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(cè)靈敏度，要求對(duì)變壓器絕緣局部放電的超聲信號(hào)頻譜和干擾信號(hào)的頻譜有較清楚的了解，以找出合適的檢測(cè)頻帶，zui大限度的提高檢測(cè)系統(tǒng)的效率。

由于絕緣介質(zhì)的微觀隨機(jī)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(qiáng)度的梯度分布愈陡峭，這種隨機(jī)變化愈激烈。所以，即使同一的放電機(jī)構(gòu)，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(hào)的頻譜也不同，主要表現(xiàn)為頻譜峰值頻率的變化，但整個(gè)局部放電超聲波信號(hào)的頻率分布范圍卻變化不大。大量的頻譜研究結(jié)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(xiàn)場(chǎng)干擾也是決定傳感器頻率范圍的重要因素。因?yàn)槌暡▊鞲衅鳒y(cè)量的并非電氣信號(hào)，可以暫時(shí)不考慮電磁干擾的問(wèn)題。一般說(shuō)來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)的主要聲信號(hào)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(yùn)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(duì)較低，一般認(rèn)為在600一1OOOHz。

電力變壓器的鐵心在運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生磁噪聲，在超聲波檢測(cè)中是穩(wěn)定、嚴(yán)重的干擾信號(hào)。變壓器的鐵心由鐵磁材料組成，內(nèi)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(xù)的，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，磁感應(yīng)強(qiáng)度有幾次躍變，然后穩(wěn)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(zhuǎn)動(dòng)引起的聲發(fā)射，稱(chēng)為巴克豪森噪聲( BN)。這一現(xiàn)象的特點(diǎn)是在材料磁化曲線(xiàn)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近有明顯的聲發(fā)射脈沖信號(hào)。鐵磁材料在磁化過(guò)程中的另一個(gè)現(xiàn)象是磁致伸縮，即鐵磁材料在外磁場(chǎng)方向伸長(zhǎng)，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(nèi)部應(yīng)力是各向異性的。由于這種內(nèi)應(yīng)力，磁疇在磁化過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)呈階梯式變化，在鐵磁材料內(nèi)部激起應(yīng)力彈性波，這種應(yīng)力彈性波被稱(chēng)為磁聲發(fā)射（MAE）。實(shí)際變壓器鐵心內(nèi)的磁噪聲是巴克豪森噪聲和磁聲發(fā)射共同作用的結(jié)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，隨著變壓器勵(lì)磁時(shí)間的增長(zhǎng)，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(hào)頻譜特征和現(xiàn)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(hào)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(xiàn)場(chǎng)干擾噪聲。