變壓器局部放電超聲波傳感器頻率范圍確定

為了排除干擾，提高檢測靈敏度，要求對變壓器絕緣局部放電的超聲信號頻譜和干擾信號的頻譜有較清楚的了解，以找出合適的檢測頻帶，zui大限度的提高檢測系統的效率。

由于絕緣介質(zhì)的微觀(guān)隨機性，并且實(shí)際上每次局部放電擊穿破壞了造成該局放產(chǎn)生的條件，不平衡是的。電場(chǎng)強度的梯度分布愈陡峭，這種隨機變化愈激烈。所以，即使同一的放電機構，同一的外施電壓，伴隨每次局部放電的超聲波的能量分布是不同的，超聲波信號的頻譜也不同，主要表現為頻譜峰值頻率的變化，但整個(gè)局部放電超聲波信號的頻率分布范圍卻變化不大。大量的頻譜研究結果表明局部放電時(shí)產(chǎn)生的超聲波的能量集中在50kHz至300kHz頻段，其峰值頻率主要在70一150kHz之間。

發(fā)電廠(chǎng)或變電站的現場(chǎng)干擾也是決定傳感器頻率范圍的重要因素。因為超聲波傳感器測量的并非電氣信號，可以暫時(shí)不考慮電磁干擾的問(wèn)題。一般說(shuō)來(lái)，現場(chǎng)的主要聲信號干擾有變壓器冷卻裝置噪聲和變壓器鐵心產(chǎn)生的磁噪聲。

冷卻裝置的噪聲是由于冷卻風(fēng)扇和變壓器油泵的振動(dòng)而產(chǎn)生的，其根源在于:冷卻風(fēng)扇和變壓器油泵在運行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，其中變壓器油泵產(chǎn)生的噪聲較小，可以忽略;變壓器本體的振動(dòng)有時(shí)也可能通過(guò)絕緣油、管接頭及其裝配零件等，傳遞給冷卻裝置，使冷卻裝置的振動(dòng)加劇，輻射的噪聲加大。此類(lèi)噪聲的頻率相對較低，一般認為在600一1OOOHz。

電力變壓器的鐵心在運行時(shí)會(huì )發(fā)生磁噪聲，在超聲波檢測中是穩定、嚴重的干擾信號。變壓器的鐵心由鐵磁材料組成，內部存在大量磁疇。在磁化時(shí)，磁疇的磁矩將趨于外磁場(chǎng)方向。鐵磁材料的不可逆磁化階段中，磁化是不連續的，隨著(zhù)磁場(chǎng)強度的增加，磁感應強度有幾次躍變，然后穩定下來(lái)，這主要是由于疇壁位移磁化中的跳躍引起的，稱(chēng)為巴克豪森跳躍。和巴克豪森跳躍在一起的磁疇的迅速轉動(dòng)引起的聲發(fā)射，稱(chēng)為巴克豪森噪聲( BN)。這一現象的特點(diǎn)是在材料磁化曲線(xiàn)的轉折點(diǎn)附近有明顯的聲發(fā)射脈沖信號。鐵磁材料在磁化過(guò)程中的另一個(gè)現象是磁致伸縮，即鐵磁材料在外磁場(chǎng)方向伸長(cháng)，而在垂直磁場(chǎng)的方向縮短(有些鐵磁材料的情況剛好相反)。因此，鐵磁材料內部應力是各向異性的。由于這種內應力，磁疇在磁化過(guò)程中轉動(dòng)呈階梯式變化，在鐵磁材料內部激起應力彈性波，這種應力彈性波被稱(chēng)為磁聲發(fā)射（MAE）。實(shí)際變壓器鐵心內的磁噪聲是巴克豪森噪聲和磁聲發(fā)射共同作用的結果。有研究表明，巴克豪森噪聲和磁聲發(fā)射的頻譜集中在10—65kHz。值得注意的是，隨著(zhù)變壓器勵磁時(shí)間的增長(cháng)，巴克豪森噪聲脈沖變得不明顯了，而主要是磁聲發(fā)射。

綜合以上關(guān)于超聲信號頻譜特征和現場(chǎng)干擾噪聲的分析，本文中的超聲波傳感器的頻帶范圍選定為80一15OkHz，盡量覆蓋變壓器局放超聲信號的主要能量頻譜范圍，同時(shí)又盡可能避開(kāi)絕大部分的現場(chǎng)干擾噪聲。