变压器局部放电超声波传感器频率范围确定

为了排除干扰，提高检测灵敏度，要求对变压器绝缘局部放电的超声信号频谱和干扰信号的频谱有较清楚的了解，以找出合适的检测频带，zui大限度的提高检测系统的效率。

由于绝缘介质的微观随机性，并且实际上每次局部放电击穿破坏了造成该局放产生的条件，不平衡是的。电场强度的梯度分布愈陡峭，这种随机变化愈激烈。所以，即使同一的放电机构，同一的外施电压，伴随每次局部放电的超声波的能量分布是不同的，超声波信号的频谱也不同，主要表现为频谱峰值频率的变化，但整个局部放电超声波信号的频率分布范围却变化不大。大量的频谱研究结果表明局部放电时产生的超声波的能量集中在50kHz至300kHz频段，其峰值频率主要在70一150kHz之间。

发电厂或变电站的现场干扰也是决定传感器频率范围的重要因素。因为超声波传感器测量的并非电气信号，可以暂时不考虑电磁干扰的问题。一般说来，现场的主要声信号干扰有变压器冷却装置噪声和变压器铁心产生的磁噪声。

冷却装置的噪声是由于冷却风扇和变压器油泵的振动而产生的，其根源在于:冷却风扇和变压器油泵在运行时产生的振动，其中变压器油泵产生的噪声较小，可以忽略;变压器本体的振动有时也可能通过绝缘油、管接头及其装配零件等，传递给冷却装置，使冷却装置的振动加剧，辐射的噪声加大。此类噪声的频率相对较低，一般认为在600一1OOOHz。

电力变压器的铁心在运行时会发生磁噪声，在超声波检测中是稳定、严重的干扰信号。变压器的铁心由铁磁材料组成，内部存在大量磁畴。在磁化时，磁畴的磁矩将趋于外磁场方向。铁磁材料的不可逆磁化阶段中，磁化是不连续的，随着磁场强度的增加，磁感应强度有几次跃变，然后稳定下来，这主要是由于畴壁位移磁化中的跳跃引起的，称为巴克豪森跳跃。和巴克豪森跳跃在一起的磁畴的迅速转动引起的声发射，称为巴克豪森噪声( BN)。这一现象的特点是在材料磁化曲线的转折点附近有明显的声发射脉冲信号。铁磁材料在磁化过程中的另一个现象是磁致伸缩，即铁磁材料在外磁场方向伸长，而在垂直磁场的方向缩短(有些铁磁材料的情况刚好相反)。因此，铁磁材料内部应力是各向异性的。由于这种内应力，磁畴在磁化过程中转动呈阶梯式变化，在铁磁材料内部激起应力弹性波，这种应力弹性波被称为磁声发射（MAE）。实际变压器铁心内的磁噪声是巴克豪森噪声和磁声发射共同作用的结果。有研究表明，巴克豪森噪声和磁声发射的频谱集中在10—65kHz。值得注意的是，随着变压器励磁时间的增长，巴克豪森噪声脉冲变得不明显了，而主要是磁声发射。

综合以上关于超声信号频谱特征和现场干扰噪声的分析，本文中的超声波传感器的频带范围选定为80一15OkHz，尽量覆盖变压器局放超声信号的主要能量频谱范围，同时又尽可能避开绝大部分的现场干扰噪声。