变压器局部放电检测超声波信号的频谱分析

局放超声波信号的频谱分析

变压器的局放超声信号的频谱分布很广，且各频率的超声信号所占的分量也各不相同；超声波在线检测中的噪声主要有励磁噪声、散热器风扇和油循环油泵噪声、磁滞噪声等。这些噪声的强度超过局放超声信号。因此，要有效的检测局部放电超声信号，就应对局放超声波信号进行频谱分析，以了解噪声与超声波信号的特征。

声频谱分析

根据某500kV开关站变压器的噪声频谱分析结果，变压器两侧面的最强噪声频率为1.5kHz，强度较次的噪声频率为4.68kHz;散热器侧的噪声强度高与非散热器侧，两侧面的噪声频率均低于15kHz范围内，属于低频可听噪声变压器铁芯磁噪声频率分布在10--65 kHz范围内。用截止频率为70kHz的高通滤波器对这种低频噪声进行滤波滤波后的噪声强度已相当弱。经滤波后的噪声频率分布范围很宽，且各种频率噪声的频谱幅值基本相当，类似于白噪声频谱。对其他电压等级变压器的噪声频谱分布于上述500kV变压器大致相同，即分布在低于65kHz频率范围内。

变压器局部放电超声波信号频谱分析

由于局部放电以及其产生的超声波信号都具有一定程度的随机性，使得每次局部放电超声波信号的频谱都有所不同，主要表现为频谱峰值频率的变化;但整个局部放电超声波信号的频率分布范围却变化不大。

局放产生的超声波，从声学角度上分析有两类。其一是气泡或气隙放电由于气泡的尺度为几个微米至几百个微米，其击穿时声发射频率可从几kHz至几百kHz。

另一类是介质在高场强下游离击穿，其声发射的频谱将更宽、声谱将更高。第二类放电特征是间断、大脉冲，如针对板放电。通过模拟局放的针、板放电试验，可以发现超声波频谱有一定的随机统计规律。频谱能量大都集中在50 kHz--300 kHz频段。

综上所述，变压器的噪声频率分布在低于65kHz的范围内，局放超声信号的频率分布于扰动噪声频率分布有明显差别。

实验和理论分析表明，传播媒质对超声吸收系数随频率的平方增长，即频率越高，吸收系数越大，声波在传播途中的衰减越厉害。因此系统必须利用低频段的超声信号，以保证系统具有较高的检测灵敏度，但又要尽量避开变压器铁芯自身振动、噪声等干扰(小于60kHz)和其他电磁噪声干扰。故超声定位系统通带取70kHz-18Hz频段较为合理。