超声波技术讲义

1、超声波技术及其应用 北京市电力变电公司 韩晓昆主要内容主要内容超声波检测技术及相关知识简介超声波检测技术及相关知识简介超声波仪器介绍超声波仪器介绍仪器使用方法仪器使用方法典型案例典型案例超声波检测技术超声波检测技术及相关知识简介及相关知识简介超声波基本知识超声波基本知识n频率高于频率高于20KHz赫兹的声波称为赫兹的声波称为“超声波超声波”，并，并具有以下特点：具有以下特点： 1） 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播；质中有效传播； 2） 超声波可传递很强的能量，在传播时，方向超声波可传递很强的能量，在传播时，方向性强，能量易于集中；性强，

2、能量易于集中； 3） 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象；超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象； 4） 超声波在液体介质中传播时，可在界面上产超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。生强烈的冲击和空化现象。 超声波基本知识超声波基本知识n超声波的主要用途超声波的主要用途 1） 工程学方面的应用：水下定位与通讯、地下工程学方面的应用：水下定位与通讯、地下资源勘查等资源勘查等 ；2）生物学方面的应用：剪切大分子、生物工程）生物学方面的应用：剪切大分子、生物工程及处理种子等及处理种子等 ； 3）治疗学方面的应用：理疗、治癌、外科、体外）治疗学方面的应用：理疗、治癌、外科、

3、体外碎石、牙科等碎石、牙科等 ； 4）军事方面的应用等）军事方面的应用等 。 局部放电基本知识局部放电基本知识n非贯通性的放电称为局部放电非贯通性的放电称为局部放电;将引起绝缘系统劣将引起绝缘系统劣化，逐渐导致绝缘损坏。化，逐渐导致绝缘损坏。n局部放电的伴随征兆局部放电的伴随征兆:n-光光n-热热n-气体气体n-声声n-电磁波电磁波空穴空穴局部放电局部放电基本知识基本知识n三种基本的局部放电类型三种基本的局部放电类型: :介质内部介质内部 ( (空穴空穴) ) 局部放电局部放电表面局部放电表面局部放电, , 电晕放电电晕放电 超声波检测原理超声波检测原理 当高压电气设备内部存在局部放电，在放电

4、过程中，当高压电气设备内部存在局部放电，在放电过程中，随着放电的发生，伴随着爆裂状的声发射，产生超声波，随着放电的发生，伴随着爆裂状的声发射，产生超声波，且很快向四周介质传播。伴随有声波能量的放出，超声波且很快向四周介质传播。伴随有声波能量的放出，超声波信号以某一速度通过不同介质信号以某一速度通过不同介质(隔板、油、隔板、油、SF6气体等气体等)以以球面波的形式向四周传播。但由于超声波频率高其波长较球面波的形式向四周传播。但由于超声波频率高其波长较短，因此它的方向性较强，从而它的能量较为集中，容易短，因此它的方向性较强，从而它的能量较为集中，容易进行定位。进行定位。 超声波检测的必要性超声波检

5、测的必要性电气缺陷电气缺陷 局部放电等局部放电等机械缺陷机械缺陷 机械振动等机械振动等超声波信号超声波信号超声波仪器介绍超声波仪器介绍超声波检测超声波检测超声波检测超声波检测传感器传感器放大器放大器调制器调制器放大器放大器本地振本地振荡器荡器耳机耳机表头表头电晕电晕, , 爬电爬电, , 电弧电弧和较强的和较强的PDPD对空气绝缘设备最为有效对空气绝缘设备最为有效超声波检测超声波检测nUltraprobe 9000将探测到的超声波将探测到的超声波信号转换为可听见信号转换为可听见的音频信号，通过的音频信号，通过耳机传到人耳，并耳机传到人耳，并在在LCD上用一个分上用一个分成成16小段的条形图小段

6、的条形图很直观地实时显示很直观地实时显示声音强度的变化，声音强度的变化，用数字显示频率和用数字显示频率和分贝值。分贝值。 超声波检测超声波检测n该仪器的单位为dB(分贝) ，特指基于1mV的被测信号的（分贝）幅值；n例如某一信号的实际幅值为15mV, 则其分贝值为20 x log(15(mV)/ 1(mV) = 23.5 分贝（dB）。 仪器使用方法仪器使用方法仪器的使用方法na- 主仪器nb- 耳机nc-超声扫描模块nd-接触式模块ne- 橡胶探头nf-接触式扩展组件ng-超声发生器nh-充电器a仪器的使用方法Ultraprobe 9000超声波超声波监测仪主机监测仪主机 1 主机运行开关2

