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引 言
電(dian)力設備是現代化工(gong)業(ye)生產(chan)中(zhong)zui重要(yao)的裝(zhuang)置之一， 一旦(dan)設備(bei)(bei)(bei)出現故障，就有(you)可能(neng)引起(qi)工業系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)癱瘓，造成重(zhong)大經(jing)濟損(sun)失。目前，我國電(dian)(dian)力系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)氣設備(bei)(bei)(bei)，主要按照《電(dian)(dian)力設備(bei)(bei)(bei)預防性試驗規程》定(ding)期(qi)進行(xing)(xing)(xing)(xing)預防性試驗，以診斷絕緣(yuan)(yuan)狀(zhuang)態(tai)，確定(ding)設備(bei)(bei)(bei)是(shi)(shi)否可以繼續(xu)投(tou)入運(yun)行(xing)(xing)(xing)(xing)。這(zhe)些(xie)方法(fa)對保證電(dian)(dian)力系(xi)(xi)統(tong)(tong)安全運(yun)行(xing)(xing)(xing)(xing)起(qi)到了(le)重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)。但是(shi)(shi)，隨著(zhu)電(dian)(dian)氣設備(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)發(fa)展和經(jing)濟需(xu)求的(de)(de)(de)(de)變化，這(zhe)些(xie)傳(chuan)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)絕緣(yuan)(yuan)診斷方法(fa)顯(xian)得不再適應，被測(ce)(ce)試的(de)(de)(de)(de)設備(bei)(bei)(bei)在測(ce)(ce)試期(qi)間要斷電(dian)(dian)，這(zhe)樣(yang)就不能(neng)*真(zhen)實地反映設備(bei)(bei)(bei)在運(yun)行(xing)(xing)(xing)(xing)狀(zhuang)態(tai)下的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)場、溫度、環境等的(de)(de)(de)(de)影響作用(yong)(yong)，不容易發(fa)現設備(bei)(bei)(bei)在運(yun)行(xing)(xing)(xing)(xing)狀(zhuang)態(tai)下絕緣(yuan)(yuan)缺陷(xian)，并且存在“檢(jian)測(ce)(ce)過度”的(de)(de)(de)(de)缺點。因此，目前國內外都(dou)十分重(zhong)視設備(bei)(bei)(bei)絕緣(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)在線(xian)(xian)(xian)監(jian)(jian)測(ce)(ce)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)研究。在線(xian)(xian)(xian)監(jian)(jian)測(ce)(ce)可在不變動設備(bei)(bei)(bei)接線(xian)(xian)(xian)，不影響設備(bei)(bei)(bei)運(yun)行(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)情況下，快速、方便地進行(xing)(xing)(xing)(xing)，減(jian)輕了(le)試驗、檢(jian)修人員的(de)(de)(de)(de)勞動強(qiang)度，提(ti)高(gao)了(le)測(ce)(ce)試效率。更(geng)為重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)，在線(xian)(xian)(xian)監(jian)(jian)測(ce)(ce)能(neng)更(geng)真(zhen)實地反映設備(bei)(bei)(bei)絕緣(yuan)(yuan)運(yun)行(xing)(xing)(xing)(xing)中的(de)(de)(de)(de)狀(zhuang)態(tai)，更(geng)容易發(fa)現設備(bei)(bei)(bei)絕緣(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)隱患。已被越來越多的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)力部門所采用(yong)(yong)。