超声波检测技术在GIS中的应用

超声波检测技术在GIS中的应用
摘要：超声波属于机械波且人类不能听到，人类能听到的声波频率在20Hz－
20kHz之间，超过20kHz的声波称之为超声波。

如今，超声波已经广泛应用到人
类工作生活当中，例如、B超、超声波缺陷检测等。

科学利用了超声波的主要特点，如能量集中、指向性好、穿透性好、对周围环境影响小等，不会因为超声波
的穿透产生物理性伤害。

关键词：超声波检测技术；GIS；应用
引言
随着制造工艺的提高和技术的进步，越来越多的可靠性高的新型设备不断的
投入到电力系统，特别是组合电器（GIS/HGIS）因其紧凑、环境友好等优点应用
日趋广泛。

因此，检测组合电器的气体绝缘情况已成为保障系统安全稳定运行的
必要工作。

1超声波检测技术原理
超声波即声发射原理（ACoUSTICEmISSIon，简称AE），GIS空间狭小内部场
强集中，产生PD时气体分子的相互碰撞产生超声波脉冲，并伴随着声波频谱传播。

声波即是一种机械振动波，包括纵波、横波和表面波。

其中SF6气体中只传
播纵波，而在GIS腔体上既有纵波和横波的传播，向GIS腔体四周以球面波方式
散射传播，纵波衰减性大而横波在GIS腔体外衰减小。

GIS中局部放电激发的超
声波可以看作是以点源的方式向四周传播，由于超声波的波长较短，因此它的方
向性较强，从而它的能量较为集中，通过紧贴外壳上的超声传感器接受放电时产
生的声波频率10KHz~200KHz信号并对其进行分析。

通过检测声信号的幅度、相位、频率成分，原始信号特征，以及跟工频频率的相关特性进行分析。

AE法对寻找SF6绝缘电气设备内的局部放电、机械松动和自由颗粒等缺陷尤其有效。

GIGRE和IEC将超声波检测技术列入标准PD测量方法中。

（如图1所示）超声波
法的测试原理。

图1超声波法的测试原理
2现场检测
2.1精确检测及定位
为了精确的判断异常位置，故采用多种检测手段对GIS进行进一步检测，所
采用的检测手段包括超声波检测、特高频检测、SF6微水、纯度、红外检漏、红
外测温等。

采用上海华乘的PDS－T90与厦门红相的PDT－840UH局放测试仪分
别对故障点进行特高频测试，没有明显的特高频异常信号出现，如图2所示。

对
故障点附近的气室进行SF6微水、纯度分析，测试结果为108．6μL／L、97．6％，符合国标要求，无异常。

利用红外测温检测方式对GIS进行精确测温，所观测的
各气室、盆式绝缘子温度均合格。

图2不同设备检测的特高频信号
利用超声波检测方式对GIS进行精确检测，采用每隔0．5m设置一个检测点
的检测方式，最终在C相电缆终端发现超声波异常信号，又利用不同厂家设备对
疑似异常部位附近的电缆终端、气室进行精确检测，最终确定疑似缺陷位置为C
相电缆终端上侧的PT处。

3超声波检测在其他方面的应用
3.1钢焊缝质量检测
一般情况下，用超声波法和X射线法来检测钢焊缝质量，在施工的过程中，
检测工件的环境比较复杂，钢焊缝的数量也很多，分析的长度也很长。

所以需要
用不同的方法进行检测，利用超声波进行检测时，在检测的过程中，会有一定的
优点，在检测的过程中没有辐射外泄的情况发生，操作十分简便，其设备的形状
也比较小等特点。

主要是对超声脉冲的前后变化进行比较。

3.2混凝土裂缝检测
1)透射法。

透射法在实际使用过程中，往往适合在那些面积相对较小，混凝
土结构尺寸也相对较低的裂缝问题。

在开展相关的检测工作时，发射探头和接收
探头绝对不能同时出现在裂缝一侧，而是将两者分开来进行后续工作的。

如果说
探头和裂缝两者不存在着相交的情况之下，检测超声波往往很难出现较大的改变。

但是探头和裂缝两者存在相交情况时，检测超声波往往就具有较为明显的变化，
在其出现明显变化的位置往往就会是裂缝的产生地点。

2)平行反射法。

如果说在面对一些裂缝面积相对较大并且结构尺寸十分复杂
的情况时，通常情况下所需要使用的方式就是平行反射法。

运用该方式进行实际
工作的过程中，需要事先对裂缝位置周边的声波速度展开一定的检测工作。

3.3混凝土强度检测
在对混凝土强度进行检测时采用现场取样，预留混凝土块试块的方法，如果
现场不能够采取芯样，且混凝土的质量存在着质疑，这个时候需要用超声波来检测。

混凝土自身的材料不是均质的且同种标号的混凝土的组成材料不同，这样就
导致了超声波在混凝土中的传播速度会不一样，超声波还可能会发生反射，衍射
等传播方式，因为混凝土内部的组成材料不同，其中的水泥，石子会阻挡超声波
的传播。

所以，想要在混凝土与超声波之间很难建立数学模型，这时需要对混凝
土看成均质的弹塑性材料。

结语
GIS设备结构紧凑、可靠性高，但在制造、运输的过程中可能产生一些缺陷，且由于其为集成式设备，所以在出现缺陷时判断故障原因及类型较为困难，超声波、特高频局放带电检测可有效发现GIS内部绝缘和放电缺陷．通过综合手段分析、判断，能够准确找到故障点，判断故障原因．本次故障为采用超声波方式检
测出的PT内部机械振动缺陷，因此建议加强对该气隔及相邻气隔的关注，并缩
短带电检测试验周期，加强正常运行的GIS设备的带电检测工作．
参考文献:
［1］刘君华，徐敏骅，黄成军，等．局部放电电磁波在ＧＩＳ中的衰减特性［J］．电工技术学报，2010，25（8）：52－58．
［2］李秀卫，云玉新．实测信号激励条件下ＧＩＳ局部放电的电磁波传播特性研究［J］．高压电器，2011，47（12）：34－38．。