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，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

當放電量較大時，聲壓幅度正比與放電量，可認為是線性規(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注意綜合分析。在判斷設(shè)備是否有無故障極其嚴重程度時，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)應借鑒新方法和技術(shù)，將有很大幫助。