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声学成像技术在局部放电监测中的应用(一)

配备124个麦克风的FLIR声学成像仪,不仅检测速度快人一步。

高压局部放电

局部放电是电力设备绝缘在足够强的电场作用下局部范围内发生的放电,每一次局部放电对绝缘介质都会产生一些影响,使绝缘强度下降,造成高压电力设备绝缘损坏,甚至会造成人安全隐患。

目前,预防性维护人员已经开始使用声学成像技术定位局部放电,甚至能在设备过热之前就发现设备特有的声音特征。与FLIR红外热像仪配合使用,像FLIR Si124之类的声学成像仪是必不可少的设备,可以有效地发现局部放电,避免出现设备故障、代价高昂的损坏和意外停机等问题。

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声学成像技术可减少高压设备因局部放电/电晕问题导致的设备故障和停机问题

局部放电的过程与危害

根据IEC 60270的正式描述,局部放电指“只是局部地桥接导线间绝缘体的局部放电现象,可能发生在导线附近,也可能发生在其他地方。通常,局部放电是局部电应力在绝缘体或绝缘体表面集中的结果,一般表现为持续时间远远小于1毫秒的脉冲。

电流总是趁人不注意时试图逃逸、跳离导线、徒劳地尝试桥接附近的电极。在寻找逃逸路线时,它首先会从老化的绝缘体上的裂缝开始。如果是架空电线,则是从因多年积污的电线表面开始。也许是在高压电缆的纸绕组上戳一个小孔,也可能隐藏在老化的液体电介质中形成的气泡附近。在电压正弦波的每个波峰和波谷,它都会持续不断地尝试(局部放电)。

电流就这样日复一日地试图穿越到相邻的导线上,肉眼却无法看到这类局部放电。受持续性高压应力影响,附近的绝缘材料会在某个时刻失效,丧失对电流的约束。

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最终,电流会分流进入另一导线。这种情况发生时,导线会完全失效。这会对线路上连接的电气设备、开关设备、机械或设施造成了极大的破坏,代价高昂。局部放电有可能损坏工厂设备或灼伤敏感的电子设备。严重时,局部放电可能导致社区停电数小时,闲置设备,浪费宝贵的生产力。

声学成像仪是预防性维护的必要工具

局部放电检测是状态监测(CBM)或预防性维护(PdM)计划切实发挥作用的必要条件。越早发现,局部放电对绝缘体的损坏就越少,设备故障和后续停机风险也就越低。

追踪局部放电问题有着简单的经济动机:发现问题,安排停机,然后在局部放电现场修复和更换绝缘体及电气接头,其成本和破坏性要低得多。

为了准确定位局部放电,电气承包商、检查人员和专业维护人员可以使用多种诊断技术。

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绝缘测试仪提供了绝缘体的有效性或电阻的数值读数。FLIR红外热像仪可以定位并识别电气设备产生的阻热,通过逐像素的温度读数在可视图像中精确定位问题所在。还可以将热成像技术与声学成像技术结合起来,确定局部放电的严重程度。温度升高和声学特征可以表明绝缘设备的完整性遭到破坏。

FLIR Si124满足声像仪的所有需求

作为整个诊断生态系统的一部分,FLIR在红外热像诊断方案以外,还推出了声学成像解决方案。FLIR Si124工业声学成像仪是一款基于声学原理的解决方案,它可以定位和分析工业故障、老化以及缺陷如局部放电等。研究发现,在元件发热到能被红外热像仪检测到之前,局部放电会导致声音异常。这就为我们额外提供了一层提示,帮助我们提前检测到潜在的故障。

虽然我们经常能在电线附近听到嗡嗡声,但人耳通常是听不到局部放电的,因此局部放电人耳很难定位,尤其是在过于嘈杂的工作场所。借助手持式声学成像仪(FLIR Si124),用户可以扫描一整个区域,在被检组件的声像图上看到局部放电产生超声波的位置,即使人耳听不到、背景噪声很大也没关系。

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FLIR Si124工业声学成像仪

虽然在声学成像方面,电工有许多工具可选,但从便携性到精度,需要考虑多种因素。首先,虽然大多数声学成像工具都很轻便,但要选择便于换场作业的款式。最好选择一台简单易用、单手可握、携带方便,符合人体工学设计且便于瞄准的手持式成像仪。很显然,FLIR Si124工业声波成像仪很好地满足了以上所有要求!

麦克风更多,检测速度快10倍

科技领域有一条通用法则:越多越好。从这个意义上讲,声学成像仪中增加麦克风的数量对形成细节丰富的声学图像至关重要。同样在科技领域,对于麦克风本身而言,(体积)大不一定好,因此最好使用MEMS(微机电系统)类型的麦克风。这类麦克风的性能达到了良好的平衡,能在不同环境下稳定地工作,功耗低,支持小体积电池,续航时间长。另外,体积小意味着更容易把它们紧凑地布置在手持工具上。更多的麦克风,都有哪些优势呢?

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灵敏度:FLIR Si124声学成像仪搭载了由124个MEMS麦克风精心布成的阵列,这些麦克风相互配合,使灵敏度达到最高水平。麦克风越多越可以降低“空间混叠”的可能,也就是降低图像上声源错位的可能。

检测范围与访问:增加麦克风的另一个优势是可以扩大检测范围。声音在空气中的传播距离每增加一倍就会衰减6分贝(距离声源15米处听到的声音比30米处听到的声音强6分贝),中型局部放电的分贝值约为40分贝。为了检测范围更广,声学成像仪制造商通过增加麦克风的数量来扩大检测范围。FLIR Si124声学成像仪将麦克风增加三倍,从而使检测范围扩大一倍。

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FLIR Si124可以检测架空电线和栅栏后的变电站组件——最远可达130米

出于安全考虑,许多电气设备周围都有栅栏,或者离地较高,很难接近访问。这种访问限制也可能与时间有关,比如需要客户联系人在场时才能进入。鉴于这些访问限制,远距离也能精确定位局部放电的工具就显得至关重要。

处理能力:FLIR Si124会产生124个音频数据流,这些数据流经过处理后可转换为视觉图像。这款声像仪搭载了自动音频频率筛选功能,既不牺牲性能,也简化了操作过程。数据和图形处理能力的进步使得将如此大量的声学数据,瞬间整合成屏幕上易于理解的图像成为可能。

如果用户选用搭载较少麦克风或老款处理器的成像仪,结果只能得到较低品质图像、较低的分辨率、以及较慢的刷新率。就生产效率而言,像FLIR Si124这样先进的声学成像仪在发现问题的速度方面比其它可用工具快10倍。

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配备124个麦克风的FLIR声学成像仪

不仅检测速度快人一步

麦克风频率还会影响检查效果

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