支柱瓷絕緣子檢測方法探討

高 健，苗 興，王 斌

（國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅 蘭州 730050）

支柱瓷絕緣子檢測方法探討

高 健，苗 興，王 斌

（國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅 蘭州 730050）

介紹了超聲波檢測法、振動聲學檢測法等常見的支柱絕緣子檢測方法，在試驗室模擬檢測中，比較分析了采用國產(chǎn)儀器和進口儀器檢測支柱絕緣子的試驗結(jié)果，闡述了其存在的不足，并針對存在的缺陷提出了相關(guān)的建議。

振動聲學技術(shù)；支柱瓷絕緣子；帶電檢測

隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)、快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模迅速擴大，目前我國無論是裝機容量還是年發(fā)電量都穩(wěn)居世界前列。高壓電氣設(shè)備作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，其運行狀況直接關(guān)系著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，而斷路器又是高壓電氣設(shè)備的重要組成部分，一旦發(fā)生故障必然會對電網(wǎng)的可靠運行造成威脅。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，60 %-70 %的斷路器故障都是由起支撐作用的支柱瓷絕緣子發(fā)生破損而引起的。近幾年輸變電設(shè)備的運行實踐表明，防止支柱絕緣子破損行之有效的方法是對其進行檢查或檢測。這種方法能夠提前發(fā)現(xiàn)其外部和內(nèi)部的缺陷，從而盡早排除事故隱患。

1 常見支柱絕緣子檢測方法

存在缺陷的支柱絕緣子往往會發(fā)生絕緣電阻下降和固有頻率的變化，若內(nèi)部瓷質(zhì)不連續(xù)，在運行中還會發(fā)生局部放電而發(fā)光并生成一些新的生成物，同時還會引起局部過熱。因此，相應地出現(xiàn)了多種絕緣子檢測方法，包括絕緣電阻值測量法、振動聲學檢測法、超聲波檢測法、局部放電檢測法、紫外成像檢測法、紅外檢測法以及目視檢查等。

1.1 超聲波檢測法

超聲波是頻率高于20 kHz的機械波。利用特殊發(fā)射裝置激發(fā)超聲波使之在工件中傳播，一部分聲波在遇到缺陷時會產(chǎn)生反射，接收器通過對反射波的分析從而精確地顯示內(nèi)部缺陷的位置和大小。此方法即為超聲波檢測法。在支柱絕緣子檢測中，根據(jù)超聲波種類可分為爬波法和縱波斜探頭入射法。爬波是折射角為90°的壓縮縱波，將爬波探頭的入射角固定在第一臨界角，根據(jù)探測距離選擇適當?shù)木娣e，組成并聯(lián)式結(jié)構(gòu)。由于爬波僅僅對距表面深度8 mm內(nèi)的缺陷有效，因此應調(diào)整晶片與探測面間的夾角，以盡可能增加檢測深度。由于爬波法無法檢測支柱絕緣子的內(nèi)部缺陷，因此必須找到既有橫波掃查功能，又能在狹窄區(qū)域內(nèi)有效掃查到內(nèi)部及對稱面微裂紋等缺陷的探頭，同時還要考慮到不同直徑、不同配方及窯次燒結(jié)的不同晶粒度等因素對探傷靈敏度的影響，因此就出現(xiàn)了入射角為5°-8°的縱波斜探頭入射法。

目前，常用的最有效的檢測方法是在絕緣子法蘭口附近進行超聲爬波檢測，此方法對發(fā)現(xiàn)鑄鐵法蘭內(nèi)部裂紋非常有效。但超聲波檢測必須在停電狀態(tài)下進行，同時該檢測法比較費時、費力，難以實現(xiàn)對變電站絕緣子的普查工作。