7、 电源插孔3 性能调节旋钮（顺时针调大，逆时针调小）4 声音存储按钮5 外置耳机插孔a2 13345仪器的使用方法当当UP9000打开时打开时 ，显，显示面板将显示示面板将显示:n-强度水平：仪器探测到强度水平：仪器探测到的的dB值值 n- 频率：仪器探测得频频率：仪器探测得频率，率，UP9000可探测的可探测的频率为频率为20KHz-100KHz。n- 电池：显示电池电量电池：显示电池电量仪器的使用方法具体详见：超声波操作手册具体详见：超声波操作手册注意事项检测前应检查超声仪器连接是否完好。定期对超声仪器进行自检，以保证超声仪器测量的准确度。一般1周自检一次。在站内检测时，一般日光灯会产生超

8、声。在对环境进行检测时，若发现有超生干扰可关闭测试周围所有的灯后，再进行检测。当对多个同类设备检测时，若发现dB值为0或，但听见的声音与其它设备检测时听见的声音不同时，应进行仔细检测，并录下声音。使用非接触式进行设备检测时，探头应可能接近设备缝隙处 。注意事项在检测时应防止超声仪器误碰运行设备上的“禁动”部位。在检测时应最大限度保持测试周围的安静，不要人为的产生噪音，而影响检测的准确度。对设备进行超声波检测时，要分别使用接触式和非接触式对设备进行检测。因为当设备内部有异常时，有些情况下只有一种检测方式能检测到。在使用非接触式检测时，应使用40KHz的频率；在使用接触式检测时，应使用20KHz的

9、频率。典型案例典型案例在密封端室发现电弧痕迹在密封端室发现电弧痕迹66kV 66kV 安装安装非侵入式技术非侵入式技术 国外超声波案例 1电弧痕迹电弧痕迹66kV 66kV 安装安装国外超声波案例 2空气绝缘的开关母线室检测到局放空气绝缘的开关母线室检测到局放 空气绝缘的开关母线室检测到局放空气绝缘的开关母线室检测到局放 潮湿引起腐蚀潮湿引起腐蚀国外超声波案例 3国外超声波案例 4Ultraprobe 9000 非接触方式非接触方式由于脏污和潮气表面爬电由于脏污和潮气表面爬电国内超声波案例 1n110kVGIS接地刀闸动触头元件悬浮电位造成局部放电 调度号或开关柜名称调度号或开关柜名称相位相位

10、有无异音有无异音备注（异音地点、频率、备注（异音地点、频率、dB值）值）159 有有157地刀仓，地刀仓，20KHz，82dB国内超声波案例 1n2008年5月16日某变电站切改发电过程中，运行人员感觉110kVGIS设备有异音，状态监测人员随即到现场进行检测核实工作。n使用超声波局部放电探测仪发现15-7及15-97处存在超声异常信号；使用DMS超高频分析装置发现环境中有量值极大的局放信号，在15-9间隔处信号最大。国内超声波案例 1n通过改变运行方式的方法，最终确定缺陷位置在15-7处。经请示生技部后，确定对15-7气室进行开仓检查。n开仓检查后发现15-7接地刀闸动触头与导向固定座的等电

11、位簧片间有明显的放电痕迹。国内超声波案例 1缺陷位置开仓检查情况接地刀闸开仓检查情况接地刀闸开仓检查情况仓体开仓检查情况仓体B B相动触头放电痕迹相动触头放电痕迹1B B相动触头放电痕迹相动触头放电痕迹2国内超声波案例 1n随后对15-7三相动触头、导向固定座簧片进行了更换，并重新安装，经过抽真空、充气、静置等项工作后进行了调试、气体检测。并于5月17日17时投入运行。n发电后进行了状态监测的各项检测工作，检测数据表明一切正常，缺陷消除。国内超声波案例 2n110kVGISPT内螺丝松动造成线圈震动调度号或开关柜名称调度号或开关柜名称相位相位有无异音有无异音备注（异音地点、频率、备注（异音地点

