兰 ： Ｃｈｉｎａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 高新技术 电气设备局部放电的超声波检测方法分析 陶文斌 （中国计量学院，浙江杭州３１００１８） 摘要：传统的超声波法是用固定在变压器油箱壁上的超声波传感器接收变压器内部局部放电产生的超声脉冲，由此来检测局部放 电的大小和位置。由于此方法受电气干扰的影响比较小以及它在局部放电定位中的广泛应用，人们对超声波法的研究比较深入。超 声波法用于变压器局部放电检测最早始于上世纪４Ｏ年代，但因为灵敏度低，易于受到外界干扰等原因一直没有得到广泛的应用。本 文主要论述了局部放电的种类及特点、超声波检测常见的干扰信号及其特性、超声波检测系统结构、放大电路的设计及电源设计。 关键词：超声波检测；局部放电；电气设备 １引言 述沿面放电发展的过程。 目前超声波检测局部放电的研究工作主要 集中在定位方面，原因是与电测法相比，超声波 的传播速度较慢，对检测系统的速度与精度要 求较低。在利用超声波进行局部放电的放电量 的大小确定和模式识别方面的工作相对较少， 提出了利用频谱识别局部放电模式的新方法， 其研究也取得了一些新成果。近几年以来，还出 现了一种把超声波法与射频电磁波法（包括射频 法和超高频法）联合起来进行局放定位的趋势。 在澳大利业的西门子研究机构使用局部放电产 生的超声波和射频电磁波联合检测技术监测变 压器中的局部放电活动。其关键依据是：超声波 和电磁波在变压器介质中的传播速度是不一致 引起的干扰。 的，因而可以测量两种波到达传感器的时间间 ３．１．２无线电干扰。此类干扰的波形通常是 有固定的谐振频率和频带宽度。 隔。国内方面，西安交通大学提出了一种基于超 高频正弦波，高频和超声波的相控接收阵的局放电定位法， ３．２脉冲型干扰信号包括：供电线路或高压 利用分别检测超高频和超声波信号的相控接收 端的电晕放电；电网中的开关、晶闸管整流设备 阵构成平面传感器，接收到的超高频信号为时 闭合或开断引起的脉冲干扰；电力系统中其它 间基准，进而得到超声波的传输时延，这样可计 非检测设备放电引起的干扰。 ３３白噪包括各种随机噪声，如电气设备的 算出局放电点与超声波传感器间的距离，再根 据相控阵扫描的方位角和仰角就得出放电的空 热噪声、配电线路及变压器继电保护信号线路 间几何位置。 中由于藕合进入的各种噪声以及监测线路中的 ２局部放电的种类及特点 半导体器件的散粒噪声等。 后置放大电路 ２．１电晕放电 ４超声波检测系统结构 电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自 从硬件结构组成上，超声检测系统主要包 ６电源设计 持放电形式，是极不均匀电场的特征之一。电力 括四个部分：ａ传感器部分：由压电传感器及屏 在检测系统的电路板上，需要各种电压等 传感器可随时拆卸，根据实验现场 级的电源。模拟电路部分主要是各种集成放大 系统中所遇到的绝缘结构大多是不均匀的，不 蔽导线组成，均匀电场的形式很多，绝大多数是不对称电场。 具体要求选择更换不同型号．ｂ．电源模块：为实 器，统一使用正负ｓＶ的直流电源供电，数字电 在电场极不均匀时，随间隙上所加电压的升高， 现便携检测，采用电池供电，电路包括对各种芯 路部分使用３．３Ｖ直流电压。针对以上需求，考 在大曲率电极附近很小范围内的电场足以使空 片所需电压等级的转换；ｃ．模拟信号预处理电 虑到检测系统的体积要小以及便于携带移动， 气发生游离，而间隙中大部分区域的电场仍然 路由前置放大器，带通滤波，后置主放大电路等 选用９Ｖ的干电池作为系统的总电源，通过不同 很小。于是在大曲率电极附近很薄一层空气中 组成，可通过数字示波器得到清晰的模拟信号； 的电源转换芯片得至Ｈ各种等级的所需电压，并 将具备自持放电（即外界游离因素不存在，间隙 ｄ数字电路：由单片机及其外围电路组成，电路 且在电源芯片的输出端采用ＩＩ型滤波电路和对 中的放电仅靠电场作用继续进行下去）的条件。 