超聲定位測量技術(shù)是80年代開始發(fā)展，90年代趨于成熟的，應(yīng)用于探測電氣設(shè)備絕緣系統(tǒng)中的缺陷和故障位置，尤其是用來探測大型高壓、超高壓電力變壓器內(nèi)局部放電量超標(biāo)時所存在的制造缺陷位置。通過幾十臺變壓器超聲定位測量證實，超聲定位測量技術(shù)較傳統(tǒng)的電氣測量技術(shù)表現(xiàn)出較大的*性和實用價值。但是，在實際測試中發(fā)現(xiàn)，由于超聲定位測量技術(shù)涉及的知識面廣，具有一定的深度，因此，掌握超聲定位測量技術(shù)具有較大的難度。以探測變壓器制造缺陷的試驗為基礎(chǔ)，得出超聲定位測量結(jié)果的可靠性與對該系統(tǒng)測試技術(shù)的掌握程度有關(guān)，推薦使用局部放電超聲定位系統(tǒng)。  
1探頭的應(yīng)用與安裝  
1.1探頭的工作頻帶選擇  
(1)當(dāng)被試品為油浸式電氣設(shè)備如大型電力變壓器時，工作頻帶范圍應(yīng)大于80kHz；  
(2)當(dāng)被試品為充氣式電氣設(shè)備時，工作頻帶范圍應(yīng)大于4kHz。  
1.2探頭的安裝方法  
探頭是磁浮式的，可以保證其傳感器牢固地吸附在鐵制的油箱壁表面。由于超聲信號在空氣中傳播時衰減很大，探頭的傳感器平面與油箱表面要以約0.5mm厚的黃油為媒介吸合，同時安裝探頭的油箱表面必須平滑清潔。  
1.3探頭的安裝位置  
因探頭的測量角度范圍有限，只能保證對與探頭所在平面成30°～150°角范圍之內(nèi)的局部放電源進(jìn)行有效測量，所以在進(jìn)行變壓器局部放電定位測量時，對布置的所有探頭必須保證局部放電源在其測量范圍之內(nèi)。  
2聲電信號的同步性  
電力變壓器內(nèi)產(chǎn)生的局部放電，往往不是由一個放電源產(chǎn)生。在進(jìn)行超聲定位測量時，系統(tǒng)工作的觸發(fā)信號是通過檢測阻抗取自變壓器套管末屏上的電信號，而定位測量的超聲信號則來自安放在變壓器油箱表面的探頭。由于聲電信號取得的途徑和方法不同，可能出現(xiàn)各自所取得的大信號不是由同一個局部放電源所產(chǎn)生。所以，在進(jìn)行定位測量之前，必須對進(jìn)入定位系統(tǒng)的聲、電信號經(jīng)過尋找、篩選、判斷，從而確保兩者測得的放電信號為同一放電源所產(chǎn)生。這一點在很大程度上決定了定位測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在某些情況下，如局部放電源位于變壓器的組件如套管、瓷套式互感器時，往往超出了探頭的測量范圍，這樣測得的電信號與超聲信號不能同步，此種情況可另當(dāng)別論。  
3測量結(jié)果的準(zhǔn)確性  
進(jìn)行定位測量時需要4個探頭測量超聲信號。一般選用3個測量探頭所測得放電源與探頭之間的距離s1、s2、s3，只能求得*的一組局部放電源的空間坐標(biāo)(x1、y1、z1)。為了驗證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，常選用4個探頭測量。這樣對于同一放電源則得到4個距離數(shù)據(jù)s1、s2、s3、s4，由此可得兩組以上關(guān)于求解局部放電源位置坐標(biāo)的方程組。通過對比兩組方程組的解，可以發(fā)現(xiàn)其一般遵循著這樣一個規(guī)律：兩組方程的解相等或近似相等時，定位測量結(jié)果的準(zhǔn)確度高。  
4超聲信號的波形質(zhì)量  
