CN105954698A - 非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验装置及方法 - Google Patents

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曹超
刘凤琳
陈云鹏
杜合
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厉洋
叶新林
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Abstract

本发明公开了一种非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验装置及方法，其中装置部分包括信号激励源、超声波换能器模块、校验平台、参考传感器、示波器、50Ω同轴电缆，被检仪器包括被测传感器和局放检测仪，本发明可检测项目包括灵敏度、检测频带、线性度、稳定性等，测试方法容易实现、调试简单快速、测试过程方便快捷，适用于电力检测行业的非接触式超声波法局部放电检测仪的例行维护、测试、校正等性能考核，保证检测仪器的有效性、可靠性。

Description

非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验装置及方法
技术领域
本发明属于高压检测技术领域，具体涉及一种非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验装置及方法。
背景技术
在高压检测领域，局部放电的检测方法很多，其中声测法受外部电磁噪声影响较小，是比较理想的非电量现场检测方法。对于变电站现场的开关柜类电力设备，内部发生局部放电，伴随产生超声波信号，超声波信号沿着空气传播到电力设备外壳门缝处，通过在电力设备外壳门缝处使用非接触式超声波传感器，可以采集到内部局放产生的超声波信号，超声波传感器再将检测到的超声波信号转换成电信号送入局放检测仪中，进而分析判断电力设备的局部放电情况。这种局放检测方式称为非接触式超声波法，由于目前非接触式超声波局放检测仪性能良莠不齐，缺乏统一的性能校验平台，大大影响了电力设备局放检测结果的有效性和可靠性，对电力设备的安全运行会带来重大隐患，因此设计一种非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验设计方法具有重大意义。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验装置及方法。
一种非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验装置，包括信号激励源、超声波换能器模块、校验平台、参考传感器、示波器、50Ω同轴电缆，被检仪器包括被测传感器和局放检测仪，
所述的信号激励源与超声波换能器模块通过50Ω同轴电缆连接，所述的信号激励源作为信号源，超声波换能器模块作为信号发射装置；所述的校验平台上设有刻度标尺，信号发射平台和信号接收平台也分别设置在校验平台上，信号接收平台可以在校验平台上自由滑动；所述的超声波换能器模块设置在信号发射平台上，被测传感器或参考传感器设置在信号接收平台；被测传感器或参考传感器与超声波换能器模块处于同一水平高度；所述的参考传感器或被测传感器通过50Ω同轴电缆与示波器连接，所述的局放检测仪与被测传感器通过50Ω同轴电缆连接。
所述的信号激励源分为正弦波信号源和脉冲标定源，提供幅值、频率可调的连续正弦波信号、脉冲信号、正弦脉冲序列(持续时间可调)；所述的正弦波信号源输出幅值0～10V、频率0～10MHz可调；所述的脉冲信号输出幅值1mV～10V可调，脉冲信号上升沿时间(10％～90％)不大于150ns，脉冲宽度不小于1μs；所述的正弦脉冲序列输出幅值1mV～10V、频率20kHz～200kHz可调。
所述的超声波发射模块为超声波换能器，所述超声波换能器的输出功率为5W,频率范围10K-300KHz，将激励信号源输入的电信号转换成超声波信号输出，且幅值频率根据输入信号的调节而变化。
所述的超声波换能器的中心谐振频率频率大于兆赫兹级。
所述的校验平台整体采用金属铝材制作，长度110cm；
所述的参考传感器采用高精度超声波传感器，所述的参考传感器采用高精度超声波传感器，频带宽度范围为20K～200KHz，且必须包含20～60KHz。
所述的示波器，其模拟带宽不低于500MHz，采样率不低于2GS/s。
