nèi)部局部放電超聲波信號(hào)特征譜圖一致，難以分別?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中，可借助紫外儀檢測(cè)附近裸露設(shè)備放電強(qiáng)度，初步判斷干擾源位置。同時(shí)，通過與空氣背景、附近構(gòu)架處超聲波信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，結(jié)合超聲波信號(hào)時(shí)間定位技術(shù)、相位定位技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)。

設(shè)備正常工作狀況下，電壓互感器和電流互感器的內(nèi)置繞組和鐵芯會(huì)產(chǎn)生周期性的交變電磁場(chǎng)，引起磁致伸縮現(xiàn)象[18]。由于磁致伸縮的作用，磁性物質(zhì)尺寸在各方面發(fā)生變化，產(chǎn)生特有的超聲波信號(hào)，該信號(hào)一般具有強(qiáng)的單倍頻和多倍頻信號(hào)規(guī)律，波形具有定性對(duì)稱性。故在現(xiàn)場(chǎng)超聲波局部放電檢測(cè)中，若電壓互感器氣室和電流互感器氣室的超聲波異常信號(hào)，應(yīng)通過縱向、橫向比較的方式，對(duì)照歷史數(shù)據(jù)，綜合分析。

4 結(jié)語(yǔ)

電力設(shè)備超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展已經(jīng)成為局部放電檢測(cè)的主要方法之一，形成了一套成熟的檢測(cè)流程與檢測(cè)方法。在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)了諸多局部放電缺陷，避免了電力設(shè)備事故發(fā)生，積累了大量現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。超聲波光纖技術(shù)的快速的發(fā)展，大大提高了超聲波檢測(cè)的靈敏度與抗干擾能力，具有較大的發(fā)展空間。超聲相控陣列定位技術(shù)逐漸應(yīng)用于電力領(lǐng)域，進(jìn)一步提高了對(duì)電力設(shè)備局放源的定位精度。但由于其傳感器本身的復(fù)雜性，限制了該項(xiàng)定位技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，如何在不影響電力設(shè)備運(yùn)行的情況下，快速便捷的布置傳感器仍是目前急需解決的問題。

盡管近幾年各高校及相關(guān)學(xué)者對(duì)超聲波局部放電檢測(cè)進(jìn)行了大量研究，取得了很多成績(jī)，但仍有許多值得更加深入探索的內(nèi)容：

（1）超聲波局部放電檢測(cè)儀器的參數(shù)界定、傳感器靈敏度校驗(yàn)、局部放電源定位方法均沒有定論，目前暫未形成正式嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)文件。針對(duì)上述問題應(yīng)進(jìn)行更加深入細(xì)致的研究，以期形成一份完善的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）對(duì)重要的電力設(shè)備進(jìn)行持續(xù)的在線監(jiān)測(cè)是保證其安可全靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。目前，國(guó)內(nèi)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)較多的是對(duì)特高頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，超聲波信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)極少。如何利用超聲波檢測(cè)法，提高在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性、靈敏性、準(zhǔn)確性，做到局部放電監(jiān)測(cè)不漏判、不誤判應(yīng)該是今后研究的主要方向。

（3）交流電壓作用下超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)研究了很多年，理論體系與分析方法較為成熟。但隨著特高壓直流輸電工程的發(fā)展，直流電壓或者復(fù)合電壓作用下局部放電機(jī)理，超聲波檢測(cè)、數(shù)據(jù)分析方法的研究還非常少，需引起足夠的重視。

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2017-07-19

杜 偉（1988），男，工程師，主要從事帶電檢測(cè)及變壓器大數(shù)據(jù)的相關(guān)研究工作。

（本文編輯：徐 晗）

Research Status and Development of Ultrasonic Partial Discharge Live Detection Method

DU Wei1， CHEN Min1， YU Miao1， WANG Hongxue2， LIN Min3
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute， Hangzhou 310014， China；2.State Gird Ningbo Power Supply Company， Ningbo Zhejiang 315000， China；3.State Grid Hangzhou Power Supply Company， Hangzhou 310009， China）

As an important means for partial discharge detection，ultrasonic detection in recent years has drawn attention and develops rapidly.In this paper， the development history，technical characteristics and practical application of ultrasonic live detection are presented；the basic principle of ultrasonic partial discharge detection is discussed from four aspects including generation mechanism,propagation characteristics，detection principle and devices；the diagnosis technology，defect location technology and the field interference elimination method of ultrasonic live detection are also concluded.Finally，unsolved problems and the future development direction are proposed.

ultrasonic；partial discharge；live detection

10.19585/j.zjdl.201710009

1007-1881（2017）10-0043-07

TM835.4

A