通过超声波传感器检测到的变压器内部放电产生的超声信号波形，一般表现为呈指数衰减的振荡 波形：由于局部放电的周期特性，局部放电超声波信号具有一定的重复性，参见附录A。

6.2.1局部放电超声波信号幅值和视在放电量是局部放电的两种表征形式，两者之间不存在明确对应 关系。 6.2.2通常较强局部放电产生的超声波信号幅值较大且持续时间较长。 6.2.3沿面放电的超声波定位结果呈现多点分散分布的特征。 6.2.4超声波信号传播路径不同或超声波信号传播介质差异，导致各传感器收到的超声波信号幅值和 时延存在差异。 6.2.5局部放电超声波信号与电信号一样，符合施加的交流励磁电压的周期特性和相位特性，可结合 电源周期特性和相位特性进行分析。 6.2.6检测到超声波信号时，应与变压器运行时的振动，变压器内部结构件松动导致的异常声响，油 箱外部结构件振动，分接开关动作，风扇和油泵运行时噪声，异常天气状况如雨雪、风沙等导致的油 箱声响等进行区分。 6.2.7铁芯振动噪声的高次谐波频率通常可达30kHz50kHz，铁芯振动噪声信号波形的包络线一般为 连续纺锤形。 6.2.8可基于超声波检测和定位的历史数据及统计数据进行进一步分析，如分析对比超声波信号的幅 值变化趋势、超声波信号频次变化和超声波定位位置变化趋势等，并结合其他诊断方法的数据进行综 合分析。 6.2.9超声波检测时未检测到信号的可能原因有：局部放电存在较长时间的间欲性，检测时未发生明 显局部放电现象：局部放电点在变压器绕组深处，超声波信号严重衰减。

5以检测到超声波信号的油箱区域附近显著的结构点如外箱沿、加强筋等作为参考原点，建立三

直角坐标系，并在该坐标系下测量各个传感器的坐标。 7.6将超声波在变压器内部包括油、纸、纸板等介质中的传播速度用简化的等效波速代替，综合温度 和不同介质对波速的影响，对于采用矿物油的变压器通常取波速为1400m/s进行定位计算。 7.7变压器可能存在多于一个放电点的情况，不同放电点产生的超声波信号可通过各传感器信号时延 特征进行分辨，应将不同放电点产生的不同的超声波信号时延分别进行定位计算。 7.8附录C给出了报告参考模板，附录D给出了典型案例供参考。

机械标准A.1声信号产生的原理

附录A （资料性附录） 超声波信号及其传输特征

在局部放电的过程中除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外，同时也产生了各种非电量的信 息，如产生声波、发光、发热以及出现新的生成物等。当设备发生局部放电时，在放电的区域中分子 间会产生剧烈的撞击，这种撞击在宏观上就产生了一种压力，由于局部放电的脉冲特性由此产生脉 冲型的儿力波。在液体材料中，放电往往发生在液体含有的气泡中，气泡在放电时会爆裂，把大气泡 分裂为更小的气泡或扰动液体、气泡在液体中移动，所有这些都会造成压力的变化而发出声波。在固体

A.2声信号的典型特征

局部放电产生的声波分两类，一是气泡或气隙内放电，其特征是均匀密集，如金属板电极间的油 中气泡放电；二是介质在高场强下游离击穿，特征是间断的大脉冲，如针对板放电，其声发射频谱更 宽。在油纸绝缘中，不同类型和位置的放电产生的声波频谱是不同的，一般频谱峰值在70kHz～ 150kHz范围（属于超声波频段），而变压器各种振动噪声的频谱一般小于65kHz。 通过超声波传感器检测到的变压器内部放电产生的超声信号波形，一般表现出最开始幅值较大然 后呈指数衰减的振荡波形。同一个局部放电源产生的超声波信号，传播到变压器油箱不同的部位具有 固定的时间，因此安装在变压器油箱壁不同位置的超声波传感器所收到的同一放电源信号具有固定的 时延关系。但是由于超声波信号的衰减、超声波传输路径的差别以及各种干扰信号的影响，可能对准 确识别超声波信号的起始时间带来困难于局部放电的周期特性，局部放电超声波信号具有重复 性。布置在变压器油箱壁上一定区域的多个超声波传感器检测到重复性的、时延关系一致的超声波信 号，是判定设备可能存在局部放电的一个重要依据。 局部放电超声信号典型波形如图A.1所示。