已设计完成，部分眭能通过测试，但目前的工作 地电容进行处理，减小纹波，提高电源质量。 放电仅局限在大曲率电极周围很小的范围内， 对Ａ／Ｄ转换之后数字信号的处理上存在困难， ５Ｖ直流电压采用德州仪器公司的 而整个间隙尚未击穿。 不能像数字示波器一样得到有较高价值的实验 ＴＰＳ７６８５０稳压器，通过于电池９Ｖ电压直接得 易产生电晕放电的电气设备是高压输电线 数据，需要进行后续的深入研究。 到。ＴＰＳ７６８５０的输入电压为２．７Ｖ—ｌＯｖ，适合干 路。通常均将空气视为非导体，但空气中含有少 为了检测不同位置传感器接收同一局部放 电池９Ｖ的输入电压，其最大的优点在于低压 数南宇宙线照射而产生的离子，带正电的导体 电源所产生的超声波信号的的传播时间，需要 差，在输出电流ｌＡ的时候，电压下降仅为 会吸引周同空气中的负离子而自行徐徐中和。 设计两套洼能尽可能接近的检测系统来作为对 ２３０ｍＶ。由于使用５Ｖ电压的模拟器件较多，其 若带电导体有尖端，该处附近空气中的电场强 比。系统结构如下图所示： 输出电流很大，较低的电压下降对稳定输出电 度它与其他形式的放电有本质的区别，电晕放 压，提高测量精度有很大的意义。此外，其静态 电时的电流强度并不取决于电路中的阻抗，而 电流仅为８５ｕＡ，具有关断保护功能。 取决于电极外气体空间的电导。这就取决于外 ７总结 加电压、电极形状、极间距离、气体的性质和密 对电气设备进行局部放电试验是电气设备 度（天气湿度以及空气的流动速度）等。 制造和运行中的一项重要预防性试验。局部放 ２．２沿面放电 电如果长期存在，会加速设备老化，在一定条件 电气设备中用来固定支撑带电部分的固体 系统硬件结构流程图 下甚至会造成绝缘破坏，严重影响设备正常运 介质，多数是在空气中。当电压超过一定 ５放大电路的设计 行。超声波检测法作为一种非电量测量法，有着 时，常在周体介质和空气的分界面上出现沿着 局部放电超声波传感器输出的信号一般很 独特的优点。本文的主要内容是基于压电传感 固体介质表面的放电现象，称为沿面放电 戈称 微弱，因此要求放大电路具有高增益、低噪声的 器的高压电气设备局部放电信号的超声波检测 沿面闪络）。下面以具有代表『生的绝缘子为例描 丰寺． ，以便尽可能多的减小信号的失真，得到较 方法研究，主要涉及了高电压技术、传感器技 沿面放电是一种特殊的气体放电现象，沿 面闪络电压比气体或者固体单独作为绝缘介质 时的击穿电压都低。影响沿面放电电压的主要 因素有：电场分布情况、电压波形、介质表面状 态、空气污秽程度、气候条件等等。 ３超声波检测常见的干扰信号及其特性 现场的干扰信号是多种多样的，按频带可 分为窄带干扰和宽带干扰，而按其时域波形特 征可分为连续的周期性干扰、脉冲型干扰和白 噪３类。 ３．１连续的周期性干扰包括 ３．１．１电力系统载波通信和高频保护信号 真实的局部放电信号信息。 ５．１前置放大电路 压电晶体输出信号的电压有时低至微伏数 量级，这样微弱的信号若经过长距离传输必须 经放大后传输，才能减弱干扰信号对它的影响， 并提高信噪比。因为压电晶体的输出阻抗较高， 带负载能力差，则要求前置放大电路不仅要有 较大的输入阻抗，而且噪音要低，并满足检测频 带宽度和具有一定的放大倍数。 ５２后置主放大电路 本系统后置放大电路由ＴＬ０８４芯片和一 个精密可调电位器组成，电路如下图所示，通过 该精密可调电位器可对后置放大增益进行微 调，以减少偏差。 匝 匿船量一ｒ］ ］ｌＩ 一１０一 中国新技术新产品 Ｑ盟 ： Ｃｈｉｎａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 高新技术 改进谷氨酸生产技术路线的探讨 董少鹏 王东升 （吉林省石油化工设计研究院，吉林长春１３００２１） 摘要：如何避免使用传统工艺在东北建厂，使我们的新建谷氨酸装置或企业具有低耗、环保、品质高、效益好的特点，实现谷氨酸行业在东 北地区可持续发展，十分值得我们在工艺技术路线上进行思考与研究。