探頭測量的超聲信號經(jīng)過超聲定位系統(tǒng)傳輸處理，后通過顯示器顯示的波形，應(yīng)該符合一定的要求，即：  
(1)4個超聲信號均與觸發(fā)系統(tǒng)工作的電信號同步。  
(2)信噪比明顯，即超聲信號的幅值要遠(yuǎn)大于噪聲信號的幅值。聲信號一出現(xiàn)要達(dá)到限幅的高度，噪聲信號均遠(yuǎn)低于限幅高度，不允許噪聲信號有一點達(dá)到限幅的高度。  
(3)合理選擇記錄字的速度，在保證4個超聲信號均顯示出的條件下，使得超聲信號出現(xiàn)在2/3幅寬的位置附近。  
(4)當(dāng)測量系統(tǒng)的掃描速度一定時，超聲信號在屏幕上出現(xiàn)的幾何位置一致性要好。在測試過程中，可能存在變壓器內(nèi)偶爾發(fā)生的氣泡放電信號較快地到達(dá)某一探頭，導(dǎo)致某一超聲信號的幾何位置發(fā)生超常變化，對此種情況必須進(jìn)行分析予以排除。  
5測量結(jié)果分析  
5.1測量波形及數(shù)據(jù)處理  
本超聲定位系統(tǒng)進(jìn)行某次測量的波形圖如圖2所示，圖中顯示的坐標(biāo)數(shù)據(jù)為當(dāng)次測量的計算結(jié)果。圖2中，從左邊0位置起到超聲信號限幅位置的距離，反映了觸發(fā)系統(tǒng)工作的電信號與超聲信號到達(dá)測量系統(tǒng)的時間差，決定了試品內(nèi)局部放電源到測量探頭的距離，其中，忽略了電信號到測量系統(tǒng)的傳播時間。根據(jù)波形圖中顯示的各個探頭測量的波形位置所決定的字長，如圖2中*探頭測量的波形位置決定的字長為5816，則得出*探頭安裝位置距局部放電源的距離為：  
s1=5816×0.2×1.4=1628.5mm  
式中，0.2為每字的記錄時間，單位為μs；1.4為超聲波在變壓器油中的傳播速度，單位為mm/μs。  
圖2超聲定位測量波形圖  
為了提高超聲定位測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，對一臺試品的超聲定位測量，連續(xù)測量500次，并采用本系統(tǒng)專門設(shè)計的處理程序，舍去500次中測量無效的次數(shù)，進(jìn)行算術(shù)平均，得出終測量結(jié)果。  
5.2測量誤差  
造成本系統(tǒng)測量誤差的主要因素有三個方面：  
(1)超聲波在變壓器油中的傳播速度1.4mm/μs是經(jīng)驗數(shù)據(jù)，認(rèn)為超聲信號穿過繞組、絕緣、變壓器油的傳播速度近似相同。  
(2)4個定位探頭的安裝位置是否成矩形，所成矩形的邊長測量值是否準(zhǔn)確，對計算局部放電源位置的坐標(biāo)數(shù)據(jù)有直接影響。  
(3)在500次測量過程中，偶爾會出現(xiàn)干擾，使得超聲信號波形出現(xiàn)的時間提前。一般說，考慮到上述因素的影響，測定局部放電源位置的坐標(biāo)精度為±50mm以內(nèi)。  
5.3測量結(jié)果分析  
從實際問題考慮，如能將變壓器內(nèi)局部放電源的位置坐標(biāo)誤差確定為±50mm以內(nèi)，查找局部放電源是比較容易解決的。另一方面，為了更準(zhǔn)確地確定局部放電源的位置，在500次測量過程中，通過仔細(xì)觀察每次的測量數(shù)據(jù)與波形，找出數(shù)據(jù)出現(xiàn)幾率較大的數(shù)據(jù)群與后的測量結(jié)果比較，對確定局部放電源的坐標(biāo)誤差方向具有實際意義。