声学成像技术在局部放电监测中的应用
局部放电是世界各地的高压设备（尤其是陈旧老化基础设施）维护工作中面临的一个挑战。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、代价不菲的损坏和意外停机等问题。
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）。
使用FLIR Si124无需过多培训，公用事业单位最多减少90％的检查时间。
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的。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。
最终，电流会分流进入另一导线。发生这种情况时，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。甚至更糟糕的是，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。
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。”
局部放电诊断—预防性维护的必要条件
局部放电检测是条件监测(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连接，其成本和破坏性要低得多。
必备利器
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。绝缘测试仪提供了绝缘体的有效性或电阻的数值读数。FLIR的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。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。
即时定位局部放电
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。声学成像仪FLIR Si124是一款基于声学原理的解决方案，可以定位和分析工业故障、老化以及缺陷如局部放电。研究发现，在元件发热到能被热像仪检测到之前，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源线附近听到嗡嗡声，但人耳通常是听不到局部放电的，因此局部放电很难定位，尤其是在过于嘈杂工作场所。借助手持式声学成像仪（类似热像仪），用户可以扫描一个区域，在被检组件的数字图像上看到局部放电产生的超声波的位置，即使人耳听不到、背景噪声很大也无关系。
便携、单手操作
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。
此图展示了来自两个声源的两个信号，如果声学成像仪的灵敏度不够高，很可能会错过这些信号。可以用32枚麦克风构成的系统检测到16.5 kHz的声音信号，用124枚麦克风构成的系统检测18.5 kHz的声音信号。
更多麦克风，更好的成像效果
声学成像工具的适用范围也揭示了用于开发声学成像的麦克风数量的千差万别。科技领域有一条通用法则：越多越好。从这个意义上讲，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。只能使用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，性能好，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。
灵敏度：FLIR Si124声学成像仪搭载了由124枚MEMS麦克风精心布成的阵列，这些麦克风相互配合，使灵敏度达到很高水平。麦克风越多越可以降低“空间混叠”可能就是降低图像上的声源错位的可能。
借助FLIR Si124之类的声学成像仪，公用事业公司可以分析局部放电模式，利用自动漏电成本估算和放电类型分类工具，优先安排维修工作，快速安全地进行非接触式检查。
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。中型局部放电的分贝值可能为40dB(Z)。距声源15米（约50英尺）处听到的声音比30米（约100英尺）处听到的声音强6dB，依此类推。为了弥补这个不足，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声学成像仪将麦克风增加三倍，从而使检测范围扩大一倍。
出于安全考虑，许多电气设备周围都有栅栏，或者位于离地面较高的地方，很难接近访问。这种访问限制也可能与时间有关，比如需要客户的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。例如，FLIR Si124就可以检测架空电线和栅栏后的变电站组件——最远可达130米。
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。
处理能力：FLIR Si124会产生124个音频数据流，这些数据流经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和/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、以及可能较慢的刷新率。就生产效率而言，像FLIR Si124这样先进的相机在发现问题的速度方面比其它可用工具快10倍。
麦克风频率可能影响检查效果
电气承包商使用的检查工具本身可能会加剧人们对局部放电最佳识别效果的误解。例如，局部放电以40 kHz的频率恒定地发出超声波。许多声学成像设备几乎只使用或推荐使用此频率。尽管在某些情况下这样做可能有用，但在许多其他情况下，这样做有可能大大削弱检测灵敏度。在远距离工作时（如户外变电站），使用更宽的频率范围（10 kHz-30 kHz）可以产生更好的结果。
智能除噪：局部放电会产生宽频带的声音，频率范围从人耳可闻延伸到不可闻或超声波。此外，检测工作很少在静谧的场所进行。相反，检测设备必须与来自工业设施或户外场所（例如，靠近高速公路或机场）的背景噪声相抗衡。更智能的声学成像仪可以识别干扰和背景噪声并将其滤除，最终找到局部放电这一罪魁祸首。
将人工智能和云计算用于局部放电诊断工作
局部放电的分类很有挑战性。FLIR采用人工智能算法分析局部放电，助电气承包商一臂之力。用户可以将声学图像上传到FLIR Acoustic Camera Viewer云服务，后者会自动将这些图像与数千张局部放电图像进行比较。云服务将局部放电分为三大类：表面放电、悬浮放电和空气放电。
先进的人工智能服务有助于减少误差，加快报告制作，成为客户检查业务的关键优势。简单易用的特性也有助于使更多工人加入声学成像检测队伍，共同开展状态监测或预防性维护工作。
FLIR Si124配备了基于人工智能的预置局部放电定位和分析方案，优化了频率范围和麦克风陈列，可以自动消除干扰噪声。
正确选择声学成像工具
声学成像已迅速发展成对维护供电基础设施正常运行不可或缺的技术。越来越多的状态监测管理人员开始把FLIR Si124之类的声像仪加入工具箱。此类设备可以快速、轻松地发现问题，降低维修成本，减少意外停机，很快就能带来投资回报。
对局部放电分类能力的考虑
分析声学图像可能需要一定的培训和学习，尤其是在理解已经定位的不同类型局部放电时。了解明显的问题和问题的严重性有助于制定更好的报告、维修建议和更明智的后续行动。
局部放电有几种不同类型，取决于放电的位置和脉冲模式。表面放电发生于不同绝缘材料的边界处。表面放电可能出现在很多不同位置，包括套管、电缆端接处或过热的发电机绕组。
表面放电模式示例。
悬浮放电模式示例。
正负电晕放电模式示例。左侧为正电晕，右侧为负电晕。
当高压设备内有悬浮导体时（比如用垫片隔开），就有可能产生悬浮放电。悬浮放电被认为是最常见的局部放电类型。
最后，导线（如输电线）周围作为绝缘材料的空气在高湿度和/或污染环境下会丧失部分绝缘能力，进而发生空气放电。这会导致电流进入空气当中，进一步降低近处的空气质量和导线的性能。
了解局部放电类型和严重程度后，有关人员才能制定针对性的补救措施，安排维修工作，尽量减少故障和停机。
局部放电声学成像要关注的设备区域
- 导线和母线
- 发电机
- 输配电设备
- 变电站
- 定子、电机和线圈
- 开关设备
采用局部放电声学成像技术的方案
- 状态维护方案(CBM)
- 状态监测方案(CM)
- 预防性维护(PdM)
有关红外热像仪或本应用案例的更多信息，请访问 www.flir.cn/si124
