CN103913714B - 一种局部放电超声波检测仪的校验系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种局部放电超声波检测仪的校验系统，包括声发射装置、声发射换能器、测量装置、参考传感器、试验试块、被测检测仪和夹具；声发射装置与声发射换能器相连；测量装置与参考传感器相连；声发射换能器、参考传感器和被测检测仪的被测传感器均设置在试验试块的表面；校验系统用于对被测检测仪进行纵波灵敏度试验、表面波灵敏度试验、压力场灵敏度试验以及对被测检测仪的整机灵敏度、整机频带、整机线性度误差和整机重复性进行检测试验。与现有技术相比，本发明提供的一种局部放电超声波检测仪的校验系统，易于实现、声源重复性好、操作简单，广泛适合于电力行业对局部放电超声波检测仪进行维护、测试和校验。

Description

一种局部放电超声波检测仪的校验系统

技术领域

本发明涉及一种超声波检测仪的校验系统，具体讲涉及一种局部放电超声波检测仪的校验系统。

背景技术

有绝缘缺陷的高压电力设备会产生局部放电，因此可以通过检测高压电力设备内部的局部放电水平来间接地获悉高压电力设备的绝缘状况。局部放电时会伴随着向外传递声、光、电信号及化学物质等信号。目前检测局部放电方法主要是电量检测法和非电量检测法，包括脉冲电流法、高频电流法、超高频法、超声波法和温度检测法等。

其中局部放电超声波检测法具有较宽的检测带宽，一般为20kHz～200kHz。超声波检测一般为检测声发射传感器耦合局部放电的超声波信号；声发射传感器通常采用压电晶体的结构，包括适用于不同检测频段和检测灵敏度的固体耦合方式和空气耦合方式。超声波检测法是一种非侵入式的检测方法，其检测系统与高压回路之间没有电气联系，因此原理上超声波检测法可以避免电磁信号的影响，具有良好的抗干扰能力和较高的灵敏度。同时超声波检测法可以在不影响高压电力设备运行的情况下实现局部放电源的精确定位。

超声波信号由局部放电源沿着绝缘介质和金属件传导到电力设备外壳，并通过介质和缝隙向周围空气传播。通过在电力设备外壳或设备附近安装的超声波传感器，可以耦合到局部放电产生的超声波信号，进而判断电力设备的局部放电情况。超声波检测法包括接触检测方式和非接触检测方式；接触方式主要用于变压器、GIS等电力设备的检测，非接触方式主要用于开关柜、电力电缆等电力设备的检测。具有定位功能的局部放电超声波检测仪，可以利用超声波信号到达不同位置传感器的信号的时延或强度进行定位。

在金属探伤等领域广泛应用的超声波检测法，近年来也逐步应用于电力设备局部放电的检测上，并作为带电检测和在线监测的重要手段，在电力变压器、电抗器、GIS、电力电缆、开关柜等电力设备的局部放电监测中发挥了重要作用。然而局部放电超声波检测技术尚存在监测装置的检测技术和手段仍不完备等原因，给监测装置的应用效果带来了影响，对监测结果的评价分析带来了困难，并限制了超声波检测技术的进一步发展。在电力行业内尚未建立针对局部放电检测用的超声波传感器和超声波检测仪行之有效的测试方法及校验系统。

因此，针对局部放电超声波监测装置的技术特点和要求，开展检测技术研究，建立符合电力行业需求的测试方法和校验系统，对于规范监测装置的相关技术指标，保证监测装置的入网质量，确保监测装置安全可靠运行，指导监测装置的检验和现场应用，提高监测装置的应用效果，都具有重要意义和价值。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种局部放电超声波检测仪的校验系统，包括试验试块、声发射装置、声发射换能器、测量装置、参考传感器、被测检测仪和夹具；所述声发射装置与所述声发射换能器相连；所述测量装置与所述参考传感器相连；所述声发射换能器、参考传感器和被测检测仪的被测传感器均设置在所述试验试块上；

