CN103207376B - 一种gis局部放电超声检测装置的标定方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种GIS局部放电超声检测装置的标定方法：在平台一侧的发射换能器施加脉冲电压激励，产生超声振动，测量在平台另一侧的待检传感器响应特性，实现对GIS局部放电检测装置灵敏度标定。专用于上述方法的标定装置：具有圆形铝制桌面标定台，在桌面上表面设有基准或待检超声传感器、下表面设有发射换能器，基准和待检超声传感器经前置放大器后连接局放超声检测仪，发射换能器连接脉冲信号源，桌面上、下都设有耦合压紧机构。本发明利用脉冲电压源激励发射换能器，在标定平台上产生稳定的标定超声脉冲信号，对局部放电超声检测装置进行灵敏度标定，这种方法操作简便，标定重复性好，为GIS局部放电超声检测装置提供了一种有效的定量化评价方法。

Description

一种GIS局部放电超声检测装置的标定方法及装置

技术领域

本发明涉及一种GIS局部放电超声检测装置的标定方法。本发明还涉及专用于所述方法的GIS局部放电超声检测装置的标定装置。

背景技术

局部放电是金属封闭气体绝缘组合电器（GIS）中局部区域内发生的放电现象，如果局部放电长期存在，将会造成绝缘的破坏，从而导致GIS内部发生贯穿性击穿。目前在电网中广泛应用的GIS局部放电超声检测装置，能够在GIS运行中实现对内部放电的检测和准确定位，对及时发现设备隐患具有重要作用。

但目前缺乏必要的校核手段对不同局部放电超声检测装置的传感器灵敏度、***动态范围特性进行定量化测试和评价，这是影响局部放电超声检测技术推广应用的主要技术瓶颈。

压电型传感器是局部放电超声检测***的关键部件，对其灵敏度进行标定是保障局部放电超声振动准确检测和分析的前提。在超声传感器比较法校准中关键是如何获得稳定可靠的机械声源，目前主要采用铅笔芯断裂、毛细玻璃管断裂、钢球碰撞等方法，通过释放阶跃力产生弹性波等方法，但这些方法极易引入诸多人为因素，重复性不理想。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种GIS局部放电超声检测***的标定方法。

本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供专用于上述方法的GIS局部放电超声检测装置的标定装置。

本发明以铝制标定台模拟GIS壳体，利用脉冲电压源激励发射换能器在标定台表面产生与实际GIS中局部放电信号相似的超声振动，同时测量GIS局部放电超声检测装置的输出响应，即可实现对其灵敏度进行标定，本发明可有效避免人为因素，重复性理想。

解决上述第一个技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种GIS局部放电超声检测装置的标定方法，包括以下步骤：

S1将声发射换能器和经原级标定的基准传感器分别设置在一具有圆形铝制桌面的标定台的上、下表面中心处，铝制桌面直径厚度比应大于20、表面光洁度不低于Ra3.2，基准超声传感器经前置放大器后连接局放超声检测仪，发射换能器连接脉冲信号源；

S2在基准传感器和声发射换能器上分别加载不小于10N的耦合力，排空基准传感器和发射换能器与平台桌面间的气泡；

S3脉冲电压源产生上升沿小于1ms，脉冲宽度小于100ms的脉冲电压，发射换能器输出信号能量覆盖20~300kHz频率范围；

S4通过局放超声检测仪记录参考传感器的电压波形，得到参考传感器对激励信号的接收响应u ₁；

S5根据参考传感器灵敏度S₁，通过公式1计算得到标定平台发射换能器产生的等效声压M：

M=(U _1,PEK )/S ₁                 (1)

式中：

     S₁——参考传感器的冲击灵敏度，V/Pa；

     U_1,PEK——参考传感器的脉冲响应幅值，V；

     M—— 发射换能器在标定台上产生的等效声压，Pa；

S6撤下参考传感器，将待标定GIS局部放电超声检测装置的传感器安装在原参考传感器位置，对发射换能器施加相同的激励电压，记录待标定局放超声检测装置的输出响应u ₂，通过公式2计算得到待标定检测***传感器的灵敏度S ₂ ：

S ₂ =(U _2,PEK )/M                     (2)

