模鑄型變壓器故障的原因，主要是由於高壓線圈絕緣性能變差而造成局部放電，當局部放電發生時會在高壓線圈內部形成一個超音波源，向四面八方傳遞，所以音射法常被用來檢測與定位局部放電。在檢測模鑄型變壓器必須先解決音射探頭容易受干擾的問題、並提升靈敏度、避免量測的安全問題、考慮系統安裝的彈性與便利性。本研究主要以音射法來辨識局部放電發生的原因，利用安裝在高壓線圈的導波管與特殊設計的音射探頭組兩種技術來完成線上檢測系統。在導波管技術的運用上，將局部放電的音射信號傳導到兩端的音射探頭，並由音射信號的時間差得知放電線圈匝的位置；再利用特殊設計的音射探頭辨識音射信號是來自高壓線圈內部的局部放電或是外部設備的電暈信號。而同時使用導波管與特殊設計的音射探頭兩種技術不只大幅提升量測系統的靈敏度，更增加檢測系統的可靠度，並經由變壓器的實際測試結果，證明在本文中所提出之量測架構可以完成一套安全又準確的局部放電線上檢測系統。
關鍵字：局部放電、音射法、模鑄型變壓器、導波管、音射探頭組。

The acoustic emission (AE) method can be used to detect and locate partial discharges (PD) in cast-resin dry-type transformers. However, due to the high sound attenuation in the filled epoxy, the signal can be easily interfered with by external noises and the chance to detect PD with the AE method is small. In this paper, two techniques are developed to improve the shortcomings of the AE method. First, the waveguide is installed on the high-voltage (HV) windings, so that the acoustic signals of PD will propagate to the AE sensors that are installed on both terminals of the waveguide. Then the location of the winding which has PD can be detected from the difference in arrival times of the acoustic signals. The test results indicate that the waveguide technique is able to enhance safety for a measurement system and offers the advantages of easy installation and higher flexibility. Second, a specially designed AE sensor pair is used to distinguish whether acoustic signals are generated by PD inside the HV winding or the corona outside the transformers. Using these two techniques of waveguide and AE sensor pair not only greatly improves the sensibility but also increases the reliability of the measurement system. Practical test results show that the new techniques can be used to precisely locate the PD in HV winding.
Keywords：partial discharge, acoustic emission, cast-resin dry-type transformer, waveguide,the pair of AE sensors.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
第一節 研究動機 1
第二節 研究背景 2
第三節 研究目的與方法 4
第四節 論文章節概要 6
第二章 音射法檢測局部放電 7
第一節 模鑄型變壓器高壓線圈的音波原理 7
壹、音射原理 7
貳、高壓線圈的音波傳遞 8
參、高壓線圈內部能量的穿透與反射 9
第二節 高壓線圈的音射信號波形探討 12
第三節 模鑄型變壓器之局部放電檢測方法 17
壹、放電檢測之電氣法 17
貳、放電檢測之非電氣法 18
第三章 系統與設計 21
第一節 量測系統簡介 21
壹、模鑄型變壓器 21
貳、模鑄型變壓器的高壓線圈 21
第二節 導波管的設計與架構 23
壹、導波管的設計 24
貳、導波管與音射探頭的安裝 25
參、導波管的最佳形狀 26
肆、導波管對音射信號的改善 27
第三節 音射探頭與放大器、濾波器之製作 30
壹、壓電材料介紹 30
貳、音射探頭的製作 30
參、前級放大器與濾波器之製作 31
第四節 音射探頭組的原理與設計 34
第四章 實驗與結果 36
第一節 內部局部放電與外部電暈的模擬方法 36
壹、以筆尖折斷來模擬局部放電的音射信號源 36
貳、以點火器(spark lighter)模擬外部電暈 36
第二節 局部放電檢測系統 38
第三節 局部放電檢測系統信號分析 39
壹、背景信號量測分析 39
貳、音源來自外部設備 40
參、音源來自設備本身 41
肆、音源來自設備內部 43
伍、高壓線圈內部局部放電源的定位 45
第五章 結論與未來展望 47
第一節 結論 47
第二節 未來展望 48
參考文獻 49
簡歷 52

表3-1 兩組的音波振幅比值 28
圖1-1 模鑄型變壓器的實驗模型圖 5
圖2-1 音波經過音射探頭後轉成電壓的信號 8
圖2-2 音波的傳播方式 9
圖2-3 高壓線圈的線圈部分剖面圖 10
圖2-4 高壓線圈的玻璃纖維部分剖面圖 10
圖2-5 音波在銅與含玻璃纖維的樹脂其穿透與反射能量 11
圖2-6 音射法量測技術的基本架構 12
圖2-7 VS150-M的頻率響應圖 13
圖2-8 Fuji 2045S的頻率響應圖 13
圖2-9 VS30-V的頻率響應圖 13
圖2-10 VS150-M量測到的音射信號 14
圖2-11 Fuji 2045S量測到的音射信號 15
圖2-12 VS30-V量測到的音射信號 16
圖3-1 模鑄型變壓器的結構圖 21
圖3-2 高壓線圈的結構圖 22
圖3-3 實際高壓線圈的剖面圖 22
圖3-4 高壓線圈對音射探頭放電的現象 23
圖3-5 音射探頭改變了高壓線圈的電場分佈 24
圖3-6 具有音波傳導功能的高壓線圈 25
圖3-7 導波管的設計與音射探頭的安裝方法 26
圖3-8 導波管的剖面圖與音波在導波管傳遞 27
圖3-9 導波管上的音波試驗 28
圖3-10 AE1與AE4的音射信號 29
圖3-11 模鑄型變壓器的量測架構圖 29
圖3-12 音射探頭的整體架構圖 30
圖3-13 音射探頭外觀與內部實體構造圖 31
圖3-14 商業化前級放大器 32
圖3-15 前級放大器與濾波器之電路圖 32
圖3-16 實驗製作之前級放大器與濾波器外觀圖 33
圖3-17 實驗製作之前級放大器與濾波器內部構造圖 33
圖3-18 音射探頭組的構造 35
圖4-1 以筆尖折斷來模擬局部放電的音射信號 36
圖4-2 外部電暈現象使用之點火器 37
圖4-3 無負載的局部放電量測系統 38
圖4-4 沒有任何音源出現 39
圖4-5 沒有任何音源出現的背景信號 39
圖4-6 音源來自外部設備 40
圖4-7 音源來自外部設備的音射信號 40
圖4-8 外部電暈距離音射探頭較遠 41
圖4-9 變壓器本身的高壓礙子有電暈形成 43
圖4-10 變壓器本身的高壓礙子有電暈形成的音波信號 43
圖4-11 音源來自設備內部 44
圖4-12 音源來自設備內部的音射信號 44
圖4-13 利用音射探頭的時間差找出放電線圈匝的位置 45
圖4-14 音源來自設備內部的音射信號 46

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