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GIS局部放電測量方法之超聲波測量法

發(fā)布時間：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，就會產(chǎn)生超聲波，且很快向周邊介質(zhì)傳播。超聲波在一個大氣壓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圖所示。粒子發(fā)出的聲信號直接通過金屬外殼傳達到傳感器，而局放產(chǎn)生的聲信號先通過SF6氣體后再通過金屬外殼傳達到傳感器，這兩個信號的幅值和形狀是不一樣的。

GIS超聲波傳播路徑

由于超聲信號在GIS內(nèi)部傳播過程中高頻分量衰減很快，到達外殼的主要是低頻分量的超聲波信號，而通常GIS超聲波測量多是以傳感器固定在GIS外殼上實現(xiàn)的，因此在利用超聲波方法檢測GIS局部放電時，低頻超聲傳感器的靈敏度遠高于高頻超聲傳感器。研究發(fā)現(xiàn)，當測量頻率范圍在20kHz-100kHz之間時，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超聲波局放測量系統(tǒng)電路。

GIS超聲波局放測量系統(tǒng)電路

用于超聲波測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)，振動對壓電膜產(chǎn)生壓力波，這一壓力正比于機械振動幅值。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)，應用非阻尼壓電方式，具有較寬的響應頻率，非線性頻率響應具有低頻隔斷，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中的應用范圍一般為10kHz到60kHz。近年來學者提出用光纖傳感器的高靈敏度和高可靠性來檢測GIS中的超聲壓力波。在偵測到局放的同時還可以對其進行定位，檢測靈敏度據(jù)稱可達20pC。

超聲傳感器的測量信號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)。通過標準的信號源可對傳感器進行校準。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。傳感器通過特殊設(shè)計可以收集到mV級的信號，因此可以檢測到由自由粒子產(chǎn)生的10pC的放電信號。

超聲波的頻域與GIS的具體結(jié)構(gòu)和局放故障類型有很大關(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的頻域特性是非常必要的。此外，對其波形、強度及傳播方式的研究在絕緣故障監(jiān)測和診斷方面也非常重要。

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