超(chao)聲(sheng)波(bo)檢(jian)測(ce)(ce)技術(shu)作(zuo)為(wei)設(she)備(bei)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)檢(jian)測(ce)(ce)的(de)主(zhu)要(yao)手段(duan)已廣泛應(ying)用(yong)于(yu)各個領域，發(fa)揮了重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)。在高(gao)壓(ya)設(she)備(bei)絕(jue)緣在線狀(zhuang)(zhuang)態(tai)監測(ce)(ce)中，它以非接觸，遠(yuan)距離(li)檢(jian)測(ce)(ce)為(wei)主(zhu)要(yao)優點，正好克(ke)服了高(gao)壓(ya)設(she)備(bei)在線監測(ce)(ce)中不(bu)(bu)易靠近，不(bu)(bu)易接觸的(de)困難，保證(zheng)了檢(jian)測(ce)(ce)人員和檢(jian)測(ce)(ce)設(she)備(bei)的(de)安(an)全，對高(gao)壓(ya)設(she)備(bei)的(de)正常運(yun)行又不(bu)(bu)產生影(ying)響(xiang)，是理想(xiang)的(de)檢(jian)測(ce)(ce)手段(duan)。
一、電力高壓絕(jue)緣設備的狀態監測的現狀
近年(nian)來(lai)，狀態(tai)監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)在(zai)(zai)電(dian)(dian)力系(xi)統(tong)(tong)中越(yue)來(lai)越(yue)受到有關管理(li)、科研、運(yun)營和(he)(he)工程技(ji)術(shu)人員的(de)(de)(de)(de)重(zhong)視。可以肯定地(di)說，廣泛(fan)采用狀態(tai)監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)技(ji)術(shu)是(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)力系(xi)統(tong)(tong)發展的(de)(de)(de)(de)必然趨(qu)勢。隨(sui)著科技(ji)的(de)(de)(de)(de)發展和(he)(he)用戶的(de)(de)(de)(de)需求(qiu)，目(mu)前電(dian)(dian)力系(xi)統(tong)(tong)中的(de)(de)(de)(de)一些技(ji)術(shu)和(he)(he)裝置，已涉(she)及(ji)狀態(tai)監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)，例如(ru)一些在(zai)(zai)線(xian)監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)系(xi)統(tong)(tong)和(he)(he)故障診斷系(xi)統(tong)(tong)。雖然這些系(xi)統(tong)(tong)能(neng)起到一定的(de)(de)(de)(de)狀態(tai)監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)的(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)，但還不(bu)能(neng)*狀態(tai)監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)的(de)(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)。針對(dui)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)力設(she)(she)(she)備(bei)，已經提(ti)出(chu)了眾(zhong)多狀態(tai)監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)方法(fa)，其(qi)中有許多是(shi)(shi)(shi)通(tong)用的(de)(de)(de)(de)，如(ru)振動分析法(fa)、油中氣(qi)體分析法(fa)、局(ju)部放(fang)電(dian)(dian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)法(fa)、絕緣(yuan)(yuan)恢復電(dian)(dian)壓(ya)(ya)法(fa)等(deng)(deng)。