式中：

     S ₂ ——超声检测***的灵敏度，V/Pa；

     U _2,PEK —超声检测***的脉冲响应幅值，V；

     M—— 发射换能器在标定台上产生的等效声压，Pa。

解决上述第二个技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种专用于上述方法的GIS局部放电超声检测装置的标定装置，其特征是：包括一具有圆形铝制桌面的标定台21，在铝制桌面轴线上，上表面设有基准或待检超声传感器22、下表面设有发射换能器23，基准和待检超声传感器22经前置放大器25后连接局放超声检测仪26，发射换能器23连接脉冲信号源27，桌面上、下都设有耦合压紧机构24。

所述的铝制桌面的直径厚度比大于20、表面光洁度不低于Ra3.2，所述的耦合压紧机构24为带压力测试仪的螺旋压紧机构，压紧力在10—100N范围内，可连续调节；发射换能器上加载不小于10N的耦合力。

所述的脉冲电压源可产生上升沿小于1ms，脉冲宽度小于100ms的脉冲电压，所述的发射换能器为利用压电陶瓷的逆压电效应激励超声振动。

有益效果：本发明利用脉冲电压源激励发射换能器，在标定平台上产生稳定的标定超声脉冲信号，对局部放电超声检测装置进行灵敏度标定，这种方法操作简便，标定重复性好，为GIS局部放电超声检测装置提供了一种有效的定量化评价方法。

附图说明

图1为本发明的标定装置的组成和连接关系示意图。

图中：21-标定台；22-超声传感器；23-发射换能器；24-传感器固定机构；25-前置放大器；26-放超声检测仪；27-脉冲信号源。

具体实施方式

本发明的GIS局部放电超声检测装置的标定方法，包括以下步骤：

S1将声发射换能器和经原级标定的基准传感器分别设置在一具有圆形铝制桌面的标定台的上、下表面中心处，铝制桌面直径厚度比应大于20、表面光洁度不低于Ra3.2，基准超声传感器经前置放大器后连接局放超声检测仪，发射换能器连接脉冲信号源；

S2在基准传感器和声发射换能器上分别加载不小于10N的耦合力，排空基准传感器和发射换能器与平台桌面间的气泡；

S3脉冲电压源产生上升沿小于1ms，脉冲宽度小于100ms的脉冲电压，发射换能器输出信号能量覆盖20~300kHz频率范围；

S4通过局放超声检测仪记录参考传感器的电压波形，得到参考传感器对激励信号的接收响应u ₁；

S5根据参考传感器灵敏度S₁，通过公式1计算得到标定平台发射换能器产生的等效声压M：

M=(U _1,PEK )/S ₁                 (1)

式中：

     S₁——参考传感器的冲击灵敏度，V/Pa；

     U_1,PEK——参考传感器的脉冲响应幅值，V；

     M—— 发射换能器在标定台上产生的等效声压，Pa；

S6撤下参考传感器，将待标定GIS局部放电超声检测装置的传感器安装在原参考传感器位置，对发射换能器施加相同的激励电压，记录待标定检测***的输出响应u ₂，通过公式2计算得到待标定检测***传感器的灵敏度S ₂ ：

S ₂ =(U _2,PEK )/M                     (2)

式中：

     S ₂ ——超声检测***的灵敏度，V/Pa；

     U _2,PEK —超声检测***的脉冲响应幅值，V；

     M—— 发射换能器在标定台上产生的等效声压，Pa。

如图1所示，专用于上述方法的GIS局部放电超声检测装置的标定装置，包括一具有圆形铝制桌面的标定台21，铝制桌面的直径厚度比大于20、表面光洁度不低于Ra3.2，此为了避免边缘的反射效应。

在铝制桌面轴线上，上表面设有基准超声传感器22、下表面设有发射换能器23，基准超声传感器22经前置放大器25后连接局放超声检测仪26，发射换能器23连接脉冲信号源27，脉冲电压源可产生上升沿小于1ms，脉冲宽度小于100ms的脉冲电压，发射换能器为利用压电陶瓷的逆压电效应激励发射换能器。

在桌面上、下都设有耦合压紧机构24，其为带压力测试仪的螺旋压紧机构，压紧力在10—100N范围内，可连续调节；发射换能器上加载不小于10N的耦合力。

为了保证标定结果能够真实反映GIS局部放电超声检测的实际效果，标定台采用铝板制成，表面光洁度不低于Ra3.2。

将发射换能器和基准传感器装设在平台两侧表面中心处，由于传感器的标定效果受测量位置、与平台的接触紧密程度影响较大，故采用带压紧力测量的声发射换能器和超声传感器专用夹具，通过螺旋压紧机构实施紧固压力，利用压力测试仪测量压紧力的大小。发射换能器上加载不小于10N的耦合力，排空传感器与介质间的气泡，使其与标定台能紧密地耦合在一起。

