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GIS局部放電測(cè)量方法之超聲波測(cè)量法

發(fā)布時(shí)間：2021-08-20 02:06:11人氣：

如緒論中所提到的，在GIS中只要存在局部放電，就會(huì)產(chǎn)生超聲波，且很快向周邊介質(zhì)傳播。超聲波在一個(gè)大氣壓SF6氣體中的傳播速度為156m/s，其頻譜可從幾十Hz到幾十MHz。從GIS內(nèi)部的聲源和到外部傳感器的路徑見(jiàn)圖所示。粒子發(fā)出的聲信號(hào)直接通過(guò)金屬外殼傳達(dá)到傳感器，而局放產(chǎn)生的聲信號(hào)先通過(guò)SF6氣體后再通過(guò)金屬外殼傳達(dá)到傳感器，這兩個(gè)信號(hào)的幅值和形狀是不一樣的。

GIS超聲波傳播路徑

由于超聲信號(hào)在GIS內(nèi)部傳播過(guò)程中高頻分量衰減很快，到達(dá)外殼的主要是低頻分量的超聲波信號(hào)，而通常GIS超聲波測(cè)量多是以傳感器固定在GIS外殼上實(shí)現(xiàn)的，因此在利用超聲波方法檢測(cè)GIS局部放電時(shí)，低頻超聲傳感器的靈敏度遠(yuǎn)高于高頻超聲傳感器。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)測(cè)量頻率范圍在20kHz-100kHz之間時(shí)，系統(tǒng)可以很好地濾除干擾獲得較好的信噪比。下圖所示的是GIS超聲波局放測(cè)量系統(tǒng)電路。

GIS超聲波局放測(cè)量系統(tǒng)電路

用于超聲波測(cè)量的主要是加速度傳感器和聲發(fā)射傳感器。加速度傳感器使用彈簧系統(tǒng)，振動(dòng)對(duì)壓電膜產(chǎn)生壓力波，這一壓力正比于機(jī)械振動(dòng)幅值。加速度傳感器敏感頻率一般為10kHz到25kHz。聲發(fā)射傳感器為超聲傳感系統(tǒng)，應(yīng)用非阻尼壓電方式，具有較寬的響應(yīng)頻率，非線(xiàn)性頻率響應(yīng)具有低頻隔斷，因噪聲在低頻段較高，固而超聲傳感器具有噪聲分辨能力。聲發(fā)射傳感器在GIS中的應(yīng)用范圍一般為10kHz到60kHz。近年來(lái)學(xué)者提出用光纖傳感器的高靈敏度和高可靠性來(lái)檢測(cè)GIS中的超聲壓力波。在偵測(cè)到局放的同時(shí)還可以對(duì)其進(jìn)行定位，檢測(cè)靈敏度據(jù)稱(chēng)可達(dá)20pC。

超聲傳感器的測(cè)量信號(hào)與波源的能量平方根成正比，所得聲源頻譜和傳播路徑函數(shù)是常數(shù)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)源可對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。不同聲波的判別與聲的傳播路徑及傳感器和放大器都有關(guān)系。傳感器通過(guò)特殊設(shè)計(jì)可以收集到mV級(jí)的信號(hào)，因此可以檢測(cè)到由自由粒子產(chǎn)生的10pC的放電信號(hào)。

超聲波的頻域與GIS的具體結(jié)構(gòu)和局放故障類(lèi)型有很大關(guān)系，而頻域的確定，決定了傳感器使用和選擇，故而研究超聲波在SF6氣體和金屬中傳播時(shí)的頻域特性是非常必要的。此外，對(duì)其波形、強(qiáng)度及傳播方式的研究在絕緣故障監(jiān)測(cè)和診斷方面也非常重要。

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