在(zai)(zai)高(gao)壓(ya)(ya)設(she)(she)(she)備(bei)絕緣(yuan)(yuan)狀態(tai)監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)方面，局(ju)部放(fang)電(dian)(dian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)法(fa)是(shi)(shi)(shi)主(zhu)要(yao)的(de)(de)(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)手段。局(ju)部放(fang)電(dian)(dian)既是(shi)(shi)(shi)設(she)(she)(she)備(bei)絕緣(yuan)(yuan)系(xi)統(tong)(tong)老(lao)化的(de)(de)(de)(de)征兆，也是(shi)(shi)(shi)造成絕緣(yuan)(yuan)老(lao)化的(de)(de)(de)(de)一個(ge)重(zhong)要(yao)機理(li)。所(suo)以局(ju)部放(fang)電(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量成為高(gao)壓(ya)(ya)設(she)(she)(she)備(bei)絕緣(yuan)(yuan)性能(neng)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)特征。專門對(dui)局(ju)部放(fang)電(dian)(dian)進行(xing)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量是(shi)(shi)(shi)設(she)(she)(she)備(bei)狀態(tai)監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)的(de)(de)(de)(de)一個(ge)重(zhong)要(yao)方面。常用的(de)(de)(de)(de)局(ju)部放(fang)電(dian)(dian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)方法(fa)有聲學(xue)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)、光學(xue)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)、化學(xue)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)、電(dian)(dian)氣(qi)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量等(deng)(deng)方法(fa)。國外zui常用的(de)(de)(de)(de)一種在(zai)(zai)線(xian)局(ju)部放(fang)電(dian)(dian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)法(fa)是(shi)(shi)(shi)聲學(xue)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)法(fa)。
二、電力高(gao)壓絕緣(yuan)設備非接觸檢測(ce)的方(fang)法
非接(jie)(jie)觸(chu)檢(jian)(jian)測(ce)方法的zui大(da)特(te)點是傳感(gan)器與被測(ce)物無需接(jie)(jie)觸(chu)和電(dian)線(xian)連接(jie)(jie)，所以非接(jie)(jie)觸(chu)檢(jian)(jian)測(ce)在高(gao)溫(wen)、高(gao)壓(ya)、遠距離等(deng)人不易(yi)接(jie)(jie)近(jin)的地方有(you)其*的優(you)勢。通常非接(jie)(jie)觸(chu)檢(jian)(jian)測(ce)的通信媒介主要(yao)有(you)：聲波(bo)(bo)、電(dian)波(bo)(bo)、光波(bo)(bo)、射線(xian)等(deng)在空氣中可傳輸的波(bo)(bo)。檢(jian)(jian)測(ce)的物理量主要(yao)也是：聲波(bo)(bo)、電(dian)波(bo)(bo)、光波(bo)(bo)、射線(xian)等(deng)被檢(jian)(jian)測(ce)物輻(fu)射的物理量。
非接(jie)觸檢(jian)測(ce)對(dui)象主要具有如下特征：
(1)遠距離物體(ti)；
(2)高溫或高壓(ya)狀態下的物體(ti)；
(3)運動中的物體；
(4)密封裝置中的(de)物體(ti)；
(5)大量分(fen)布的(de)物體(ti)；
(6)特殊環境下無法接觸的物體。