1.2 振動聲學檢測法

振動聲學檢測法是利用激發(fā)裝置對某一特定工件施加振動激勵，通過接收裝置及分析軟件接收其聲學響應并進行分析，從而判斷該工件是否存在缺陷的檢測方法。振動聲學檢測法來源于日常生活中人們對砂鍋質(zhì)量的判別方法。由于不同質(zhì)量的砂鍋其聲音不同，優(yōu)質(zhì)砂鍋聲音清脆，劣質(zhì)砂鍋聲音沉悶，故通過敲擊砂鍋能辨別其優(yōu)劣。其實砂鍋的聲音跟砂鍋的密度和燒結(jié)程度有關(guān)，燒結(jié)程度好則密度高且聲音清脆，反之則密度低且聲音沉悶。如果砂鍋有裂縫，敲起來的聲音會有沙啞。支柱瓷絕緣子同砂鍋的加工工藝及原料基本相同，所以它們具有共同的特性，因此用該方法也能夠檢出其質(zhì)量的好壞。不同的是需要用專用振動發(fā)射器取代簡單的敲擊，用振動波接受器取代人耳。

振動聲學帶電檢測法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，即可判斷該絕緣子內(nèi)外是否有裂紋，裂紋大概部位，機械強度是否降低或喪失，以及絕緣子是否老化等缺陷。此方法操作簡單，可以實現(xiàn)絕緣子的快速帶電檢測。

2 試驗室模擬檢測

目前，超聲波法檢測支柱瓷絕緣子技術(shù)已經(jīng)相對成熟，其檢測的有效性和可靠性已有定論。由于振動聲學檢測法在絕緣子帶電、停電情況下檢測結(jié)果一致，為了驗證使用這種方法檢測支柱瓷絕緣子的可行性，利用經(jīng)超聲波檢測已發(fā)現(xiàn)并已進行過缺陷確認的瓷絕緣子作為試驗對象，采用振動聲學法對其進行模擬檢測，并對檢測結(jié)果進行分析研究。

2.1 檢測用瓷絕緣子基本情況

(1) 1號瓷絕緣子總長1 060 mm，一側(cè)為鑄鐵帽，一側(cè)為鑄鐵法蘭，其中外露瓷質(zhì)部分長900 mm，傘裙14片，直徑均為170 mm。宏觀檢查未發(fā)現(xiàn)異常，超聲波檢測未發(fā)現(xiàn)缺陷反射波。

(2) 2號瓷絕緣子總長1 060 mm，兩側(cè)均為鑄鐵法蘭，其中外露瓷質(zhì)部分長900 mm，傘裙13片，直徑為200～220 mm。在其中一側(cè)的鑄鐵法蘭與第1片傘裙瓷質(zhì)之間有宏觀可見山峰狀開裂，超聲波檢測在深度120 mm、34 mm處均有反射波，反射當量前者低、后者高，指示長度分別為70 mm和120 mm。

(3) 3號瓷絕緣子總長1 060 mm，一側(cè)為鑄鐵帽，另一側(cè)為鑄鐵法蘭，其中外露瓷質(zhì)部分長900 mm，傘裙14片，直徑均為170 mm。無可見宏觀缺陷；超聲波檢測在鑄鐵法蘭側(cè)70～75 mm深度有反射波，指示長度為110 mm。

2.2 國產(chǎn)儀器檢測情況

采用國內(nèi)某公司生產(chǎn)的型號為SCT-I的振動聲學檢測儀對上述瓷絕緣子進行了檢測。

由檢測圖譜可知：

(1) 宏觀及超聲波檢測未發(fā)現(xiàn)缺陷的1號瓷絕緣子，其振動聲學檢測結(jié)果也未見異常，其固定振動出現(xiàn)在3 500 Hz附近；

(2) 宏觀及超聲波檢測均發(fā)現(xiàn)缺陷的2號瓷絕緣子，在振動功率譜密度評定圖上可以看見明顯的異常頻率(1 000 Hz左右)振動，而且其當量較高，基本接近瓷絕緣子的固定頻率；

(3) 宏觀無異常但超聲波檢測發(fā)現(xiàn)缺陷的3號瓷絕緣子，在其振動功率譜密度評定圖上可以看見當量較小的異常頻率的振動，該振動頻率約為1 200 Hz。

