Page 235 - 《应用声学》2025年第2期

第 44 卷 第 2 期 王巍然等： 局部放电中声波产生机理及仿真分析 495

各点最大声压随距离衰减的拟合曲线如图 8所 160
示，可以观察到随着与针尖距离的增大，各点最大声
140
压呈下降趋势。做出声压幅值随距离的变化曲线，
并用指数函数进行曲线拟合，可以发现超声信号的 120
衰减近似于指数衰减，离针尖较近处衰减较快，离针 ႃืᑢфࣨϙ/µA
尖较远处衰减变慢。 100

1.65 80
1.60 ηՂࣨϙ
લՌజጳ
1.55 60
4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0
1.50 ႃԍࣨϙ/kV
ܦԍ/Pa 1.45 4000 (a) ႃืᑢфࣨϙ
1.40
1.35
3500
1.30
1.25 3000
తܸܦԍ/Pa
1.20 2500
5 10 15 20 25 30
ˁ᧫࠹ᡰሏ/cm 2000

图 8 声压随距离衰减的拟合曲线 1500
Fig. 8 Fitting curve of sound pressure attenuation 1000
with distance
500
4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0
分析频谱可以发现随着距离的增加，声波的 ႃԍࣨϙ/kV
峰值频率逐渐降低，从10 mm 处的约 470 kHz 下降 (b) ᧫࠹൤ʾவ1 mmܫతܸܦԍ
4000
到 100 mm 处的约 345 kHz，这说明高频范围的声
波衰减更快。在实际的局部放电检测中，超声探 3500
头与放电源的距离往往比 100 mm 更远，并且现实
3000
的局放场景环境更加复杂，引发声波衰减的因素

更多，高频成分衰减也会更多，因此超声法检测局 ࢏ϙᮠဋ/kHz 2500
部放电的检测频率通常在几千赫兹到几十千赫兹 2000
量级。
1500
3.5 不同外接电压下的仿真结果
1000 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0
为了研究不同外接电压下放电电流及声波有
ႃԍࣨϙ/kV
何变化规律，分别改变针电极外接电压为 −4 kV、 (c) ࢏ϙᮠဋ
−4.3 kV、−4.5 kV、−4.7 kV、−5 kV，仿真时间设为
图 9 外接电压对仿真结果的影响
5 µs，记录各个电压下的仿真结果，如图9所示。
Fig. 9 The influence of external voltage on simu-
可以看到，随着外接电压幅值的增大，电流脉冲
lation results
的幅值从 77 µA 增大到 148 µA，针尖正下方 1 mm
处最大声压从 771 Pa 增大到 3640 Pa，脉冲电流及 4 结论
声波峰值频率从 1.45 MHz 升高到 3.7 MHz。相关
结果均和外接电压呈正相关，这是因为随着外接电 本文研究了局部放电中电晕放电这一典型类
压的增大，局部场强增大，电晕放电过程中的粒子反 型，针对放电及发声这两个物理过程进行理论分析
应更为剧烈，导致声压与频率升高。 及有限元仿真研究，可以得到以下结论：