通常處于高壓(ya)狀態下的(de)(de)電(dian)力高壓(ya)設(she)(she)備，對(dui)它的(de)(de)檢測作業(ye)及檢測系(xi)統，必(bi)須采取絕緣措施。所以，從安全性和經濟方面考慮，采用非(fei)接觸(chu)的(de)(de)檢測方式是高壓(ya)設(she)(she)備檢測的(de)(de)*選擇(ze)。電(dian)力高壓(ya)設(she)(she)備的(de)(de)非(fei)接觸(chu)檢測中，采用的(de)(de)檢測方式主(zhu)要有(you)聲波、光波、熱(re)能、電(dian)波、氣體等。
三(san)、超聲波(bo)檢測(ce)技術在(zai)高壓設(she)備絕(jue)緣(yuan)狀態監測(ce)中的(de)應用
電(dian)力設(she)備(bei)中高壓絕緣體(ti)發(fa)生(sheng)劣化時(shi)會(hui)發(fa)生(sheng)局部放電(dian)，從而(er)產生(sheng)超聲波。當發(fa)電(dian)設(she)備(bei)材料發(fa)生(sheng)龜裂(lie)，電(dian)站蒸氣(qi)管道(dao)出(chu)現泄漏(lou)，機器運行產(chan)生異常的振(zhen)動(dong)，這時也會發出超聲波信號(hao)。通(tong)過對(dui)超聲的(de)檢測(ce)(ce)可(ke)以發(fa)(fa)現設備的(de)故障。通(tong)常使用(yong)被(bei)動的(de)檢測(ce)(ce)方式(shi)能(neng)夠檢測(ce)(ce)出導(dao)體和(he)絕緣(yuan)體的(de)老化、污(wu)穢的(de)程度(du)、表面的(de)放(fang)電、開關裝置的(de)輕微振動、導(dao)線(xian)的(de)節(jie)點等的(de)在(zai)線(xian)故障。使用(yong)主動的(de)檢測(ce)(ce)方式(shi)，向(xiang)機器和(he)材料發(fa)(fa)射一(yi)定頻(pin)率的(de)超聲波，通(tong)過檢測(ce)(ce)其反射波的(de)強度(du)，相位和(he)頻(pin)譜可(ke)以檢測(ce)(ce)導(dao)體和(he)絕緣(yuan)體的(de)內(nei)部損傷和(he)絕緣(yuan)內(nei)部的(de)空隙。傳統(tong)的(de)非接觸高壓(ya)絕緣(yuan)狀態檢測(ce)(ce)方法是使用(yong)紅(hong)外熱成像儀或紅(hong)外測溫儀顯示絕緣的發熱點。但是在高壓絕緣設備中，電暈，火(huo)花(hua)放電并(bing)不一定產生大的(de)熱量(liang)，絕緣體周圍(wei)的(de)高溫可能(neng)會掩(yan)蓋(gai)這些發(fa)(fa)熱點，給檢測(ce)帶(dai)來困(kun)難。但是，可以肯定的(de)是絕(jue)緣(yuan)體發(fa)(fa)生故(gu)障時會產生超(chao)聲波，使用(yong)超(chao)聲波檢測(ce)技術能夠(gou)檢測(ce)到發(fa)(fa)出超(chao)聲波的(de)故(gu)障絕(jue)緣(yuan)位置。目前超(chao)聲波測(ce)量法已(yi)得到廣泛應用(yong)，如絕(jue)緣(yuan)材料(liao)放(fang)電的(de)研究(jiu)，氣隙的(de)放(fang)電和樹脂主(zhu)通(tong)道上的放電研(yan)究，高壓(ya)測(ce)量，電力設(she)備(bei)局部放電的測(ce)量與定位等。在(zai)(zai)歐美(mei)國家，近年(nian)來超(chao)聲波(bo)檢測(ce)技(ji)術在(zai)(zai)電力設(she)備(bei)的在(zai)(zai)線監測(ce)中應(ying)用(yong)(yong)越(yue)來越(yue)多，例如：美(mei)國、加拿大利(li)用(yong)(yong)超(chao)聲波(bo)檢測(ce)技(ji)術診斷電力電容器、GIS、互感(gan)器(qi)、變(bian)壓器(qi)的絕(jue)(jue)緣缺陷(xian)，對電(dian)力傳輸線(xian)(xian)路的絕(jue)(jue)緣子(zi)、線(xian)(xian)路電(dian)暈、節點松懈(xie)振動的在線(xian)(xian)監(jian)測和定(ding)(ding)位(wei)，對變(bian)電(dian)站絕(jue)(jue)緣立柱表面放電(dian)，切換開(kai)關(guan)觸電(dian)放電(dian)等(deng)(deng)的檢(jian)測與定(ding)(ding)位(wei)等(deng)(deng)等(deng)(deng)。并且(qie)這些發達國家的技術(shu)專家會同IEEE的(de)相(xiang)關(guan)專(zhuan)家(jia)一起著手(shou)(shou)起草相(xiang)關(guan)的(de)標(biao)準(zhun)，超聲波(bo)檢測技術(shu)作為電力設備在(zai)線檢測的(de)重要手(shou)(shou)段越來越受到大家(jia)的(de)重視。
四、超(chao)聲波檢測儀的測量原理
