應用案例

【概述】

本研究中使用高壓放大器，搭建特高壓換流變壓器實驗平臺。電力變壓器局部放電（PD）超聲波檢測與定位技術，聚焦于超聲波在變壓器內部復雜結構中的多徑傳播特性反演及數字孿生建模應用。

實驗名稱：變壓器縮比模型實驗驗證、特高壓換流變壓器現場試驗

實驗目的：

1.驗證射線追蹤模型的準確性：通過縮比模型和實際換流變壓器實驗，驗證所提三維多徑追蹤仿真方法的有效性。

2.分析多徑傳播特性：研究超聲波在變壓器內部的折射、反射、繞射及衍射機制，明確其對局放檢測可靠性的影響。

3.優化傳感器布置：為變壓器局放超聲定位提供理論依據，提升檢測精度。

測試設備：

1.變壓器縮比模型實驗

（1）超聲波模擬發射系統：由信號發生器、高壓放大器和超聲換能器組成，實驗框圖（見圖1）。

（2）接收設備：磁吸式超聲波傳感器、示波器。

（3）模型結構：單相三柱式縮比模型（1.6m×1.2m×0.9m），含繞組、鐵芯、夾件等。

圖1變壓器超聲波傳播特性實驗平臺圖

圖2傳感器布置位置

2.特高壓換流變壓器試驗

（1）傳感器布置：頂面安裝兩個超聲波傳感器（見圖2）。

（2）局放檢測系統：用于捕捉放電波形。

實驗過程：

變壓器縮比模型實驗

1.模型搭建：構建1.6m×1.2m×0.9m的單相三柱式變壓器縮比模型，包含繞組、鐵芯、夾件等結構。

2.聲源與傳感器布置

（1）聲源設置在繞組外部或內部。

（2）傳感器分別布置在油箱正面和背面中心位置。

3.射線發射與追蹤：采用固定間隔法或黃金螺旋法發射射線（2592條），迭代追蹤射線傳播路徑（步長30mm），記錄到達傳感器的射線數量及傳播時間。

4.數據采集與分析：通過傳感器接收超聲波信號，利用K-means聚類算法對傳播時間分類，對比仿真與實測波形的波達時間。

特高壓換流變壓器試驗

1.傳感器布置：在頂面安裝2個超聲波傳感器，坐標分別為(3580,308,4200)mm和(2722,1820,4200)mm。

2.局放信號檢測：當網側電壓升至0.4Um/√3時，檢測到局部放電超聲信號，記錄傳感器波形（見圖3）。

3.模型反演：基于放電源坐標(6650,220,3800)mm，采用黃金螺旋法發射2000條射線，追蹤傳播路徑并計算波達時間。

4.結果驗證：對比仿真波達時間與實測數據，分析誤差來源。

圖3傳感器采集局放波形

實驗結果：

1.縮比模型

多徑現象：射線分簇與實測脈沖波達時間一致（如正面傳感器：207μs、384μs、1047μs）。

誤差分析：仿真與實測波達時間相對誤差≤6.57%，驗證模型準確性。

2.換流變壓器

路徑反演：成功識別縱波、橫波及反射路徑（見圖4），但部分脈沖路徑未完全反演。

誤差原因：經驗波速與實際介質參數差異。

圖4換流變壓器模型射線追蹤結果

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一、超高電壓輸出能力——有效驅動變壓器的壓電陶瓷/夾心式換能器，產生高強度、高穿透性超聲波

二、寬頻帶與高壓擺率——精準復現窄脈沖激勵信號，保證波達時間的精確測量

三、低失真與高穩定性——保障多路徑、多輪次重復實驗的數據一致性與可靠性

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圖：ATA-7000系列高壓放大器指標參數

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