常见的三种电气设备局部放电的测试方法

（一）超声波传感器原理 

在压电陶瓷上加上一大小和方向不断变化的电压，根据压电效应，就会使陶瓷片产生机械形变，这样形变的大小和方向是与外加电压成正比的，也即在压电陶瓷上加有变化频率为f的电压，它就会产生频率为f的机械振荡波形（即超声波）。相反，外加一定频率的振动压力使压电陶瓷产生机械变形，也会在压电陶瓷两侧产生相应频率的电压。根据这种压电效应，将两片压电陶瓷反极性地贴合在一起就构成了双电压型的振动子，或是在压电陶瓷上贴上金属膜则可构成单片型的振动子。压电陶瓷的自由振动频率，可由下式表示

式中 E—杨氏模量；

α—常数=4.73；

r—圆版陶瓷片的半径；

ρ—密度；

δ—泊松比（及棒手拉力后纵横方向的变形尺寸比）；

t—振动子的厚度

由上式可见，如压电陶瓷的材料和金属板组合结构固定了，则它的谐振频率就可用下式表示

F∝t/r²

由上式可见，压电超声传感器的振动频率与其结构半径的平方成反比，而与它的厚度t成正比。这样，在传感器制作中，可改变压电陶瓷的大小、尺寸和厚度制成不同频率的传感器。 

局部放电测量通常选用密封结构的超声传感器，其结构原理见图3。它是直接把压电陶瓷安装在金属外壳至上，带动外壳一起振动，并在金属壳里填充树脂作为密封。

超声传感器的原理结构图
1—金属外壳；2—陶瓷振动自；
3—底座；4—填充树脂；5—引出脚。

（二）局部放电超声测量

用超声探头获得由局部放电引起的超声信号，并用数字式局部放电仪或波形记录仪记录波形作定位测试。声测法原理框图如图4所示。

声测法原理框图

如将1-4个声探头的信号同时记录下并在屏上显示所测到的波形，对局部放电作定位测量很有利。当与电测法联合测量时，有助于判断所测到的信号是否为内部放电。

当仪器对变压器进行超声测量时，屏上按所探测的声通道数在屏上同时显示1-4路波形，测量人员移动光标到认为是放电声信号的位置，程序即自行计算出放电点距探头的位置。若为3个以上的测量点，则由给定的各探头光标计算出放电点的光标位置。

用于互感器等试品时，在靠近高压部分则用光纤连接，有时装设1~2个传感器即可，前置放大器仅用一个。

当设备内部有故障放电时（几千到几万皮库），这时利用电信号作为仪器触发信号，也即以电信号作为时间参考零点，然后以1~3个通道采集声信号，仪器A/D采样频率可选在500kHz或1 MHz并移动传感器位置，使能有效地测到超声信号，见图5。测得电信号与声信号的时间差△t就可计算出放电点与传感器的位置的距离，S=v△t，一般计算取V=1.42mm/μs。

超声测量信号波形