一种非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验装置的校验方法，具体包括以下部分：
1.灵敏度测试
步骤一：将被测传感器与示波器相连，调节信号激励源，使其输出一组脉冲宽度不小于1μs，幅值不小于5V的脉冲信号；
步骤二：测得被测传感器的频率响应U(f)；
步骤三：将参考传感器与示波器相连，调节信号激励源，使其输出一组脉冲宽度不小于1μs，幅值不小于5V的脉冲信号，测得参考传感器的频率响应S(f)；
步骤四：计算被测传感器的灵敏度D(f)＝S0(f)*U(f)/S(f),S0(f)为标准测量系统的标定灵敏度；
步骤五：由被测传感器的灵敏度曲线D(f)，得到其峰值灵敏度和均值灵敏度，峰值灵敏度即灵敏度响应峰值点，均值灵敏度即在选定频带范围内以1KHz为间隔做算术平均；
结论：若传感器的峰值灵敏度要求不低于60dB(V/(m/s)，均值灵敏度要求不低于40dB(V/(m/s)，则仪器满足性能要求。
2.检测频带试验
步骤一：将被测传感器与局放检测仪相连，由被测传感器灵敏度曲线D(f)找出选定频带范围内的频率响应最好的点；
步骤二：以频率响应最好的点为基准，减小频率，找出局放检测仪灵敏度D(f)的归一化值降到0.501时的频率点(-6dB点)，此点即为局放检测仪的下限截止频率；
步骤三：以频率响应最好的点为基准，增加频率，找出局放检测仪灵敏度D(f)的归一化值降到0.501时的频率点(-6dB点)，此点即为局放检测仪的上限截止频率；
步骤四：局放检测仪的检测频带即为下限截止频率到上限截止频率。
结论：若非接触式超声波局放检测仪的检测频带在20kHz-60kHz范围内，则仪器满足性能要求。
3.线性度误差测试
步骤一：测试时设置信号激励源输出正弦波信号的频率固定为被测仪器频率响应最好的点，该频率取20KHz-60KHz间的某一频率值；
步骤二：调节信号激励源输出正弦波信号幅值使局放检测仪输出值大于等于80dB，记录示波器的输出峰值电压和局放检测仪输出值A；
步骤三：依次降低信号激励源输出正弦波信号幅值，使示波器输出电压峰值为λU，λ＝0.8、0.6、0.4、0.2，记录局放检测仪输出的响应示值Aλ；
步骤四：根据各测量点计算局放检测仪的线性度误差，
ϵ i = A λ - λ A λ A × 100 % .
结论：若仪器的线性度误差小于5％，则符合仪器考核性能要求。
4.稳定性测试
步骤一：调节信号激励源输出恒定幅值的脉冲信号，记下局放检测仪刚开机时的检测信号幅值a；
步骤二：将局放检测仪连续工作1小时，记下此时局放检测仪的检测信号幅值b；
步骤三：根据记录值及公式(|b-a|/a)*100％计算稳定性误差。
结论：若局放检测仪检测到的检测峰值变化不超过正负20％，则符合仪器考核性能要求。
本发明所产生的效益
本发明提供一种非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验设计方法，可检测项目包括灵敏度、检测频带、线性度、稳定性等，测试方法容易实现、调试简单快速、测试过程方便快捷，适用于电力检测行业的非接触式超声波法局部放电检测仪的例行维护、测试、校正等性能考核，保证检测仪器的有效性、可靠性。
附图说明
图1为非接触式超声波局放测试仪的考核校验装置接线图。
图2为非接触式超声波局放测试仪的考核校验装置图。
具体实施例
如图1、图2所示，本发明提出了一种非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验装置，包括信号激励源、超声波换能器模块1、校验平台2、参考传感器、示波器、50Ω同轴电缆，被检仪器包括被测传感器和局放检测仪，
所述的信号激励源与超声波换能器模块通过50Ω同轴电缆连接，所述的信号激励源作为信号源，超声波换能器模块作为信号发射装置；所述的校验平台2上设有刻度标尺，信号发射平台4和信号接收平台3也分别设置在校验平台上，信号接收平台可以在校验平台上自由滑动；所述的超声波换能器模块1设置在信号发射平台上，被测传感器或参考传感器设置在信号接收平台；被测传感器或参考传感器与超声波换能器模块处于同一水平高度；所述的参考传感器或被测传感器通过50Ω同轴电缆与示波器连接，所述的局放检测仪与被测传感器通过50Ω同轴电缆连接。
所述的信号激励源分为正弦波信号源和脉冲标定源，提供幅值、频率可调的连续正弦波信号、脉冲信号、正弦脉冲序列(持续时间可调)；所述的正弦波信号源输出幅值0～10V、频率0～10MHz可调；所述的脉冲信号输出幅值1mV～10V可调，脉冲信号上升沿时间(10％～90％)不大于150ns，脉冲宽度不小于1μs；所述的正弦脉冲序列输出幅值1mV～10V、频率20kHz～200kHz可调。
