超聲波技術(shù)講義

1、超聲波技術(shù)及其應(yīng)用 北京市電力變電公司 韓曉昆主要內(nèi)容主要內(nèi)容超聲波檢測技術(shù)及相關(guān)知識簡介超聲波檢測技術(shù)及相關(guān)知識簡介超聲波儀器介紹超聲波儀器介紹儀器使用方法儀器使用方法典型案例典型案例超聲波檢測技術(shù)超聲波檢測技術(shù)及相關(guān)知識簡介及相關(guān)知識簡介超聲波基本知識超聲波基本知識n頻率高于頻率高于20KHz赫茲的聲波稱為赫茲的聲波稱為“超聲波超聲波”，并，并具有以下特點(diǎn)：具有以下特點(diǎn)： 1） 超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播；質(zhì)中有效傳播； 2） 超聲波可傳遞很強(qiáng)的能量，在傳播時，方向超聲波可傳遞很強(qiáng)的能量，在傳播時，方向性強(qiáng)，能量易于集中；性強(qiáng)，

2、能量易于集中； 3） 超聲波會產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象；超聲波會產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象； 4） 超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，可在界面上產(chǎn)超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化現(xiàn)象。生強(qiáng)烈的沖擊和空化現(xiàn)象。 超聲波基本知識超聲波基本知識n超聲波的主要用途超聲波的主要用途 1） 工程學(xué)方面的應(yīng)用：水下定位與通訊、地下工程學(xué)方面的應(yīng)用：水下定位與通訊、地下資源勘查等資源勘查等 ；2）生物學(xué)方面的應(yīng)用：剪切大分子、生物工程）生物學(xué)方面的應(yīng)用：剪切大分子、生物工程及處理種子等及處理種子等 ； 3）治療學(xué)方面的應(yīng)用：理療、治癌、外科、體外）治療學(xué)方面的應(yīng)用：理療、治癌、外科、

3、體外碎石、牙科等碎石、牙科等 ； 4）軍事方面的應(yīng)用等）軍事方面的應(yīng)用等 。 局部放電基本知識局部放電基本知識n非貫通性的放電稱為局部放電非貫通性的放電稱為局部放電;將引起絕緣系統(tǒng)劣將引起絕緣系統(tǒng)劣化，逐漸導(dǎo)致絕緣損壞。化，逐漸導(dǎo)致絕緣損壞。n局部放電的伴隨征兆局部放電的伴隨征兆:n-光光n-熱熱n-氣體氣體n-聲聲n-電磁波電磁波空穴空穴局部放電基本知識局部放電基本知識n三種基本的局部放電類型三種基本的局部放電類型: :介質(zhì)內(nèi)部介質(zhì)內(nèi)部 ( (空穴空穴) ) 局部放電局部放電表面局部放電表面局部放電, , 電暈放電電暈放電 超聲波檢測原理超聲波檢測原理 當(dāng)高壓電氣設(shè)備內(nèi)部存在局部放電，在放電

4、過程中，當(dāng)高壓電氣設(shè)備內(nèi)部存在局部放電，在放電過程中，隨著放電的發(fā)生，伴隨著爆裂狀的聲發(fā)射，產(chǎn)生超聲波，隨著放電的發(fā)生，伴隨著爆裂狀的聲發(fā)射，產(chǎn)生超聲波，且很快向四周介質(zhì)傳播。伴隨有聲波能量的放出，超聲波且很快向四周介質(zhì)傳播。伴隨有聲波能量的放出，超聲波信號以某一速度通過不同介質(zhì)信號以某一速度通過不同介質(zhì)(隔板、油、隔板、油、SF6氣體等氣體等)以以球面波的形式向四周傳播。但由于超聲波頻率高其波長較球面波的形式向四周傳播。但由于超聲波頻率高其波長較短，因此它的方向性較強(qiáng)，從而它的能量較為集中，容易短，因此它的方向性較強(qiáng)，從而它的能量較為集中，容易進(jìn)行定位。進(jìn)行定位。 超聲波檢測的必要性超聲波檢

