局放超聲波信號的頻譜分析

變壓器的局放超聲信號的頻譜分布很廣，且各頻率的超聲信號所占的分量也各不相同；超聲波在線檢測中的噪聲主要有勵磁噪聲、散熱器風扇和油循環(huán)油泵噪聲、磁滯噪聲等。這些噪聲的強度超過局放超聲信號。因此，要有效的檢測局部放電超聲信號，就應(yīng)對局放超聲波信號進行頻譜分析，以了解噪聲與超聲波信號的特征。

聲頻譜分析

根據(jù)某500kV開關(guān)站變壓器的噪聲頻譜分析結(jié)果，變壓器兩側(cè)面的最強噪聲頻率為1.5kHz，強度較次的噪聲頻率為4.68kHz;散熱器側(cè)的噪聲強度高與非散熱器側(cè)，兩側(cè)面的噪聲頻率均低于15kHz范圍內(nèi)，屬于低頻可聽噪聲變壓器鐵芯磁噪聲頻率分布在10--65 kHz范圍內(nèi)。用截止頻率為70kHz的高通濾波器對這種低頻噪聲進行濾波濾波后的噪聲強度已相當弱。經(jīng)濾波后的噪聲頻率分布范圍很寬，且各種頻率噪聲的頻譜幅值基本相當，類似于白噪聲頻譜。對其他電壓等級變壓器的噪聲頻譜分布于上述500kV變壓器大致相同，即分布在低于65kHz頻率范圍內(nèi)。

變壓器局部放電超聲波信號頻譜分析

由于局部放電以及其產(chǎn)生的超聲波信號都具有一定程度的隨機性，使得每次局部放電超聲波信號的頻譜都有所不同，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。

局放產(chǎn)生的超聲波，從聲學角度上分析有兩類。其一是氣泡或氣隙放電由于氣泡的尺度為幾個微米至幾百個微米，其擊穿時聲發(fā)射頻率可從幾kHz至幾百kHz。

另一類是介質(zhì)在高場強下游離擊穿，其聲發(fā)射的頻譜將更寬、聲譜將更高。第二類放電特征是間斷、大脈沖，如針對板放電。通過模擬局放的針、板放電試驗，可以發(fā)現(xiàn)超聲波頻譜有一定的隨機統(tǒng)計規(guī)律。頻譜能量大都集中在50 kHz--300 kHz頻段。

綜上所述，變壓器的噪聲頻率分布在低于65kHz的范圍內(nèi)，局放超聲信號的頻率分布于擾動噪聲頻率分布有明顯差別。

實驗和理論分析表明，傳播媒質(zhì)對超聲吸收系數(shù)隨頻率的平方增長，即頻率越高，吸收系數(shù)越大，聲波在傳播途中的衰減越厲害。因此系統(tǒng)必須利用低頻段的超聲信號，以保證系統(tǒng)具有較高的檢測靈敏度，但又要盡量避開變壓器鐵芯自身振動、噪聲等干擾(小于60kHz)和其他電磁噪聲干擾。故超聲定位系統(tǒng)通帶取70kHz-18Hz頻段較為合理。