本文就我国谷氨酸生产．ｚ－－Ｅ技术的进展，生产技术现状与如何改 进生产工艺技术路线进行了探讨，并提出了谷氨酸生产技术应进一步把握的发展方向。 关键词：谷氨酸；生产工艺；可持续发展 近年来，味精工业发展较陕的省份有山东、 个阶段性的工艺，现应予以淘汰。 功率消耗、有利于溶氧，并采用变频电机，这是 浙江、江苏、河南、广东。我国的味精工业虽然发 次喷射工艺过程明显改变了两次喷射的 发酵系统降耗的关键；发酵过程的流加糖系统 展很快，但面临的问题也不少，特别是河南和山 弱点，具有蒸汽消耗和动力消耗小，容易控制， 要采用计算机控制，并与发酵状态监测系统连 东两省，其生产工艺几乎是一套模式，丁艺技术 糖液质量稳定，设备数量少，占地面积小，生产 锁；设置后发酵罐，合理利用发酵过程的特点， 路线不合理，装备落后，控制水＇－Ｙ４￣，装置分散， 环境好，可实现计算机控制等优点。该工艺主要 降低残糖，提高单位发酵罐体积的产能。 占地面积大，污染严重。味精行业是重污染行 是在引进技术的基础上形成的，该工艺需要进 ２－３提取工艺技术路线 业，随着国家清洁生产的出台以及原料紧 口喷射器（实际上进口喷射器并不贵，它具有调 随着国家清洁生产的出台，以及新技 张，他们的竞争力逐渐减落。南方的一些企业开 节范围宽、使用寿命长、噪音小、体积小、安装容 术、新设备的出现，为淘汰谷氨酸全母液等电离 始将眼光转向东北粮食主产区，并纷纷开始投 易、计算机控制的诸多优点）。在消化吸收的基 交提取技术，推动浓缩等电提取工艺技术和新 资建厂。 础上，将该系统多次成功的应用到制糖工艺设 生的提取工艺技术进步，创造了良好的契机。实 １我国谷氨酸生产工艺技术的进展 计中，可以为企业带来了良好的经济效益。 际上，上世纪９０年代后期，人们已在不断纷纷 谷氨酸是生产味精的主要原料，随着发酵 ２．２发酵下艺技术路线 推出新的提取工艺技术，许多企业已开始采用 法生产谷氨酸技术的发展，我国味精生产始于 现阶段我国谷氨酸发酵ｉ种工艺并行。亚 新设备、新技术进行大胆的尝试，有的已取得丰 １９２３年，至今已有８０多年历史，随着科学技术 适量生物素的生产强度低，发酵转化率居中，糖 硕成果。 的不断进步，味精生产技术也在不断变革，由创 酸转化率高，提取收率高；高生物素加青霉素的 笔者曾为在东北建设大型谷氨酸企业，对 建之初的以面筋、豆粕为原料水解法生产工艺， 生产强度中等、发酵转化率低，糖酸转化率低， 谷氨酸行业进行了考察，并与业内人士进行了 改变为现在以淀粉为原料发酵法生产工艺。发 提取收率中等；温度敏感型生产强度高，发酵转 详尽的探讨。笔者认为必须淘汰谷氨酸全母液 酵法生产工艺从１９６４年在上海味精厂首次投 化率高，糖酸转化率中等，提取收率低。对不同 等电离交提取技术，建议采用连续低温等电浓 入生产以来，发酵法生产谷氨酸的生产技术进 工艺的评价在于节能降耗，节能的关键为发酵 缩法工艺，该提取工艺的优点是可获得高质量 步较大，尤其是近几年随着菌种的突破以及新 过程通风的总耗电量，既每吨发酵谷氨酸所耗 的菌体蛋白、硫酸铵、有机复合肥；谷氨酸收率 技术、新设备的应用进展更快。进入九十年代， 的ＫＷＨ总量。而降耗的考核指标为糖酸转化 高，只有少量谷氨酸需要转晶；排除的废水只有 尤其九五年后，技术进步较快，目前行业最好水 率，由发酵转化率乘以提取率得出。设备生产强 蒸发冷凝液，污水处理容易；生产劳动强度低， 平时（仅少数厂家）制糖收率９９％以上、发酵产 度以每立方米发酵罐总容积每小时，所产谷氨 易于实现计算机控制。 酸１ １－１２％、转化率５９－６２￣７ｏ，提取收率９６－－９８％、 酸的数量进行比较。由此得出目前的三种１二艺 连续低温等电浓缩法工艺技术路线如下： 精制收率９６％。与８０年代比较全行业平均制糖 没有一种是绝对合理或不合理的， 收率提高了１０％，发酵产酸率提高了１ １７％，转 在于设计和生产过程的把握。