对检测装置进行标定，需使用一个发射换能器为传感器提供一个可控制、可量测的超声振动输入量，本发明采用声发射换能器作为基本振动声源，采用上升沿小于1ms，脉冲宽度小于100ms的脉冲电压源，利用压电陶瓷的逆压电效应激励发射换能器在标定台上产生与局部放电相似的超声脉冲振动，发射换能器要求其输出信号能量应能覆盖20~300kHz或更宽的频率范围。

脉冲电压源发射窄脉冲至发射换能器，在发射换能器与标定台的耦合界面产生振动波，以经一级校准的超声传感器作为基准传感器，将基准传感器沿同一轴线安装在与发射换能器相对的标定台表面。通过超声检测装置记录参考传感器的电压波形，可以得到参考传感器对激励信号的接收响应u ₁。根据参考传感器经原级标定的灵敏度S ₁，可以通过公式1计算得到标定平台发射换能器产生的等效声压M。

对发射换能器施加相同的激励电压，可认为后续与基准传感器安装在相同位置的待标定检测装置传感器和参考传感器接收的振动声压相等。通过记录待标定检测装置的输出响应u ₂，通过公式2即可计算得到超声检测装置的灵敏度S₂。

Claims (4)

1.一种GIS局部放电超声检测装置的标定方法，包括以下步骤：

S1将声发射换能器和经原级标定的基准传感器分别设置在一具有圆形铝制桌面的标定台的上、下表面中心处，铝制桌面直径厚度比大于20、表面光洁度不低于Ra3.2，基准传感器经前置放大器后连接局放超声检测仪，声发射换能器连接脉冲信号源；

S2在基准传感器和声发射换能器上分别加载不小于10N的耦合力，排空基准传感器和声发射换能器与平台桌面间的气泡；

S3脉冲电压源产生上升沿小于1ms、脉冲宽度小于100ms的脉冲电压，声发射换能器输出信号能量覆盖20-300kHz频率范围；

S4通过局放超声检测仪记录基准传感器的电压波形，得到基准传感器对激励信号的接收响应u₁；

S5根据基准传感器灵敏度S₁，通过公式1计算得到标定平台声发射换能器产生的等效声压M：

M＝(U_1,PEK)/S₁   (1)

式中：

S₁——基准传感器的冲击灵敏度，V/Pa；

U_1,PEK——基准传感器的脉冲响应幅值，V；

M——声发射换能器在标定台上产生的等效声压，Pa；

S6撤下基准传感器，将待标定GIS局部放电超声检测装置的传感器安装在原基准传感器位置，对声发射换能器施加相同的激励电压，记录待标定GIS局部放电超声检测装置的输出响应u₂，通过公式2计算得到待标定GIS局部放电超声检测装置传感器的灵敏度S₂：

S₂＝(U_2,PEK)/M   (2)

式中：

S₂——超声检测***的灵敏度，V/Pa；

U_2,PEK—超声检测***的脉冲响应幅值，V；

M——声发射换能器在标定台上产生的等效声压，Pa。

2.一种专用于如权利要求1所述方法的GIS局部放电超声检测装置的标定装置，其特征是：包括一具有圆形铝制桌面的标定台(21)，在铝制桌面轴线上，上表面设有基准传感器(22)、下表面设有声发射换能器(23)，基准传感器(22)经前置放大器(25)后连接局放超声检测仪(26)，声发射换能器(23)连接脉冲信号源(27)，桌面上、下都设有耦合压紧机构(24)。

3.根据权利要求2所述的GIS局部放电超声检测装置的标定装置，其特征是：所述的铝制桌面的直径厚度比大于20、表面光洁度不低于Ra3.2，所述的耦合压紧机构(24)为带压力测试仪的螺旋压紧机构，压紧力在10—100N范围内连续可调。

4.根据权利要求3所述的GIS局部放电超声检测装置的标定装置，其特征是：所述的脉冲电压源可产生上升沿小于1ms，脉冲宽度小于100ms的脉冲电压，所述的声发射换能器为利用压电陶瓷的逆压电效应激励超声振动。