图A.1局部放电超声波信号的典型波形

A.3超声波信号传播特性

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油浸式电力变压器内局部放电产生的超声波信号向四周传播，超声波信号穿过不同介质后到达变 压器油箱壁。将超声波传感器放置于油箱的不同位置，由于距局部放电源距离不同，超声波信号的到 达时刻也将不同。 声波在油浸式电力设备内的传播模式如图A.2所示，图中B为位于油箱内部的局部放电源位置，C 为超声波传感器在油箱壁上的位置，H为局部放电源到油箱壁的垂直距离，R为局部放电源到超声波 传感器的直线距离，X为A与C之间的直线距离，D，与D2分别是油箱壁上A与C中间的位置。图 A.2中从放电点B到传感器C，超声波信号存在直接传播路径BC和间接传播路径BD,C、BD2C等。传 感器放置在油箱壁上不同的位置就会得到不同的信号波形。沿直接传播路径的超声波信号幅值衰减较 小，信号传播速度较低：沿间接传播路径的超声波信号幅值衰减大，信号传播速度较快。超声波信号 到达变压器油箱后，虽然其频率特性保持一致，而其传播模式及传播速度则发生了变化。超声波传播 到油箱壁后会沿油箱壁传播至传感器，由于超声波在金属中传播速度大于油中传播速度，故以该传播 路径传播的超声波可能会比沿油中直接传播路径更早抵达传感器。所以采用超声波在油中传播速度并 根据超声波沿油箱结构路径抵达传感器的时间计算声源距离，其结果是不正确的。

图A.2声波在油浸式电力设备内的传播模式

从图A.2中可以看到，从放电点B到传感器C，声信号有几条传播路径： 油中直接传播路径（BC)。在变压器中，声波以Voil的速度沿BC传播，声波在油中的传播速 度（voil）大约为1400m/s。当发生角大于arcsin（voi/vsteel）时，就会发生全反射。这时，在位 置C上的传感器不能通过直接路径BC收到直接的声信号。 变压器中的复合路径。变压器中的声传播到传感器存在许多复合路径如BDC。在油中路径 BD或BD2，声波是以Voil波速传播的，而在油箱中声波是以Vsteel沿D,C或D2C传播。在所有 这些复合路径中，有一个声波传播时间最短的路径。在这种情况下，声波的临界角α即折射 角为90°时的入射角，用式（A.1）表示

这样，声波最短的传播时间为

图A.3是测量到的某变压器内部局部放电所发生的声信号的典型波形。

图A.3变压器内部局部放电声信号波形

图A.3a）所示的信号波形，表示传感器所处的位置是在油中直接传播的路径区域内，用这种波形 的最人脉冲前沿作为时延进行定位计算的精度较高。图A.3b）所示信号波形，表示传感器的位置可能 离放电点的位置较远（不在直接传播区域内）。因此，波形中第一个和第二个最大脉冲可能对应于传播 路径为BD,C和BDC的传播时间。如果依据图A.3b）所示波形进行时延选择，其时延需要进行折 算。一般进行精确定位时，要反复调整传感器的位置，尽可能使各个传感器收到类似图A.3a）所示的 超声信号波形。

声波在不同的温度下，通过不同媒质的速度都不相同。表A.1列出了超声波在几种媒质中20 专播速度。

表A.120℃时不同介质中超声波波速

气体媒质中声波传播速度在130m/s～1300m/s范围内，这与气体分子的平均运动速度很接近。在 矿物油中声波传播速度是随温度的升高而下降，变压器的油温每上升或减少1℃，超声波的速度大约以 5m/s的速度差而变化，通常取波速为1400m/s进行定位计算。

用超声波法针对不同局部放电类型及部位的检测

A.2为采用超声波法针对不同局部放电类型及部位的检测效果，下表仅列举部分部位和类型。

表A.2不同局部放电类型及部位的检测效果

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附录B （资料性附录） 定位算法

对变压器进行局部放电超声波定位，将超声波传感器吸附在变压器油箱的不同位置，通过测量各 传感器通道的绝对时延或相对时延。将这些绝对时延或相对时延代入一系列满足放电点和传感器几何 位置的方程，求这个非线性方程解，就能得到放中点的位置。

