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(tǒng)的效率。

由于絕緣介質(zhì)的微觀隨機(jī)性，并且實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，超聲波信號的頻譜也不同，主要表現(xiàn)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。大量的頻譜研究結(jié)果表明局部放電時產(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)電廠或變電站的現(xiàn)場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，可以暫時不考慮電磁干擾的問題。一般說來，現(xiàn)場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)行時產(chǎn)生的振動，其中變壓器油泵產(chǎn)生的噪聲較小，可以忽略;變壓器本體的振動有時也可能通過絕緣油、管接頭及其裝配零件等，傳遞給冷卻裝置，使冷卻裝置的振動加劇，輻射的噪聲加大。此類噪聲的頻率相對較低，一般認(rèn)為在600一1OOOHz。

電力變壓器的鐵心在運(yùn)行時會發(fā)生磁噪聲，在超聲波檢測中是穩(wěn)定、嚴(yán)重的干擾信號。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，磁疇的磁矩將趨于外磁場方向。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，這主要是由于疇壁位移磁化中的跳躍引起的，稱為巴克豪森跳躍。和巴克豪森跳躍在一起的磁疇的迅速轉(zhuǎn)動引起的聲發(fā)射，稱為巴克豪森噪聲( BN)。這一現(xiàn)象的特點(diǎn)是在材料磁化曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近有明顯的聲發(fā)射脈沖信號。鐵磁材料在磁化過程中的另一個現(xiàn)象是磁致伸縮，即鐵磁材料在外磁場方向伸長，而在垂直磁場的方向縮短(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，磁疇在磁化過程中轉(zhuǎn)動呈階梯式變化，在鐵磁材料內(nèi)部激起應(yīng)力彈性波，這種應(yīng)力彈性波被稱為磁聲發(fā)射（MAE）。實際變壓器鐵心內(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，隨著變壓器勵磁時間的增長，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(xiàn)場干擾噪聲的分析，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，同時又盡可能避開絕大部分的現(xiàn)場干擾噪聲。