5、測的必要性電氣缺陷電氣缺陷 局部放電等局部放電等機(jī)械缺陷機(jī)械缺陷 機(jī)械振動等機(jī)械振動等超聲波信號超聲波信號超聲波儀器介紹超聲波儀器介紹超聲波檢測超聲波檢測超聲波檢測超聲波檢測傳感器傳感器放大器放大器調(diào)制器調(diào)制器放大器放大器本地振本地振蕩器蕩器耳機(jī)耳機(jī)表頭表頭電暈電暈, , 爬電爬電, , 電弧和較強(qiáng)的電弧和較強(qiáng)的PDPD對空氣絕緣設(shè)備最為有效對空氣絕緣設(shè)備最為有效超聲波檢測超聲波檢測nUltraprobe 9000將探測到的超聲波將探測到的超聲波信號轉(zhuǎn)換為可聽見信號轉(zhuǎn)換為可聽見的音頻信號，通過的音頻信號，通過耳機(jī)傳到人耳，并耳機(jī)傳到人耳，并在在LCD上用一個分上用一個分成成16小段的條形圖小段

6、的條形圖很直觀地實(shí)時顯示很直觀地實(shí)時顯示聲音強(qiáng)度的變化，聲音強(qiáng)度的變化，用數(shù)字顯示頻率和用數(shù)字顯示頻率和分貝值。分貝值。 超聲波檢測超聲波檢測n該儀器的單位為dB(分貝) ，特指基于1mV的被測信號的（分貝）幅值；n例如某一信號的實(shí)際幅值為15mV, 則其分貝值為20 x log(15(mV)/ 1(mV) = 23.5 分貝（dB）。 儀器使用方法儀器使用方法儀器的使用方法na- 主儀器nb- 耳機(jī)nc-超聲掃描模塊nd-接觸式模塊ne- 橡膠探頭nf-接觸式擴(kuò)展組件ng-超聲發(fā)生器nh-充電器a儀器的使用方法Ultraprobe 9000超聲波超聲波監(jiān)測儀主機(jī)監(jiān)測儀主機(jī) 1 主機(jī)運(yùn)行開關(guān)2

7、 電源插孔3 性能調(diào)節(jié)旋鈕（順時針調(diào)大，逆時針調(diào)?。? 聲音存儲按鈕5 外置耳機(jī)插孔a2 13345儀器的使用方法當(dāng)當(dāng)UP9000打開時打開時 ，顯，顯示面板將顯示示面板將顯示:n-強(qiáng)度水平：儀器探測到強(qiáng)度水平：儀器探測到的的dB值值 n- 頻率：儀器探測得頻頻率：儀器探測得頻率，率，UP9000可探測的可探測的頻率為頻率為20KHz-100KHz。n- 電池：顯示電池電量電池：顯示電池電量儀器的使用方法具體詳見：超聲波操作手冊具體詳見：超聲波操作手冊注意事項(xiàng)檢測前應(yīng)檢查超聲儀器連接是否完好。定期對超聲儀器進(jìn)行自檢，以保證超聲儀器測量的準(zhǔn)確度。一般1周自檢一次。在站內(nèi)檢測時，一般日光燈會產(chǎn)生超

8、聲。在對環(huán)境進(jìn)行檢測時，若發(fā)現(xiàn)有超生干擾可關(guān)閉測試周圍所有的燈后，再進(jìn)行檢測。當(dāng)對多個同類設(shè)備檢測時，若發(fā)現(xiàn)dB值為0或，但聽見的聲音與其它設(shè)備檢測時聽見的聲音不同時，應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)檢測，并錄下聲音。使用非接觸式進(jìn)行設(shè)備檢測時，探頭應(yīng)可能接近設(shè)備縫隙處 。注意事項(xiàng)在檢測時應(yīng)防止超聲儀器誤碰運(yùn)行設(shè)備上的“禁動”部位。在檢測時應(yīng)最大限度保持測試周圍的安靜，不要人為的產(chǎn)生噪音，而影響檢測的準(zhǔn)確度。對設(shè)備進(jìn)行超聲波檢測時，要分別使用接觸式和非接觸式對設(shè)備進(jìn)行檢測。因?yàn)楫?dāng)設(shè)備內(nèi)部有異常時，有些情況下只有一種檢測方式能檢測到。在使用非接觸式檢測時，應(yīng)使用40KHz的頻率；在使用接觸式檢測時，應(yīng)使用20KHz的

9、頻率。典型案例典型案例在密封端室發(fā)現(xiàn)電弧痕跡在密封端室發(fā)現(xiàn)電弧痕跡66kV 66kV 安裝安裝非侵入式技術(shù)非侵入式技術(shù) 國外超聲波案例 1電弧痕跡電弧痕跡66kV 66kV 安裝安裝國外超聲波案例 2空氣絕緣的開關(guān)母線室檢測到局放空氣絕緣的開關(guān)母線室檢測到局放 空氣絕緣的開關(guān)母線室檢測到局放空氣絕緣的開關(guān)母線室檢測到局放 潮濕引起腐蝕潮濕引起腐蝕國外超聲波案例 3國外超聲波案例 4Ultraprobe 9000 非接觸方式非接觸方式由于臟污和潮氣表面爬電由于臟污和潮氣表面爬電國內(nèi)超聲波案例 1n110kVGIS接地刀閘動觸頭元件懸浮電位造成局部放電 調(diào)度號或開關(guān)柜名稱調(diào)度號或開關(guān)柜名稱相位相位