所述校验系统用于对所述被测检测仪进行纵波灵敏度试验、表面波灵敏度试验、压力场灵敏度试验以及对所述被测检测仪的整机灵敏度、整机频带、整机线性度误差和整机重复性进行检测试验。

优选的，所述校验系统进行所述纵波灵敏度试验时：所述测量装置分别与参考传感器和被测传感器相连；所述声发射换能器设置在所述试验试块的中心点；所述参考传感器和被测传感器通过耦合剂对称设置在所述中心点的两侧；

优选的，所述校验系统进行所述表面波灵敏度试验时：所述测量装置分别与参考传感器和被测传感器相连；所述声发射换能器设置在所述试验试块的中心点；所述参考传感器和被测传感器通过耦合剂对称设置在所述声发射换能器的两侧；

优选的，所述校验系统进行所述压力场灵敏度试验时：若所述测量装置与参考传感器相连，则所述声发射换能器与参考传感器通过所述夹具面对面固定放置，其中接触面涂抹耦合剂；若所述测量装置与被测传感器相连，则所述声发射换能器与被测传感器通过所述夹具面对面固定放置，其中接触面涂抹耦合剂；

优选的，所述校验系统进行所述被测检测仪的整机灵敏度、整机频带、整机线性度误差和整机重复性的检测试验时：所述测量装置与参考传感器相连；所述声发射换能器设置在所述试验试块的中心点；所述参考传感器和被测检测仪的被测传感器通过耦合剂对称设置在所述中心点的两侧；

优选的，所述声发射装置向所述声发射换能器发送一组测试信号后，分别测得参考传感器的频率响应U(f)和被测传感器的频率响应S(f)；所述被测检测仪的纵波灵敏度、表面波灵敏度、压力场灵敏度和整机灵敏度通过式（1）计算得到，其中S₀(f)为参考传感器的标定灵敏度；

D(f)＝S₀(f)×U(f)/S(f) （1）；

优选的，所述校验系统进行整机频带检测试验时，对所述被测检测仪的整机灵敏度进行归一化处理，获取所述整机灵敏度的归一化值降到归一化阈值时的频率点；所述频率点为被测检测仪频带的截止频率；

优选的，所述校验系统进行整机线性度误差检测试验时，所述声发射装置输出频率为20KHz～200KHz的正弦信号；

调整所述声发射装置使得被测检测仪的输出值Y≥80dB，并记录此时所述测量装置的输出峰值电压U和被测检测仪的输出峰值电压A；

调整所述声发射装置的输出信号幅值，使得所述测量装置的输出峰值电压为λU并记录每次所述被测检测仪的输出峰值电压A_λ，λ的值依次为0.8、0.6、0.4和0.2；所述被测检测仪的整机线性度误差 ${\mathrm{\δ}}_i=\frac{A_{\mathrm{\λ}}-\mathrm{\λA}}{\mathrm{\λA}}\×100\%;$

优选的，所述校验系统进行整机重复性检测试验时，所述声发射装置输出恒定幅值和恒定频率的正弦信号；分别记录所述被测检测仪开机和连续工作30min后的输出信号幅值，若所述输出信号幅值的变化量不超过±20%，则被测检测仪满足重复性的要求；

优选的，所述纵波灵敏度试验的试验试块为直径不小于200mm，高度不小于100mm的钢制圆柱型材；所述表面波灵敏度试验的试验试块为直径不小于400mm，高度不小于180mm的钢制圆柱型材。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明技术方案中，校验系统进行纵波灵敏度试验时，声发射换能器设置在试验试块的中心点，参考传感器和被测传感器通过耦合剂对称设置在中心点的两侧，实现方法简单并可以模拟电力设备内部超声波信号纵波的传播方式；

2、本发明技术方案中，校验系统进行表面波灵敏度试验时，声发射换能器设置在试验试块的中心点，参考传感器和被测传感器通过耦合剂对称设置在声发射换能器的两侧，实现方法简单并可以模拟电力设备内部超声波信号表面波的传播方式；

