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)油泵聲、磁噪聲等。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

根據某500kV開關站變壓器的噪聲頻譜分析結果，變壓器兩側面的最強噪聲頻率為1.5kHz，強度較次的噪聲頻率為4.68kHz;散熱器側的噪聲強度高與非散熱器側，兩側面的噪聲頻率均低于15kHz范圍內，屬于低頻可聽噪聲變壓器鐵芯磁噪聲頻率分布在10--65kHz范圍內。用截止頻率為70 kHz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。

經濾波后的噪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。

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)現超聲波頻譜有一定的隨機統計規(guī)律。頻譜能量大都集中在50 kHz--300 kHz頻段。

綜上所述，變壓器的噪聲頻率分布在低于65 kHz的范圍內，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，傳播媒質對超聲吸收系數隨頻率的平方增長，即頻率越高，吸收系數越大，聲波在傳播途中的衰減越厲害。因此系統必須利用低頻段的超聲信號以保證系統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60kHz)和其他電磁噪聲干擾。故超聲定位系統通帶取70kHz-180kHz頻段較為合理。

聲壓幅度與放電量的關系

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。電力變壓器內絕緣結構十分復雜，但經由浸泡后的絕緣介質與變壓器有的聲阻抗十分相近，它們構成許多間隙聲信道。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到油箱外殼耦合良好的傳感器上。這使得絕大多數局放超聲信號能被檢測到，只有發(fā)生在繞組內部的較小的局放(數百PC)，因繞組的衰減而難以檢測到。

變壓器、發(fā)電機等運行時出現內部故障的原因往往不是單一的，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)展和轉化的，因此在判斷原因是應注意綜合分析。在判斷設備是否有無故障極其嚴重程度時，要根據設備運行的歷史狀況和設備特點及外部環(huán)境等因素進行綜合判斷，如負荷、溫度、油中含水量、油的保護系統和循環(huán)系統，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。

對變壓器故障部位的準確判斷，有賴于對其內部結構和運行狀態(tài)的全面掌握，并結合歷年數據和其他試驗(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應借鑒新方法和技術，將有很大幫助。