其中，x，y，z对应丁放电点的位置坐标，（xi，yi，zi）对应于第i个传感器的位置。通过求这个非 线性方程的解，就可以得到放电点的位置。其物理意义就是：放电点位于以各传感器为球心，以ve·t 为半径的球面上，因此各球面的交点就是放电源的位置。 为求解上面的方程，可使用最小乘法，设放电点到第i只传感器的距离为d；（真值），t的测量误 差为，则有

由式（B.1）～式（B.4）可得

d=vt，i=1,2,3,",m

(B.2) (B.3)

可以看山满足式（B.4）的值就是式（B.1）的最小二乘解。 也可以采用其他方法进行求解，例如牛顿法/阻尼牛顿法、最速下降法、共轭梯度法、变尺度法以 及蚁群优化算法、模拟退火算法、遗传算法等现代优化算法。

这里，t是从放电点到第i个传感器的声波传播时间，to是放电点到参考传感器的声波传播时间 所以

式（B.7）称为双曲面方程，满足该方程的点就是双山面上的点。求上面非线性方程的解，就可以 得到放电点的位置坐标（x，J，z），这个点是（m一1）个双曲面的交点。 因为这种方法不需用到局部放电电信号，因此它不同于球面定位方法。对于双曲面的定位方法， 至少需要4个超声波传感器，采用更多的传感器能够得到更准确的定位结果

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委托单位： 检测目的： 检测内容： XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

GB/T7354高电压试验技术局部放电测量

GB/T7354高电压试验技术局部放电测量 GB/T7252变压器油中溶解气体分析和判断导则 DL/T1807油浸式电力变压器、电抗器局部放电超声波检测与定位导则

■使用的主要测量设备

【检出局部放电缺陷】 对××站一线C相高压电抗器进行局部放电超声波检测及定位。在电抗器油箱四个侧面均匀布置 专感器进行局部放电超声波信号搜索及检测。在C相电抗器中性点套管附近的油箱区域收到时差关系 一致、重复出现的超声波信号，结合油色谱分析数据，判断电抗器内部靠近中性点出线侧的上夹件区

域存在局部放电，定位结果及坐标轴设置见试验报告附录C.8.5。建议对定位结果及其附近的紧固结构 件或其他可能缺陷部位进行分析和检查。 【未检出局部放电缺陷】 对××站·线C相高压电抗器进行局部放电超声波检测及定位。在电抗器油箱四个侧面均匀布置 传感器进行局部放电超声波信号搜索及检测。在检测期间未检出疑似局部放电超声波信号。

C.8.1被检设备近期油中溶解气体分析试验数

：各气体组分单位为LL。

变压器（电抗器）内部发生局部放电的同时伴随有相应频率特征和波形特征的超声波信号。该超 声波信号可由故障点传播到油箱外侧。将超声波传感器贴于变压器油箱外侧，接收放电产生的超声波 信号，并由检测系统对此超声信号进行记录。在计算机控制下，读取各传感器收到的超声信号的时间 差；选定变压器上的某：点作为参考坐标原点，测量各探头的位置坐标；选定超声波在油中的传播速 度，由检测系统中的计算分析软件进行计算，便可得到放电故障点的位置坐标。

C.8.3局部放电超声波标准特征波形

图C.1为局部放电超声波标准特征波形。 局部放电超声波波形，具有以下特征，可作为判别依据： a）收到的声信号波形，一般表现为最开始较大，然后持续衰减振荡的三角形状，这种信号的中心 频率范围在70kHz～120kHz之间。 b）声信号的波形长度一般大于0.6ms，如果波形较短，则通常认为是电磁T扰的影响。 c）不同位置的声传感器所收到的信号具有一定的时延关系。根据实际高压电器的尺寸和声波在高

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压电器内传播的速度，时延的范围应在Oms～2ms以内。 d）局部放电超声波波形具有重复性。

C.8.4本次局部放电超声波检测情况

图C.1局部放电超声波标准特征波形

××××年××月××日，对×××站××一线C相电抗器进行局部放电超声波检测及定位。在 电抗器油箱四个侧面均匀布置超声波传感器进行局部放电超声波信号搜索及检测。 图C.2为C相电抗器出线端子及检测到疑似局放超声波信号区域图（虚线部分检测到疑似局放超 声信号）。