3、本发明技术方案中，校验系统进行压力场灵敏度试验时，声发射换能器与参考传感器（或被测传感器）通过夹具面对面固定放置，其中接触面涂抹耦合剂，利用压力场进行超声波检测仪的校验实现方法简单，便于在现场进行检测校准；

4、本发明技术方案中，校验系统进行频带检测试验时，将整机灵敏度的归一化值降到归一化阈值时的频率点作为被测检测仪频带的截止频率，频带检测试验同时考核了被测检测仪和其被测传感器的频率特性，反映了被测检测仪的综合性能；

5、本发明技术方案中，校验系统进行线性度误差检测试验时，声发射装置向声发射换能器输出频率为20KHz～200KHz的正弦信号，实现方法简单，可以在超声波的全频段内考核被测检测仪的性能；

6、本发明技术方案中，纵波灵敏度试验的试验试块为直径不小于200mm，高度不小于100mm的钢制圆柱型材，模拟了超声波信号纵波声场，试验试块满足对超声波信号的测量和分辨精度要求，并尽可能的减小了声波折反射的影响；表面波灵敏度试验的试验试块为直径不小于400mm，高度不小于180mm的钢制圆柱型材，模拟了超声波信号表面波声场，试验试块满足对超声波信号的测量和分辨精度要求，并尽可能的减小了声波折反射的影响；

7、本发明提供的一种局部放电超声波检测仪的校验系统，易于实现、声源重复性好、操作简单，广泛适合于电力行业对局部放电超声波检测仪进行维护、测试和校验。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是：本发明实施例中局部放电超声波检测仪的校验系统结构图；

图2是：本发明实施例中局部放电超声波检测仪进行纵波灵敏度试验的校验系统结构图；

图3是：本发明实施例中局部放电超声波检测仪进行表面波灵敏度试验的校验系统结构图；

图4是：本发明实施例中局部放电超声波检测仪进行压力场灵敏度试验的校验系统结构图；

图5是：本发明实施例中局部放电超声波检测仪进行整机灵敏度、整机频带、整机线性度误差和整机重复性检测试验的校验系统结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供了一种针对局部放电超声波检测仪的校验系统，可以进行纵波灵敏度试验、表面波灵敏度试验、压力场灵敏度试验以及对所述被测检测仪的整机灵敏度、整机频带、整机线性度误差和整机重复性进行检测试验，从而对局部放电超声波检测仪的技术参数进行考核。

如图1-5所示，该校验系统包括声发射装置1、声发射换能器2、测量装置3、参考传感器4、试验试块5、被测传感器6、夹具7和被测检测仪8；

声发射装置1用于产生满足局部放电超声波检测仪校验用的标准声波信号；

声发射换能装置2用于将声发射装置1产生的标准声波信号转化为校验用的标准声源；

测量装置3用于检测参考传感器4接收到的超声波信号，并作为被测检测仪8及其被测传感器6的比对源；

参考传感器4用于检测试验试块中的超声波信号；

试验试块5用于传导超声波信号，是超声波信号的传播媒介；

夹具7作为压力场灵敏度试验时的传感器固定夹具；

（1）该校验系统进行纵波灵敏度试验时：声发射装置1与声发射换能器2相连；测量装置3分别与参考传感器4和被测传感器6相连；声发射换能器2设置在试验试块5的中心点；参考传感器4和被测传感器6通过耦合剂对称设置在中心点的两侧；如图2所示本实施例中试验试块5为直径不小于200mm，高度不小于100mm的钢制圆柱型材；

声发射装置1向声发射换能器2发送一组测试信号后，分别测得参考传感器4的频率响应U(f)和被测传感器6的频率响应S(f)；被测传感器6的纵波灵敏度D(f)＝S₀(f)×U(f)/S(f)，其中S₀(f)为参考传感器4的标定灵敏度。

