声发射技术及其在变压器局部放电检测中的应用

    变电站是电力传输系统的重要组成部分, 变压器是变电站的核心设备之一.在变压器运行过程中, 常会由于负载的变化而导致变压器内部电压的剧烈波动, 当电压足够高时会引起电器内绝缘体产生电离而发生放电, 局部放电发展到严重阶段时, 固体绝缘材料和变压器油迅速分解, 会导致整个绝缘系统被击穿, 导致变压器直接失效. 因此在运行的变压器中, 任何放电现象都应引起人们的关注.

    变压器在发生局部放电过程中, 总是伴随着高频电流脉冲、电磁辐射及声、光、热和化学过程等现象.根据这些不同现象, 分别采用相应的方法来测量, 各自测得的量值都可用来反映局部放电存在的程度和状况, 在局部放电的许多测量方法中, 声发射法是常被采用的检测方法之一, 并且多用于局部放的定位.声发射检测是一种动态无损检测方法, 它可以对变压器进行在线实时或连续检测. 目前声发射技术作为一种成熟的无损检测方法, 在我国石油、石化、电力、航空、航天、冶金、铁路、交通、煤炭、建筑、机械制造与加工等领域得到广泛的应用[1].

    1. 检测原理

    声发射( AE) 是指材料局部因能量的快速释放而发出瞬态弹性波的现象.用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术[1,2].声发射技术是一种新兴的动态无损检测技术, 涉及声发射源、波的传播、声电转换、信号处理、数据显示与记录、解释与评定等基本概念, 基本原理如图 1 示.

    声发射源发出的弹性波, 经介质传播到达被检物体表面, 引起表面的机械振动.经声发射传感器将表面的瞬态位移转换成电信号.声发射信号再经放大、处理后, 形成其特性参数, 并被记录与显示.最后, 经数据的解释, 评定出声发射源的特性.

    当被检测的变压器内部发生放电时, 就会产生类似裂纹扩展时的一个高幅度的脉冲, 这个脉冲波会对变压器内部的机械构件产生激励产生机械应力波, 应力波可通过机械构件和绝缘部介质传递到变压器表面上. 我们可在变压器表面布置多个声发射传感器组成一个定位阵列, 通过计算声发射信号到达各个传感器的时差就可以对放电部位的三维位置进行定位, 从而判断放电对变压器的损伤程度.由于声发射检测技术十分灵敏, 变压器内的游离颗粒对外壁的碰撞也可以发现.

    2. 声发射检测仪

    从声发射信号处理方法上看, 目前把声发射信号处理方法分为两大类: 基于参数的分析方法和基于波形的分析方法.基于参数的分析方法分析方式简单、直规, 分析速度快, 实时性且便于检测人员掌握和操作, 是工程检测中主要使用的方法. 所以早期的声发射仪多采用基于参数的分析方法对声发射信号进行处理. 声发射参数只是对声发射信号波形的某个特征的描述, 对声发射源的特征分析能力是有限的, 这是影响参数分析法在声发射检测仪器中应用的一个重要因素.