聲波法在支柱瓷絕緣子帶電探傷中的應(yīng)用

王俊波，洪海程，苗銀銀

（廣東電網(wǎng)公司 佛山供電局，佛山 528000）

支柱瓷絕緣子是變電站的重要設(shè)備部件，起著支撐輸電導(dǎo)線和絕緣的作用。它是經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制成的電瓷產(chǎn)品，如果在制造過程中原料配方錯誤或工藝不當(dāng)，均易形成瓷件內(nèi)部缺陷。另外，瓷件沒有固定的形變且韌性極低，在長期運行中受機械負(fù)荷和冰雪、低溫、大風(fēng)、暴雨等惡劣環(huán)境因素的影響，加之設(shè)計、安裝和維護(hù)檢修等方面的原因，使得支柱瓷絕緣子及瓷套極易發(fā)生突然斷裂。支柱瓷絕緣子及瓷套一旦發(fā)生斷裂，會造成變電站、供電線路部分停電或全部停電，嚴(yán)重影響社會的穩(wěn)定和國民經(jīng)濟建設(shè)。為了加強對高壓支柱瓷絕緣子的技術(shù)監(jiān)督，必須提高支柱瓷絕緣子探傷技術(shù)水平，促進(jìn)支柱瓷絕緣子無損檢測技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展［1－2］。

1 支柱瓷絕緣子無損檢測現(xiàn)狀

目前對于支柱瓷絕緣子的無損檢測主要采用超聲波檢測、紅外檢測和紫外成像檢測三種方法。

超聲波檢測是目前主流的、公認(rèn)的支柱絕緣子無損檢測的有效手段［3－4］。江蘇電力公司《輸變電設(shè)備交接和狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》明確將其作為絕緣子診斷試驗方法。超聲波檢測可分為縱波斜角入射檢測和爬波檢測［5］。前者檢測速度慢，且存在檢測盲區(qū)［6］，即絕緣子第一瓷沿（圖1中絕緣子最下端瓷裙）到法蘭口（圖1儀器探頭接觸部位）軸向距離（垂直距離）較大或較小時易受回波影響而漏檢。后者檢測速度快，無檢測盲區(qū)，且能很快地對裂紋測長，現(xiàn)場多采用該方法檢測。超聲波檢測只適用于停電的情況下，無法做到帶電檢測。

紅外檢測是目前電力部門普遍采用的帶電測試手段，具有不停電、遠(yuǎn)距離、大面積、快速掃查的技術(shù)優(yōu)勢。盡管大量的試驗結(jié)果表明，紅外檢測能夠發(fā)現(xiàn)界面氣隙局部放電引起的溫度場變化，但是紅外檢測還不能作為一種獨立的檢測方法應(yīng)用于支柱絕緣子的檢測，原因在于檢測結(jié)果受到如絕緣子表面發(fā)射率、絕緣子負(fù)荷等級、檢測距離、大氣吸收、天氣和紅外檢測儀器等多因素的綜合影響，難以確認(rèn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；絕緣子受損程度與其表面發(fā)熱量的量化關(guān)系有待建立。

紫外成像檢測是檢測微小裂紋在高電壓下因畸變電場產(chǎn)生的電暈放電。通過觀測瓷表面的放電判斷是不是有裂紋。該方法具有很多局限性。首先必須達(dá)到起暈電壓，如果未達(dá)到起暈電壓，即使有裂紋也無法發(fā)現(xiàn)。絕緣子表面的臟污和法蘭粘接水泥的干裂也會產(chǎn)生同樣的放電，儀器無法加以區(qū)分。而紫外成像檢測發(fā)現(xiàn)的大部分放電都屬于上述原因引起。因此紫外成像方法只能檢測頂部高壓端法蘭部位的外表裂紋，其它任何部位的裂紋及缺陷均無法檢出。且發(fā)現(xiàn)放電后還要甄別放電的原因，因此紫外成像檢出率很低，且大部分區(qū)域無法檢測［6］。