图C.2检测到疑似局放超声波信号区域（C相

图C.3传感器布置区域（高压出线端子附近）

图C.4传感器布置区域（高压出线端子对面侧白

C.8.5本次局部放电定值

图C.5本次检测典型信号波形图

对检测到的信号进行定位计算，坐标设置如图C.6所示，图C.6所示阀门位于图C.7中中性点套管 则油箱下部，点为上节油箱加强筋底部，x轴指向高压套管侧，y轴方向为高度方向，z轴方向指向电 抗器内部。 C相电抗器定位结果在（x=0.45m~0.65m，y=3.20m~3.50m，z=1.00m1.20m）范围，建议根 据超声定位及油色谱分析结果，对定位区域及其附近的紧固结构件或其他可能缺陷部位进行分析利 检查。

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图C.7电抗器中性点出线侧油箱

大型单相自耦变压器局部放电超声定位

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文××年文×月×文日进行文××天型单相自耦变压器局放试验时，在1.3U/3电压下主变压 器中压局放量在100pC～5000pC范围波动，图D.1下部左边为中压局放波形图。因此决定在中压套管 下部油箱布置超声探头进行局放超声监测和定位

图D.1局放波形图（下部左边为中压局放波形

在交接试验期间的多次加压过程中，布置在此区域的超声波传感器均收到变压器内部的超声波信 号。图D.2为探头布置区域和坐标轴示意图，以下所有定位均基于该坐标轴：以中压套管下部油箱箱 沿为原点，油箱长轴方向为x轴，油箱高度为y轴，油箱短轴为z轴。

图D.2探头布置区域和坐标轴示意图

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图D.3为测量的一组波形图，其中1～5通道为超声探头收到的声信号，6通道为中压的局放测 信号，电信号清楚。图D.4的6个通道都为超声信号。图D.5为采用双曲面进行定位计算。

图D.3声电信号图（15通道为声信号：6通道为电信号）

图D.4超声信号图（6个通道都是声信号）

图D.5采用双曲面进行定位计算

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造厂内打开中压引线上下连接线下部转角处时，发现内部有明显放电迹象。该放电位置与上 心位置的偏差小于5cm，很好地验证了定位结果及诊断意见。故障点如图D.6所示。

D.2大型并联高压电抗器局部放电超声定位

图D.6中压引线外绝缘筒纸板上带有放电痕迹

工程第一阶段系统调试期间，对某站某 行油色谱分析时发现乙炔气 0增长到0.10uL/L左右。第一阶段系统 衣D.

幕墙标准规范范本表D.1、第一阶段系统调试期间A相高压电抗器油色谱数据

针对该台高压电抗器乙炔气体含量异常的情况，由于高压电抗器不具备进行现场局放试验的条 件，只能通过系统带电36h的方法对电抗器进行考核，带电期间密切进行油色谱分析和局部放电超声 皮检测及定位。 20××年12月12日凌晨1:30，电抗器开始带电。12日上午开始进行局放超声波检测和定位。按 照预先制定的检测方案，从高压套管升高座附近区域开始布置超声波传感器，以逆时针方向沿电抗器 四侧面搜索局部放电超声波信号。而且对重点区域（例如靠近高压引线、中性点引线等区域）提高传 感器布置密度和延长检测时间。 把超声波传感器布置在靠近中性点下方油箱上部区域时，检测到较大幅值的超声波信号，如图D.7 所示椭圆区域内。 由于电抗器的振动较大，反复调整传感器位置、信号采集参数和门槛后，可以获得超声信号时差 关系明确的波形图，如图D.8所示。 下午在相同部位继续检测时，发现超声信号幅值减小，最后淹没在电抗器的振动干扰信号中。继 续搜索电抗器其他位置至带电结束（电抗器实际带电时间为，16h），在其他区域没有收到时差关系明确 的超声波信号。图D.9为在其他位置检测到的信号，为电抗器振动产生的于扰信号。

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图D.7电抗器探头布置图

图D.8超声信号波形图

图D.9电抗器振动产生的干扰信号

进行超声定位前必须先设定好坐标轴，并测量各传感器的坐标。超声定位时的坐标轴以中性点套 管升高座下油箱底角为原点，油箱长轴为×轴，短轴为z轴，垂直方向为y轴，如图D.10所示。各传 感器坐标见表D.2。

进行超声定位前必须先设定好坐标轴，并测量各传感器的坐标。超声定位时的坐标轴以中性点套 管升高座下油箱底角为原点，油箱长轴为x轴，短轴为z轴脚手架标准规范范本，垂直方向为y轴，如图D.10所示。各传 感器坐标见表D.2。