超(chao)聲波(bo)檢(jian)測高(gao)壓(ya)設備的(de)絕(jue)緣(yuan)故障(zhang)是通過檢(jian)測絕(jue)緣(yuan)局(ju)部(bu)放(fang)電的(de)輻(fu)射信號來進行。無論是電力線路上(shang)大的(de)火(huo)花或電弧，還是即使(shi)靠近也無法(fa)聽見的(de)微弱火花放(fang)電(dian)。通過超(chao)聲波檢(jian)測儀都可(ke)以檢(jian)測到(dao)這些很小(xiao)的放(fang)電(dian)聲。超(chao)聲波檢(jian)測的基本原(yuan)(yuan)理是(shi)使用高靈(ling)敏度的窄帶超(chao)聲波換能器，采用超(chao)外差接收機的工作原(yuan)(yuan)理，將超(chao)聲波高頻信號變換為音頻信號(hao)，經過(guo)一定的信號(hao)(hao)處理通過(guo)音頻放(fang)大將(jiang)信號(hao)(hao)顯示或播放(fang)出來。用于高壓絕緣設備(bei)局(ju)部放(fang)電(dian)測量的超聲波檢測系統，主要分(fen)(fen)為傳感(gan)器(qi)(qi)、信號(hao)(hao)變(bian)換與放(fang)大、信號(hao)(hao)處理、顯示及數(shu)據接(jie)口五部分(fen)(fen)。在非(fei)接(jie)觸測量中，傳感(gan)器(qi)(qi)應具有信號(hao)(hao)收(shou)集功(gong)能和信號(hao)(hao)定向功(gong)能。一般的超聲波檢測器(qi)(qi)其(qi)方向性很差，無法定位(wei)(wei)故(gu)障位(wei)(wei)置。但增加(jia)了(le)特殊的超聲波收(shou)集器(qi)(qi)（UWC）后，其(qi)方向性變(bian)得(de)很好(hao)，能夠準(zhun)確定位(wei)(wei)故(gu)障點，定位(wei)(wei)精度可以達到2°以內，很(hen)好地(di)解決了(le)非(fei)接(jie)觸檢(jian)測中定位(wei)不(bu)準確的(de)問題。在設計中我們使用高(gao)(gao)靈敏度的(de)窄帶超(chao)聲波(bo)換能器，采用雷達接(jie)收機(ji)的(de)工作原(yuan)理，很(hen)好地(di)提高(gao)(gao)了(le)儀器(qi)的信號噪聲(sheng)比。例如對絕緣子在線監測中在10 m以內(nei)可以準確定位一串絕緣(yuan)子中哪(na)一片(pian)絕緣(yuan)子發生故障。
五(wu)、結論
超聲波檢(jian)測技術是一種(zhong)有效的、低成本的高(gao)壓傳輸和(he)配電設備絕(jue)緣狀(zhuang)態(tai)的檢測(ce)(ce)手段(duan)，它測(ce)(ce)試方法簡便(bian)，在(zai)(zai)線(xian)使用，絕(jue)緣故障定位準確。在(zai)(zai)歐美等(deng)發(fa)達國家超(chao)聲波(bo)絕(jue)緣狀(zhuang)態(tai)檢測(ce)(ce)的儀器已使用多年(nian)。
其(qi)優點：
1．可以不用與高壓設備相接觸。
2．可(ke)以(yi)在線(xian)監測，不用停(ting)電。
3．在安全距(ju)離的(de)范(fan)圍(wei)可(ke)以準確定(ding)位。
4．的應(ying)用是(shi)可以準(zhun)確(que)定位絕(jue)緣子的表面放(fang)電位置。
5．的使用(yong)是(shi)對絕緣子串故障(zhang)的掃描定位。
6．帶有遠距離信號收集器（UWC）時(shi)檢(jian)測距離可達30m以上。
其缺(que)點(dian)：
1．定(ding)位容易受(shou)到周圍墻體反(fan)射的影響。
2．定(ding)性(xing)檢測，無標準刻度(du)。
超聲波(bo)檢(jian)測技術既(ji)適合于(yu)戶(hu)內(nei)設備，也適合于(yu)戶(hu)外(wai)變電站，特別是增加了超聲波遠距(ju)離信(xin)號(hao)收集器(qi)，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)空中高壓傳輸(shu)設備(bei)的絕緣(yuan)已毫(hao)無問題。這種方法也可以(yi)適用(yong)于全(quan)封閉組合電器(qi)的檢(jian)測(ce)(ce)(ce)，使用(yong)了頻譜分(fen)析(xi)技術和神經網絡識(shi)別技術后可更(geng)加廣泛地使用(yong)于電力系統。特別是超聲波(bo)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)儀(yi)可以(yi)遠距離，非接觸(chu)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)，對高壓設備(bei)的絕緣(yuan)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)更(geng)加適用(yong)，更(geng)加安全(quan)。
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