（2）该校验系统进行表面波灵敏度试验时：测量装置3分别与参考传感器4和被测传感器6相连；声发射换能器2设置在试验试块5的中心点；参考传感器4和被测传感器6通过耦合剂对称设置在声发射换能器2的两侧；如图3所示本实施例中试验试块5为直径不小于400mm，高度不小于180mm的钢制圆柱型材

声发射装置1向声发射换能器2发送一组测试信号后，分别测得参考传感器4的频率响应U(f)和被测传感器6的频率响应S(f)；被测传感器6的表面波灵敏度D(f)＝S₀(f)×U(f)/S(f)，其中S₀(f)为参考传感器4的标定灵敏度。

（3）如图4所示该校验系统进行压力场灵敏度试验时：若测量装置3与参考传感器4相连，则声发射换能器2与参考传感器4通过夹具7面对面固定放置，其中接触面涂抹耦合剂；若测量装置3与被测传感器6相连，则声发射换能器2与被测传感器6通过夹具7面对面固定放置，其中接触面涂抹耦合剂；

声发射装置1向声发射换能器2发送一组测试信号后，分别测得参考传感器4的频率响应U(f)和被测传感器6的频率响应S(f)；被测传感器6的压力场灵敏度D(f)＝S₀(f)×U(f)/S(f)，其中S₀(f)为参考传感器4的标定灵敏度。

对被测检测仪8的纵波灵敏度、表面波灵敏度、压力场灵敏度和整机灵敏度进行校验时，若该被测检测仪8为用于SF₆气体绝缘的电力设备，则被测检测仪8的频带范围20kHz～80kHz；若该被测检测仪为用于充油电力设备，则被测检测仪8的频带范围80kHz～200kHz。

（4）如图5所示该校验系统进行被测检测仪8的整机灵敏度、整机频带、整机线性度误差和整机重复性的检测试验时：测量装置3与参考传感器4相连；声发射换能器2设置在试验试块5的中心点；参考传感器4和被测检测仪8通过耦合剂对称设置在中心点的两侧；

①：整机灵敏度试验，声发射装置1向声发射换能器2发送一组测试信号后，分别测得参考传感器4的频率响应U(f)和被测检测仪8的被测传感器6的频率响应S(f)；被测检测仪8的整机灵敏度D(f)＝S₀(f)×U(f)/S(f)，其中S₀(f)为参考传感器4的标定灵敏度。

②：整机频带检测试验，对被测检测仪8的整机灵敏度进行归一化处理，获取整机灵敏度的归一化值降到归一化阈值时的频率点；频率点为被测检测仪8整机频带的截止频率；本实施例中归一化阈值为0.501，与该阈值对应的频率点为-6dB，因此被测检测仪8整机频带的截止频率为-6dB。

③：整机线性度误差检测试验，校验步骤为：

a、声发射装置1向声发射转换器2输出频率为20KHz～200KHz的正弦信号；

b、调整声发射装置1使得被测检测仪8的输出值Y≥80dB，并记录此时测量装置3的输出峰值电压U和被测检测仪8的输出峰值电压A；

c、调整声发射装置1的输出信号幅值，使得测量装置3的输出峰值电压为λU并记录每次被测检测仪8的输出峰值电压A_λ，λ的值依次为0.8、0.6、0.4和0.2，；被测检测仪8的线性度误差 ${\mathrm{\δ}}_i=\frac{A_{\mathrm{\λ}}-\mathrm{\λA}}{\mathrm{\λA}}\×100\%.$

④：整机重复性检测试验，声发射装置1向声发射转换器2输出恒定幅值和恒定频率的正弦信号；分别记录被测检测仪8开机时刻和连续工作30min后的输出信号幅值，若输出信号幅值的变化量不超过±20%，则认为被测检测仪8满足重复性的要求。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (6)

1.一种局部放电超声波检测仪的校验系统，所述系统包括试验试块，其特征在于，所述系统包括声发射装置、声发射换能器、测量装置、参考传感器、被测检测仪和夹具；所述声发射装置与所述声发射换能器相连；所述测量装置与所述参考传感器相连；所述声发射换能器、参考传感器和被测检测仪的被测传感器均设置在所述试验试块上；