所述的超声波发射模块为超声波换能器，所述超声波换能器的输出功率为5W,频率范围10K-300KHz，将激励信号源输入的电信号转换成超声波信号输出，且幅值频率根据输入信号的调节而变化。
所述的超声波换能器的中心谐振大于兆赫兹级。
所述的校验平台整体采用金属铝材制作，长度110cm；
所述的参考传感器采用高精度超声波传感器，所述的参考传感器采用高精度超声波传感器，频带宽度范围为20K～200KHz，且必须包含20～60KHz。
所述的示波器，其模拟带宽不低于500MHz，采样率不低于2GS/s。
一种非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验装置的校验方法，具体包括以下部分：
1.灵敏度测试
步骤一：将被测传感器与示波器相连，调节信号激励源，使其输出一组脉冲宽度不小于1μs，幅值不小于5V的脉冲信号；
步骤二：测得被测传感器的频率响应U(f)；
步骤三：将参考传感器与示波器相连，调节信号激励源，使其输出一组脉冲宽度不小于1μs，幅值不小于5V的脉冲信号，测得参考传感器的频率响应S(f)；
步骤四：计算被测传感器的灵敏度D(f)＝S0(f)*U(f)/S(f),S0(f)为标准测量系统的标定灵敏度；
步骤五：由被测传感器的灵敏度曲线D(f)，得到其峰值灵敏度和均值灵敏度，峰值灵敏度即灵敏度响应峰值点，均值灵敏度即在选定频带范围内以1KHz为间隔做算术平均；
结论：若传感器的峰值灵敏度要求不低于60dB(V/(m/s)，均值灵敏度要求不低于40dB(V/(m/s)，则仪器满足性能要求。
2.检测频带试验
步骤一：将被测传感器与局放检测仪相连，由被测传感器灵敏度曲线D(f)找出选定频带范围内的频率响应最好的点；
步骤二：以频率响应最好的点为基准，减小频率，找出局放检测仪灵敏度D(f)的归一化值降到0.501时的频率点(-6dB点)，此点即为局放检测仪的下限截止频率；
步骤三：以频率响应最好的点为基准，增加频率，找出局放检测仪灵敏度D(f)的归一化值降到0.501时的频率点(-6dB点)，此点即为局放检测仪的上限截止频率；
步骤四：局放检测仪的检测频带即为下限截止频率到上限截止频率。
结论：若非接触式超声波局放检测仪的检测频带在20kHz-60kHz范围内，则仪器满足性能要求。
3.线性度误差测试
步骤一：测试时设置信号激励源输出正弦波信号的频率固定为被测仪器频率响应最好的点，该频率取20KHz-60KHz间的某一频率值；
步骤二：调节信号激励源输出正弦波信号幅值使局放检测仪输出值大于等于80dB，记录示波器的输出峰值电压和局放检测仪输出值A；
步骤三：依次降低信号激励源输出正弦波信号幅值，使示波器输出电压峰值为λU，λ＝0.8、0.6、0.4、0.2，记录局放检测仪输出的响应示值Aλ；
步骤四：根据各测量点计算局放检测仪的线性度误差，
ϵ i = A λ - λ A λ A × 100 % .
结论：若仪器的线性度误差小于5％，则符合仪器考核性能要求。
4.稳定性测试
步骤一：调节信号激励源输出恒定幅值的脉冲信号，记下局放检测仪刚开机时的检测信号幅值a；
步骤二：将局放检测仪连续工作1小时，记下此时局放检测仪的检测信号幅值b；
步骤三：根据记录值及公式(|b-a|/a)*100％计算稳定性误差。
结论：若局放检测仪检测到的检测峰值变化不超过正负20％，则符合仪器考核性能要求。

Claims (8)

1.非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验装置，其特征在于：包括信号激励源、超声波换能器模块、校验平台、参考传感器、示波器、50Ω同轴电缆，被检仪器包括被测传感器和局放检测仪，
所述的信号激励源与超声波换能器模块通过50Ω同轴电缆连接，所述的信号激励源作为信号源，超声波换能器模块作为信号发射装置；所述的校验平台上设有刻度标尺，信号发射平台和信号接收平台也分别设置在校验平台上，信号接收平台可以在校验平台上自由滑动；所述的超声波换能器模块设置在信号发射平台上，被测传感器或参考传感器设置在信号接收平台；被测传感器或参考传感器与超声波换能器模块处于同一水平高度；所述的参考传感器或被测传感器通过50Ω同轴电缆与示波器连接，所述的局放检测仪与被测传感器通过50Ω同轴电缆连接。