12、、频率、dB值）值）159 有有159PT仓，仓，20KHz，13dB 国内超声波案例 2n4月2日，检测发现110kVPT存在超声异常，其中15-9PT异音较强。国内超声波案例 2n针对这种情况，将采用该厂家设备的其他7座变电站的110KVPT全部进行了超声波检测，发现其中5个站的6台110KV PT存在明显超声波异常信号。国内超声波案例 2 1#变电站110kV59PT 2#变电站110kV59PT国内超声波案例 2n在此期间，会同厂家技术人员对该15-9PT进行了多次现场分析，并于5月21日进行了PT仓更换，原PT仓返厂检查试验。5月23日，复测超声无异常。国内超声波案例 2n会同厂家对

13、拆下的PT进行了特性试验及解体检查工作；n在检查过程中发现，B相PT与底板固定的3个螺丝力矩不到40，厂家力矩要求：505 。对所有螺丝按力矩50进行了全部校对后异音消失。n可认定由于厂家对PT仓内的PT紧固螺丝未按技术工艺要求进行拧紧，从而使PT在运行中产生了震动。国内超声波案例 2 紧固螺丝（每相4条）国内超声波案例 3n电缆仓外壳螺丝松动造成震动 调度号或开关柜名称调度号或开关柜名称相位相位有无异音有无异音备注（异音地点、频率、备注（异音地点、频率、dB值）值）2211 A相相有有2211电缆仓电缆仓 20KHz，13dB 国内超声波案例 4n10kV母线严重污秽造成放电 调度号或开关柜

14、名称调度号或开关柜名称相位相位有无异音有无异音备注（异音地点、频率、备注（异音地点、频率、dB值）值）203进线母线桥柜体进线母线桥柜体有有203进线母线桥柜体，进线母线桥柜体，20KHz，19dB 国内超声波案例 4n5月18日，对203进线母线桥柜体超声异常进行检修处理。n停电检查过程中发现发现柜内及电抗器处C相母线存在较大的尘土，C相母线排积尘较其他两相严重。国内超声波案例 4处理前处理前国内超声波案例 4清扫后清扫后国内超声波案例 4n经过对203柜体内部及串抗母线排清扫处理后，再次对203开关柜加压试验，暂态地电压数值与环境差值为3dB，三相超声波信号相同且相对降低，对比清扫处理前后

15、数据表明C相母线架构覆盖严重尘土是导致检测数据异常的原因。国内超声波案例 5n10kV穿墙导线与套管间悬浮电位造成放电 调度号或开关柜名称调度号或开关柜名称相位相位有无异音有无异音备注（异音地点、频率、备注（异音地点、频率、dB值）值）202-3变压器侧穿墙管变压器侧穿墙管 有有202-3变压器侧穿墙管变压器侧穿墙管40KHz，32dB 国内超声波案例 5n5月23日，对202-3穿墙套管处超声异常进行处理。n停电检查过程中发现发现变压器至电抗器C相穿墙套管存在由于长期放电导致的烧痕。n对202-3C相穿墙套管处理后，加压测试超声正常。国内超声波案例 5放电处放电处放电处放电处国内超声波案例

16、6n35kV母线柜C相套管内连接簧片与均压环脱落造成放电 调度号或调度号或开关柜名开关柜名称称相相位位有有无无异异音音备注（异音地点、频率、备注（异音地点、频率、dB值）值）302柜体柜体A微微弱弱302开关柜后柜开关柜后柜C相穿柜管处，相穿柜管处，40KHz，4dB302柜体柜体B微微弱弱302开关柜后柜开关柜后柜C相穿柜管处，相穿柜管处，40KHz，6dB302柜体柜体 C较较强强302开关柜后柜开关柜后柜C相穿柜管处，相穿柜管处，40KHz，15dB国内超声波案例 6n初步检测3月15日，状态监测班在某变电站35kV开关室对302开关柜进行检测中，使用Ultraprobe 9000超声波测试发现302开关柜后柜有比较明显的异音信号，经定位C 相信号较为强烈。国内超声波案例 6n跟踪检测3月26日，在停电后由维护单位与厂家人员对该处进行了检查，发现302穿柜管C相内母线均压环与母线导体连接簧片松动，簧片未能与均压环良好接触，经过厂家处理后，进行加压试验；试验过程中状态监测班成员对302C相穿柜管进行超声波局放测试。常规加压试验表现并无异常，但超声波测试中可以监测到明显的放电声音，怀疑仍存在穿柜管内部