电气设备局部放电的超声波检测方法研究

摘要

在电力系统中，电气设备的状态直接关系到电力系统的安全。在电气设备产生故障的众多原因中，绝缘引起的故障所占的比重最大。目前对绝缘状态主要根据绝缘介质在劣化过程中的一些特征参数来进行评定，包括电容量、介质损耗角的正切值、泄漏电流、局部放电等，其中局部放电主要反映了绝缘介质的局部状况，在绝缘检测中具有不可替代的作用。针对传统方法检测局部放电信号的局限性，本文对超声波检测方法做了较深入的研究。
　　 本文首先从气体放电理论出发，讨论了气体中局部放电的三种基本形态，然后分析了局部放电产生超声波的机理，为超声波检测方法研究提供了理论基础。然后依据声学的相关知识，分析了超声波信号在介质内部传播的过程及损耗，最后分析了检测超声波信号时可能遇到的各种干扰。在此基础上，完成了局部放电的超声波检测系统硬件部分的设计，包括传感器的原理分析及比较，电路设计和性能分析，主要参数的计算，并利用软件对滤波效果进行了仿真验证。最后通过高压针板放电实验以及大量模拟放电实验，对超声波在空气中和电机中的传播进行了检测分析，得到了系统对局部放电超声波信号的实际检测效果、空气中局放信号的特性、不同位置传感器接收信号的传播延时，以及在电机中不同放电点的超声信号的传播等一系列结果。
　　 本文的工作为实现超声波检测法在电气设备局部放电在线监测中的应用和电机定子中局部放电点的定位研究提供了基础和支持。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪 论

1.1课题的背景及意义

1.1.1绝缘系统在电气设备中的重要地位

1.1.2用局部放电评价绝缘状态的必要性及意义

1.2本课题的研究现状

1.2.1局部放电检测技术的研究现状

1.2.2超声波检测的研究现状

1.2.3局部放电在线监测技术的研究现状

1.2.4超声波检测法的特点

1.2.5超声波检测法面临的主要问题和不足

1.3本课题的主要研究内容

2高压电气设备局部放电理论

2.1引言

2.2微观理论

2.3局部放电的种类及特点

2.3.1气隙放电

2.3.2电晕放电

2.3.3沿面放电

2.4局部放电产生超声波的机理

2.5本章小结

3超声波特性及传播与损耗

3.1声学基础

3.2局放超声信号的传播损耗

3.3超声波检测常见的干扰信号及其特性

3.4本章小结

4超声波检测系统设计

4.1系统结构

4.2传感器部分

4.2.1声传感器

4.2.2压电效应

4.2.3压电传感器的选择

4.2.4实验中采用的压电传感器

4.3放大电路

4.3.1放大电路的设计依据

4.3.2放大电路的设计

4.4滤波器的设计

4.4.1滤波器类型的选择

4.4.2滤波器电路结构的设计和参数计算

4.4.3滤波器性能的测试

4.5电平抬升电路

4.6数字电路部分

4.6.1单片机

4.6.2模数转化的选择

4.6.3外部存储电路

4.6.4与上位机的通信

4.6.5电源设计

4.7本章小结

5实验研究

5.1高压局部放电超声波信号检测

5.1.1超声波信号分析及传感器的选择

5.1.2局部放电模拟实验

5.2空气中的局部放电超声信号研究

5.2.1超声波幅值和频率特性

5.2.2超声波的传播时间

5.3电机中的超声波信号传播

5.3.1电机运转时的超声波信号

5.3.2电机静止时的模拟实验

5.4本章小结

6结论与展望

6.1主要结论

6.2后续研究工作的展望

致 谢

参考文献

附 录