如果 化率提高了４３％，提取收率提高了２０％，精制收 我们在设计中注意以下几点，将会 率提高了８．８％，综合技术指标淀粉消耗下降了 给企业生产过程易于把握、提高糖 １６６％。 酸转化率、实现节能降耗、总结经 ２我国谷氨酸生产技术路线改进建议 验、推进技术进步、增强企业竞争力等带来诸多 ３展望我国谷氨酸生产技术应进一步把握 尽管我国发酵法生产谷氨酸的生产技术进 的好处。 的发展方向 步很大，工艺技术指标水平进步很快，但各企业 随着生物技术性的快速发展，酶制剂 首先，改变传统的供气系统，建立完善的低 工艺技术指标存在较大差距。除了各企业技术 能耗、高质量的供气系统。对于大规模的发酵生 和发酵菌种必将得到快速发展，同时随着新设 力量不同外，归其原因主要还是工艺技术路线 产企业应改变传统的多台小型往复压缩机供气 备、新技术在谷氨酸生产系统上的应用，我国谷 不合理、装备落后、自动化水平低造成的，如果 系统，宜采用离心式和蒸汽透平式联合的压缩 氨酸生产技术必将得到进一步的发展，加强谷 我们能在新建企业中，改进传统中一些不合理 空气制备系统，以利于降低压缩空气制备能耗， 氨酸生产基础技术的开发和把握好谷氨酸生产 的工艺技术路线，提高装备和自动化水平，我国 提供稳定可调的压缩空气供应系统；采用低温 基础技术的发展方向，将为我们在享受鲜美的 实现节能降耗，人类与环境和谐的进步， 发酵法生产谷氨酸的生产技术和工艺技术指标 节能型脱湿、干燥系统，以保证过滤器的使用寿 同时，起到积极的作用。 还将有一个很大的提高，同时实现谷氨酸企业 命，降低染菌概率；改变传统的压缩空气过滤系 参考文献 具有低耗、环保、品质高、效益好，走可持续发展 统，采用多级分散式过滤系统，以避免全发酵系 之路。 统同时出现染菌现象，同时有利于减少占地面 『１１周秀琴；谷氨酸发酵液除菌体提取谷氨酸研 发酵科技通讯，Ｖ２８（１），２００９年． ２．１制糖工艺技术路线 积、方便检查、检修和排除故障。其次，连消系 究进展，双酶法制糖工艺，具有明显的淀粉转化率 统。根据不同物料分阶段灭菌特点，采用连续喷 『２馀洪昌，金杼等；发酵法生产谷氨酸的谷氨酸 热能回收型系统，并用计算机控制。第ｊ， 提ｃａ＿ｒ＿艺（专利），中华人民共和国知识产权局， 高，有利于发酵和提取的特 。双酶法制糖Ｔ艺 射式、２００４年． 过程基本分为两种：两次喷射工艺、一次喷射 发酵降温冷却水系统：根据不同菌种，具有不同 ３１周秀琴；日本生产谷氨酸高效率的方法，中国 工艺。两次喷射工艺过程存在着明显的弱点：蒸 发酵阶段温度的特点，采用冷水和循环水兼顾 『实现节能降耗，采用计算机控制。第四， 食品工业协会发酵工程研究会２０００年度技术 汽消耗和动力消耗大，糖液质量不稳；设备数量 的系统，２０００年． 多，占地面积大，劳动强度大，生产环境很差，自 发酵系统要采用大型发酵罐，尽可能增大冷却 经验交流会论文集，动化程度低、难以管理、生产浪费较严重。它是 面积。采用先进的搅拌器，合理配置浆叶，降低 一一术、电子测量技术以及硬件电路设计等方面的 参考文献 陶文斌（中国计量学院杭州市３１（ｘ】ｌ８）Ｔａｏ ｎ ｆＣｈｉｎａ Ｊｉｌｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｈａｎｇｚｈｏｕ 相关知识。本文主要分析了三种局部放电的原 【１】王国利，郝艳捧，刘味果，李彦明，电力变压器 Ｗｅｎ ｂｉ３１００１ ８１． 理；研究了压电传感器的工作原理和特点及使 超高频局部放电测量系统，电压技术，２００１年． 用方法；在此基础上完成了高压电气设备局部 覃剑等，特高频在电力设备局部放电在线监 作者简介：陶文斌，出生于１９８７年１０月、 放电信号的超声波检测系统硬件设计。 坝４中的应用，电网技术，１９９７年． 男、汉，浙江省杭州市、中国计量学院在校学生。 中国新技术新产品 一１１—