2.根据权利要去1所述的非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验装置，其特征在于：所述的信号激励源分为正弦波信号源和脉冲标定源，提供幅值、频率可调的连续正弦波信号、脉冲信号、正弦脉冲序列；所述的正弦波信号源输出幅值0～10V、频率0～10MHz可调；所述的脉冲信号输出幅值1mV～10V可调，脉冲信号上升沿时间不大于150ns，脉冲宽度不小于1μs；所述的正弦脉冲序列输出幅值1mV～10V、频率20kHz～200kHz可调。
3.根据权利要去1所述的非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验装置，其特征在于：所述的超声波发射模块为超声波换能器，所述超声波换能器的输出功率为5W,频率范围10K-300KHz，将激励信号源输入的电信号转换成超声波信号输出，且幅值频率根据输入信号的调节而变化。
4.根据权利要去1所述的非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验装置，其特征在于：所述的超声波换能器的中心谐振大于兆赫兹级。
5.根据权利要去1所述的非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验装置，其特征在于：所述的校验平台整体采用金属铝材制作，长度110cm。
6.根据权利要去1所述的非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验装置，其特征在于：所述的参考传感器采用高精度超声波传感器，频带宽度范围为20K～200KHz，且必须包含20～60KHz。
7.根据权利要去1所述的非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验装置，其特征在于：所述的示波器，其模拟带宽不低于500MHz，采样率不低于2GS/s。
8.根据权利要去1所述的非接触式超声波法局部放电检测仪的考核校验装置的校验方法，其特征在于：具体包括以下部分：
（1）.灵敏度测试
步骤一：将被测传感器与示波器相连，调节信号激励源，使其输出一组脉冲宽度不小于1μs，幅值不小于5V的脉冲信号；
步骤二：测得被测传感器的频率响应U(f)；
步骤三：将参考传感器与示波器相连，调节信号激励源，使其输出一组脉冲宽度不小于1μs，幅值不小于5V的脉冲信号，测得参考传感器的频率响应S(f)；
步骤四：计算被测传感器的灵敏度D(f)＝S0(f)*U(f)/S(f),S0(f)为标准测量系统的标定灵敏度；
步骤五：由被测传感器的灵敏度曲线D(f)，得到其峰值灵敏度和均值灵敏度，峰值灵敏度即灵敏度响应峰值点，均值灵敏度即在选定频带范围内以1KHz为间隔做算术平均；
结论：若传感器的峰值灵敏度要求不低于60dB(V/(m/s)，均值灵敏度要求不低于40dB(V/(m/s)，则仪器满足性能要求；
（2）.检测频带试验
步骤一：将被测传感器与局放检测仪相连，由被测传感器灵敏度曲线D(f)找出选定频带范围内的频率响应最好的点；
步骤二：以频率响应最好的点为基准，减小频率，找出局放检测仪灵敏度D(f)的归一化值降到0.501时的频率点，此点即为局放检测仪的下限截止频率；
步骤三：以频率响应最好的点为基准，增加频率，找出局放检测仪灵敏度D(f)的归一化值降到0.501时的频率点，此点即为局放检测仪的上限截止频率；
步骤四：局放检测仪的检测频带即为下限截止频率到上限截止频率；结论：若非接触式超声波局放检测仪的检测频带在20kHz-60kHz范围内，则仪器满足性能要求；
（3）.线性度误差测试
步骤一：测试时设置信号激励源输出正弦波信号的频率固定为被测仪器频率响应最好的点，该频率取20KHz-60KHz间的某一频率值；
步骤二：调节信号激励源输出正弦波信号幅值使局放检测仪输出值大于等于80dB，记录示波器的输出峰值电压和局放检测仪输出值A；
步骤三：依次降低信号激励源输出正弦波信号幅值，使示波器输出电压峰值为λU，λ＝0.8、0.6、0.4、0.2，记录局放检测仪输出的响应示值Aλ；
步骤四：根据各测量点计算局放检测仪的线性度误差，
结论：若仪器的线性度误差小于5％，则符合仪器考核性能要求；
（4）.稳定性测试
步骤一：调节信号激励源输出恒定幅值的脉冲信号，记下局放检测仪刚开机时的检测信号幅值a；
步骤二：将局放检测仪连续工作1小时，记下此时局放检测仪的检测信号幅值b；
步骤三：根据记录值及公式(|b-a|/a)*100％计算稳定性误差；
结论：若局放检测仪检测到的检测峰值变化不超过正负20％，则符合仪器考核性能要求。
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