綜上所述，為了提高支柱絕緣子的無損檢測水平，必須引入一種新的方法，能夠在不停電的情況下快速、有效地檢測支柱絕緣子的運行狀況。

2 聲波法檢測

2.1 檢測儀器

現(xiàn)場檢測采用便攜式SCT－I系列支柱瓷絕緣子帶電探傷儀（如圖1所示）。利用聲波原理，通過向絕緣子底部發(fā)射特殊激勵振動波，同時接收其振動反饋波，經(jīng)專用軟件自動分析該反饋波形的頻譜是否正常，通過頻譜分析得出功率密度譜圖，及聲波幅值隨頻率的變化關(guān)系圖，其檢測判據(jù)如表1所示。據(jù)此即可判斷該絕緣子內(nèi)外是否存在裂紋、裂紋的大概部位、機械強度是否降低或喪失，以及絕緣子是否老化等缺陷，將瓷瓶探傷的準(zhǔn)確性、安全性、實用性、高效性提升到新的高度。儀器單人操作，檢測一只瓷瓶只需20s。

圖1 SCT－I系列支柱瓷絕緣子帶電探傷儀

表1 SCT－I系列支柱瓷絕緣子帶電探傷儀檢測判據(jù)

2.2 檢測實例

某供電局220kV變電站110kVⅠ段母線刀閘C相支柱瓷絕緣子突發(fā)斷裂，造成局部停電事故。在事故處理期間，試驗人員對同廠家同批次的110kVⅡ段母線刀閘A，B，C三相支柱瓷絕緣子進(jìn)行了聲波檢測，檢測結(jié)果如圖2所示。

現(xiàn)場測試峰值出現(xiàn)的頻域范圍與實驗室判據(jù)之間存在1 000Hz的差別，分析認(rèn)為可能是由于現(xiàn)場電磁波干擾造成，具體原因尚需進(jìn)一步研究。通過觀察110kVⅡ段母線刀閘A，B，C三相支柱瓷絕緣子功率譜密度圖可以發(fā)現(xiàn)，A，B兩相只在3.5kHz左右出現(xiàn)基本峰，而C相除了3.5kHz左右出現(xiàn)基本峰外，在5.9kHz左右出現(xiàn)區(qū)域峰值，而且其幅值超過基本峰的一半。停電檢查發(fā)現(xiàn)外觀并無異常，但是經(jīng)過超聲波檢測發(fā)現(xiàn)該支柱絕緣子下部第一傘裙與法蘭之間存在2～3cm的裂縫，該部位出現(xiàn)裂縫很容易導(dǎo)致支柱絕緣子斷裂。

圖2 110kVⅡ段母線刀閘支柱瓷絕緣子功率譜密度圖

3 結(jié)語

利用聲波法檢測支柱瓷絕緣子可以在不停電的情況下進(jìn)行，不影響設(shè)備的正常運行。相對于超聲波方法其檢測效率大大提高；相對于紅外、紫外等帶電測試手段，聲波法更有效。對于有條件的供電企業(yè)，筆者建議開展此類測試，為支柱瓷絕緣子的狀態(tài)檢修積累經(jīng)驗。

［1］ 王勇，印華，王謙，等.超聲法在支柱瓷絕緣子探傷中的應(yīng)用［J］.電瓷避雷器，2007（3）：5－13.

［2］ 李曉紅，王敏.支柱瓷絕緣子的超聲檢測有效性［J］.中國電機工程學(xué)報，2005，9（26）：159－163.

［3］ 王立新，衛(wèi)志剛，孫丙新.變電站支柱瓷絕緣子超聲波檢測的工藝方法和試驗分析［J］.無損檢測，2006，28（12）：636－640.

［4］ 蔣云，王維東，蔡紅生，等.支柱瓷絕緣子及瓷套超聲波檢測工藝方法研究［J］.無損探傷，2009（6）：6－13.

［5］ 王立新，衛(wèi)志剛，孫丙新.變電站支柱瓷絕緣子超聲波檢測的工藝方法和試驗分析［J］.無損檢測，2006，28（12）：636－640.

［6］ 楊守東.戶外高壓瓷瓶斷裂的綜合分析及防護(hù)措施［J］.吉林電力技術(shù)，1995（3）：52－55.