所述校验系统用于对所述被测检测仪进行纵波灵敏度试验、表面波灵敏度试验、压力场灵敏度试验以及对所述被测检测仪的整机灵敏度、整机频带、整机线性度误差和整机重复性进行检测试验；

所述校验系统进行所述纵波灵敏度试验时：所述测量装置分别与参考传感器和被测传感器相连；所述声发射换能器设置在所述试验试块中一侧面的中心点；所述参考传感器和被测传感器通过耦合剂对称设置在所述试验试块中与所述的一侧面相对的另一侧面的中心点的两侧；

所述校验系统进行所述表面波灵敏度试验时：所述测量装置分别与参考传感器和被测传感器相连；所述声发射换能器设置在所述试验试块的中心点；所述参考传感器和被测传感器通过耦合剂对称设置在所述声发射换能器的两侧；

所述校验系统进行所述压力场灵敏度试验时：若所述测量装置与参考传感器相连，则所述声发射换能器与参考传感器通过所述夹具面对面固定放置，其中接触面涂抹耦合剂；若所述测量装置与被测传感器相连，则所述声发射换能器与被测传感器通过所述夹具面对面固定放置，其中接触面涂抹耦合剂；

所述校验系统进行所述被测检测仪的整机灵敏度、整机频带、整机线性度误差和整机重复性的检测试验时：所述测量装置与参考传感器相连；所述声发射换能器设置在所述试验试块中一侧面的中心点；所述参考传感器和被测检测仪的被测传感器通过耦合剂对称设置在所述试验试块中与所述的一侧面相对的另一侧面的中心点的两侧。

2.如权利要求1所述的一种局部放电超声波检测仪的校验系统，其特征在于，所述声发射装置向所述声发射换能器发送一组测试信号后，分别测得参考传感器的频率响应U(f)和被测传感器的频率响应S(f)；所述被测检测仪的纵波灵敏度、表面波灵敏度、压力场灵敏度和整机灵敏度通过式(1)计算得到，其中S₀(f)为参考传感器的标定灵敏度；

D(f)＝S₀(f)×U(f)/S(f) (1)。

3.如权利要求2所述的一种局部放电超声波检测仪的校验系统，其特征在于，所述校验系统进行整机频带检测试验时，对所述被测检测仪的整机灵敏度进行归一化处理，获取所述整机灵敏度的归一化值降到归一化阈值时的频率点；所述频率点为被测检测仪频带的截止频率。

4.如权利要求1所述的一种局部放电超声波检测仪的校验系统，其特征在于，所述校验系统进行整机线性度误差检测试验时，所述声发射装置输出频率为20KHz～200KHz的正弦信号；

调整所述声发射装置使得被测检测仪的输出值Y≥80dB，并记录此时所述测量装置的输出峰值电压U和被测检测仪的输出峰值电压A；

调整所述声发射装置的输出信号幅值，使得所述测量装置的输出峰值电压为λU并记录每次所述被测检测仪的输出峰值电压A_λ，λ的值依次为0.8、0.6、0.4和0.2；所述被测检测仪的整机线性度误差

5.如权利要求1所述的一种局部放电超声波检测仪的校验系统，其特征在于，所述校验系统进行整机重复性检测试验时，所述声发射装置输出恒定幅值和恒定频率的正弦信号；分别记录所述被测检测仪开机和连续工作30min后的输出信号幅值，若所述输出信号幅值的变化量不超过±20％，则被测检测仪满足重复性的要求。

6.如权利要求1所述的一种局部放电超声波检测仪的校验系统，其特征在于，所述纵波灵敏度试验的试验试块为直径不小于200mm，高度不小于100mm的钢制圆柱型材；所述表面波灵敏度试验的试验试块为直径不小于400mm，高度不小于180mm的钢制圆柱型材。