10、有無異音有無異音備注（異音地點(diǎn)、頻率、備注（異音地點(diǎn)、頻率、dB值）值）159 有有157地刀倉，地刀倉，20KHz，82dB國內(nèi)超聲波案例 1n2008年5月16日某變電站切改發(fā)電過程中，運(yùn)行人員感覺110kVGIS設(shè)備有異音，狀態(tài)監(jiān)測人員隨即到現(xiàn)場進(jìn)行檢測核實(shí)工作。n使用超聲波局部放電探測儀發(fā)現(xiàn)15-7及15-97處存在超聲異常信號；使用DMS超高頻分析裝置發(fā)現(xiàn)環(huán)境中有量值極大的局放信號，在15-9間隔處信號最大。國內(nèi)超聲波案例 1n通過改變運(yùn)行方式的方法，最終確定缺陷位置在15-7處。經(jīng)請示生技部后，確定對15-7氣室進(jìn)行開倉檢查。n開倉檢查后發(fā)現(xiàn)15-7接地刀閘動觸頭與導(dǎo)向固定座的等電

11、位簧片間有明顯的放電痕跡。國內(nèi)超聲波案例 1缺陷位置開倉檢查情況接地刀閘開倉檢查情況接地刀閘開倉檢查情況倉體開倉檢查情況倉體B B相動觸頭放電痕跡相動觸頭放電痕跡1B B相動觸頭放電痕跡相動觸頭放電痕跡2國內(nèi)超聲波案例 1n隨后對15-7三相動觸頭、導(dǎo)向固定座簧片進(jìn)行了更換，并重新安裝，經(jīng)過抽真空、充氣、靜置等項(xiàng)工作后進(jìn)行了調(diào)試、氣體檢測。并于5月17日17時投入運(yùn)行。n發(fā)電后進(jìn)行了狀態(tài)監(jiān)測的各項(xiàng)檢測工作，檢測數(shù)據(jù)表明一切正常，缺陷消除。國內(nèi)超聲波案例 2n110kVGISPT內(nèi)螺絲松動造成線圈震動調(diào)度號或開關(guān)柜名稱調(diào)度號或開關(guān)柜名稱相位相位有無異音有無異音備注（異音地點(diǎn)、頻率、備注（異音地點(diǎn)

12、、頻率、dB值）值）159 有有159PT倉，倉，20KHz，13dB 國內(nèi)超聲波案例 2n4月2日，檢測發(fā)現(xiàn)110kVPT存在超聲異常，其中15-9PT異音較強(qiáng)。國內(nèi)超聲波案例 2n針對這種情況，將采用該廠家設(shè)備的其他7座變電站的110KVPT全部進(jìn)行了超聲波檢測，發(fā)現(xiàn)其中5個站的6臺110KV PT存在明顯超聲波異常信號。國內(nèi)超聲波案例 2 1#變電站110kV59PT 2#變電站110kV59PT國內(nèi)超聲波案例 2n在此期間，會同廠家技術(shù)人員對該15-9PT進(jìn)行了多次現(xiàn)場分析，并于5月21日進(jìn)行了PT倉更換，原PT倉返廠檢查試驗(yàn)。5月23日，復(fù)測超聲無異常。國內(nèi)超聲波案例 2n會同廠家對

13、拆下的PT進(jìn)行了特性試驗(yàn)及解體檢查工作；n在檢查過程中發(fā)現(xiàn)，B相PT與底板固定的3個螺絲力矩不到40，廠家力矩要求：505 。對所有螺絲按力矩50進(jìn)行了全部校對后異音消失。n可認(rèn)定由于廠家對PT倉內(nèi)的PT緊固螺絲未按技術(shù)工藝要求進(jìn)行擰緊，從而使PT在運(yùn)行中產(chǎn)生了震動。國內(nèi)超聲波案例 2 緊固螺絲（每相4條）國內(nèi)超聲波案例 3n電纜倉外殼螺絲松動造成震動 調(diào)度號或開關(guān)柜名稱調(diào)度號或開關(guān)柜名稱相位相位有無異音有無異音備注（異音地點(diǎn)、頻率、備注（異音地點(diǎn)、頻率、dB值）值）2211 A相相有有2211電纜倉電纜倉 20KHz，13dB 國內(nèi)超聲波案例 4n10kV母線嚴(yán)重污穢造成放電 調(diào)度號或開關(guān)柜