2.3 進口振儀器檢測情況

采用俄羅斯生產(chǎn)的型號為МHK-I的振動聲學檢測儀對上述瓷絕緣子進行了檢測。

由檢測數(shù)據(jù)可知，其檢測結(jié)果與國產(chǎn)檢測儀比較接近。但就檢測振動功率譜密度評定圖來看，后者的振動頻率較為集中，頻率波動范圍小，圖示信息更清晰，“雜波”較少；進口儀器的振動功率譜密度極大值出現(xiàn)的頻率較國產(chǎn)儀器更大。

3 檢測結(jié)果分析

上述試驗檢測結(jié)果顯示：

(1) 宏觀和超聲波均未發(fā)現(xiàn)缺陷的1號絕緣子，其振動聲學檢測也未見異常；

(2) 無可見宏觀缺陷但超聲波檢測有反射信號的3號絕緣子，其振動聲學檢測結(jié)果也發(fā)現(xiàn)異常頻率的振動，只是其“波幅”比固有振動小很多；

(3) 宏觀和超聲波均發(fā)現(xiàn)異常的2號絕緣子，其振動聲學檢測時也發(fā)現(xiàn)“波幅”較大的異常振動。

因此，可以初步判斷振動聲學檢測時，檢測振動功率譜密度評定圖上異常振動的“波幅”高低與絕緣子的缺陷大小具有對應關(guān)系，即缺陷尺寸越大，“波幅”越高，反之亦然。

對2號絕緣子進行振動聲學檢測時，在其功率譜密度評定圖上異常頻率振動“波形”非常尖銳，“波幅”較高，且該振動頻率范圍較為集中；而在對3號絕緣子檢測時，異常頻率的振動“波形”走勢平緩，“波幅”較低，與前者有明顯的區(qū)別。說明振動聲學檢測對于由內(nèi)部發(fā)展至表面的缺陷較為敏感，而對于僅僅是內(nèi)部有缺陷的絕緣子則不太敏感。

在對2號絕緣子，采用國產(chǎn)儀器進行振動聲學檢測時，其異常振動“波幅”與固有振動“波幅”高低非常接近；而用進口儀器檢測時，異常振動“波幅”較固有振動“波幅”高很多，在功率譜密度評定圖上極為突出。由此推測，進口儀器所發(fā)射的激勵振動波對缺陷較為敏感，如果絕緣子有缺陷更容易形成共振，從而在檢測時被發(fā)現(xiàn)。

4 結(jié)論與建議

由于缺陷在瓷質(zhì)中的擴展速度極快，對于檢測時發(fā)現(xiàn)的一些“波幅”較小的異常振動也不可忽視，應反復驗證重點關(guān)注。如有必要可在停電檢修時將其取下進行性能試驗。如果絕緣子有貫穿內(nèi)外的缺陷，則在檢測功率譜密度評定圖會出現(xiàn)較高“波幅”的異常振動，特別是當異常振動比固有振動高出很多時，應引起足夠的重視。必要時也可采用高倍望遠鏡進行確認,具備條件的可以申請停電檢修。

進口儀器在檢測時對缺陷更加敏感，但由于其靈敏度很高可能更容易造成誤判，所以發(fā)現(xiàn)疑問時應變換探頭接觸位置進行多次檢測，不要輕易作出有無缺陷的定論。

1 王偉東，劉 勇．支柱絕緣子及瓷套無損檢測中的應用[J].無損檢測，2009(3).

2 王春水，胡先龍，張俊義，等．爬波在無損檢測中的應用[J].無損檢測，2009(3).

2014-02-26。

高 健(1980-)，男，高級工程師，主要從事電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和失效分析工作，email：dust661@163.com。

苗 興(1958-)，男，高級工程師，主要從事電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、失效分析以及電網(wǎng)安全性評價工作。

王 斌(1965-)，男，高級工程師，主要從事電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)管理以及電網(wǎng)安全性評價工作。