超声波局放监测装置的工作原理及特点

关于声波的一些解释

    局放监测装置采用高频超声波作为监测技术之一，那为什么会选择超声波而不用其他声波呢？本文会从声音频率、传播介质、波形、衰减几方面解释。我们都知道机械在震动时候会向外发出声波信号，按照震动频率可分为次声波、声波、超声波三种，为了便于理解，以下做了对比说明：

    1、次声波：次声波是频率低于20Hz的声波，人耳无法听到。这类声波具有传播远、穿透性强等特点，虽然次声波频率低，但其波长远大于一般障碍物或建筑物的尺寸，因此它可以轻易绕过障碍物进行长距离传播。

    2、声波：频率在0.02-20kHz之间，是人们听觉所能识别的范围，与声波特性相似，但由于频率更高，具有一些不同特性，可在气体、液体和固体中传播，波形为纵波。

    3、超声波：频率高于20kHz，同样可在气体、液体和固体中传播，不同的是在气体和液体中为纵波，在固体中为横波，由于频率较高，超声波在传播过程中的衰减比声波更 大。

超声波的主要特征

    超声波的特征值包括声强、声压和声阻抗，因为这些特殊特点，超声波更加适合作为局放监测技术：

    声强（I）：单位时间内垂直通过单位面积的声的能量。声强的大小与机械波的频率的平方成正比，由于超声波频率很高，所以它的声强相对很大，这种特征正是超声波能够用于绝缘状态诊断的重要依据。

    声压（P）：指的是当声音通过介质时候，由于振动产生的压强改变量。介质在没有受到任何外力时候所具有的压强称为静态压强，用P0表示。当超声波在介质中传播时，传播的过程中，介质的质点会振动，振动会使介质中的压强交替变化。令超声场传播路径中的某一点在某一瞬间的压强值为Pr，声压就是该点的Pr与该点的静态压强之差。

    声阻抗（Z）：机械波穿越介质时候需要克服的阻力，超声波传播路径上的某一点的声压P与该点的质点振动速度v之比，它的大小可以表示超声场中的介质对质点振动的阻碍作用的强弱。

超声波局放监测装置的工作原理

    当高压设备因为绝缘故障发生局部放电时，就会向外发出电磁波信号，检测这种电磁波可以发现内部绝缘缺陷的异常。这种电磁波频率非常高，所以局放监测装置采用超高频电磁波作为监测技术手段，可以减少现场其他噪声的干扰。高压设备局部放电的位置，与超声波局放传感器之间有一定的距离，在超声波传播的过程中，可能会遇到间隙、夹层、裂缝等不痛的介质阻挡，超声波信号因为频率很高，任何阻挡都会改变局部放电超声波信号的幅值、相位、频谱等特征，产生衰减，因此局放监测装置安装的位置很关键，需要靠近监测点位。

    局放监测装置的采集探头为压电传感器，当超声波传播至传感器时，传感器根据压电原理将振动信号变成电信号，经过声电转换之后，声波就变成了数字信号，然后对电信号进行放大、变换等运算处理，计算的到需要的波形、到达时间等信息，根据这些数据信息可以对局部放电的情况进行定量分析和定位。

    分析了超声波原理之后，可以利用超声波作为局放监测的技术手段，监测局放信号。基于超声波的传播特征，传感器需要安装在开关柜的缝隙之间，有利于提高捕捉局放信号。