14、名稱調(diào)度號或開關(guān)柜名稱相位相位有無異音有無異音備注（異音地點(diǎn)、頻率、備注（異音地點(diǎn)、頻率、dB值）值）203進(jìn)線母線橋柜體進(jìn)線母線橋柜體有有203進(jìn)線母線橋柜體，進(jìn)線母線橋柜體，20KHz，19dB 國內(nèi)超聲波案例 4n5月18日，對203進(jìn)線母線橋柜體超聲異常進(jìn)行檢修處理。n停電檢查過程中發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)及電抗器處C相母線存在較大的塵土，C相母線排積塵較其他兩相嚴(yán)重。國內(nèi)超聲波案例 4處理前處理前國內(nèi)超聲波案例 4清掃后清掃后國內(nèi)超聲波案例 4n經(jīng)過對203柜體內(nèi)部及串抗母線排清掃處理后，再次對203開關(guān)柜加壓試驗(yàn)，暫態(tài)地電壓數(shù)值與環(huán)境差值為3dB，三相超聲波信號相同且相對降低，對比清掃處理前后

15、數(shù)據(jù)表明C相母線架構(gòu)覆蓋嚴(yán)重塵土是導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)異常的原因。國內(nèi)超聲波案例 5n10kV穿墻導(dǎo)線與套管間懸浮電位造成放電 調(diào)度號或開關(guān)柜名稱調(diào)度號或開關(guān)柜名稱相位相位有無異音有無異音備注（異音地點(diǎn)、頻率、備注（異音地點(diǎn)、頻率、dB值）值）202-3變壓器側(cè)穿墻管變壓器側(cè)穿墻管 有有202-3變壓器側(cè)穿墻管變壓器側(cè)穿墻管40KHz，32dB 國內(nèi)超聲波案例 5n5月23日，對202-3穿墻套管處超聲異常進(jìn)行處理。n停電檢查過程中發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)變壓器至電抗器C相穿墻套管存在由于長期放電導(dǎo)致的燒痕。n對202-3C相穿墻套管處理后，加壓測試超聲正常。國內(nèi)超聲波案例 5放電處放電處放電處放電處國內(nèi)超聲波案例

16、6n35kV母線柜C相套管內(nèi)連接簧片與均壓環(huán)脫落造成放電 調(diào)度號或開關(guān)柜名稱調(diào)度號或開關(guān)柜名稱相位相位有無異音有無異音備注（異音地點(diǎn)、頻率、備注（異音地點(diǎn)、頻率、dB值）值）302柜體柜體A微弱微弱302開關(guān)柜后柜開關(guān)柜后柜C相穿柜管處，相穿柜管處，40KHz，4dB302柜體柜體B微弱微弱302開關(guān)柜后柜開關(guān)柜后柜C相穿柜管處，相穿柜管處，40KHz，6dB302柜體柜體 C較強(qiáng)較強(qiáng)302開關(guān)柜后柜開關(guān)柜后柜C相穿柜管處，相穿柜管處，40KHz，15dB國內(nèi)超聲波案例 6n初步檢測3月15日，狀態(tài)監(jiān)測班在某變電站35kV開關(guān)室對302開關(guān)柜進(jìn)行檢測中，使用Ultraprobe 9000超聲波測試發(fā)現(xiàn)302開關(guān)柜后柜有比較明顯的異音信號，經(jīng)定位C 相信號較為強(qiáng)烈。國內(nèi)超聲波案例 6n跟蹤檢測3月26日，在停電后由維護(hù)單位與廠家人員對該處進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)302穿柜管C相內(nèi)母線均壓環(huán)與母線導(dǎo)體連接簧片松動，簧片未能與均壓環(huán)良好接觸，經(jīng)過廠家處理后，進(jìn)行加壓試驗(yàn)；試驗(yàn)過程中狀態(tài)監(jiān)測班成員對302C相穿柜管進(jìn)行超聲波局放測試。常規(guī)加壓試驗(yàn)表現(xiàn)并無異常，但超聲波測試中可以監(jiān)測到明顯的放電聲音，懷疑仍存在穿柜管內(nèi)部放電