振動(dòng)聲學(xué)法在瓷支柱絕緣子檢測中的運(yùn)用

孔 鵬,王 琳,李 榛,張亞新

（國網(wǎng)山東省電力公司聊城供電公司,252000）

0 前言

振動(dòng)是指一個(gè)狀態(tài)改變的過程，即物體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，它是一種常見的物理現(xiàn)象，其應(yīng)用也非常廣泛。眾所周知，振動(dòng)所產(chǎn)生的波形會(huì)沿著直線傳播，并且有一定的時(shí)間和空間規(guī)律。借助這一原理，將其運(yùn)用到設(shè)備儀器探傷檢測中會(huì)有非常顯著的效果。瓷支柱絕緣子是一種特殊的絕緣控件，在變電站和輸電線路中的應(yīng)用非常廣泛，但是由于瓷支柱絕緣子工作環(huán)境復(fù)雜，長期受外界環(huán)境的影響，容易出現(xiàn)裂痕或者其他缺陷，降低絕緣效果從而引發(fā)嚴(yán)重的電力事故。因此，為了確保電力設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行，必須做好瓷支柱絕緣子的探傷檢測工作。本文主要介紹了一種基于振動(dòng)聲學(xué)理論的檢測方法，為后期瓷支柱絕緣子的探傷檢測研究提供參考。

1 振動(dòng)聲學(xué)檢測法的原理

振動(dòng)聲學(xué)法在瓷支柱絕緣子檢測中的應(yīng)用，主要是根據(jù)絕緣子自振動(dòng)頻率推導(dǎo)出極限荷載的計(jì)算公式。由材料力學(xué)和振動(dòng)聲學(xué)的公式可以得出以下結(jié)論：

公式中P0、P1 分別代表良好絕緣子的極限荷載和損壞絕緣子的極限荷載；I0、I1 分別代表良好絕緣子危險(xiǎn)斷面的慣性靜力矩和損壞絕緣子的慣性靜力矩；F0、F1 分別代表良好絕緣子危險(xiǎn)橫斷面積和損壞絕緣子危險(xiǎn)橫斷面積；IP0、IP1 分別代表良好絕緣子危險(xiǎn)橫斷面慣性力矩和損壞絕緣子危險(xiǎn)橫斷面慣性力矩；ωI0、ωI1 分別代表良好絕緣子固有自振動(dòng)頻率和損壞絕緣子固有自振動(dòng)頻率。

本文研究的振動(dòng)聲學(xué)法探傷檢測主要采用山東科華電力技術(shù)有限公司生產(chǎn)的便攜式SCT 系列瓷支柱絕緣子帶電探傷儀，在變電站運(yùn)行不停電的狀態(tài)下可完成所有支柱絕緣子檢測，采用獨(dú)特的等電位、全屏蔽、抗干擾設(shè)計(jì)，及確保安全的離線式測試方法，為設(shè)備的帶電檢測提供了保證，快速、準(zhǔn)確、簡便、高效是本設(shè)備的設(shè)計(jì)理念。振動(dòng)聲學(xué)法探傷檢測的原理圖如下所示：

2 振動(dòng)聲學(xué)法檢測的具體應(yīng)用

圖1 振動(dòng)聲學(xué)法檢測原理圖

研究振動(dòng)聲學(xué)法在瓷支柱絕緣子檢測中的應(yīng)用，就需要先了解一些絕緣子常見的裂紋及其特性。首先，大多數(shù)絕緣子都是陶瓷制品，因此出現(xiàn)裂紋的尺寸非常小，通常情況下絕緣子表面裂紋深度僅有0.1mm，而且大都分布在絕緣子的底法蘭面上，但是這種微小的裂紋就足以使絕緣子損壞；其次，裂紋從其滋生到瓷制件破損發(fā)展的時(shí)間很難進(jìn)行有效預(yù)測，有時(shí)可以從一秒鐘到好幾年；由于瓷支柱絕緣子的裂紋非常微小，所以很難用肉眼檢測這些裂紋的存在，包括位于絕緣子法蘭面下邊的裂紋，而且用肉眼去發(fā)現(xiàn)表面裂紋也很困難；此外，對瓷支柱絕緣子受到外力作用時(shí)出現(xiàn)附加的應(yīng)力，致使新的粒子受到損傷，還會(huì)導(dǎo)致微裂紋跳躍式的增長。

圖2 110kV（11 萬伏）室外配電設(shè)備絕緣子振動(dòng)功率譜密度評定圖

圖3 110kV（11 萬伏）室外配電設(shè)備不良狀況絕緣子振動(dòng)功率

圖4 110kV（11 萬伏）室外配電設(shè)備不良狀況絕緣子振動(dòng)功率

了解這些裂紋特性之后，我們就可以借助檢測儀器對瓷支柱絕緣子進(jìn)行探傷檢測。該檢測設(shè)備適用于35kV ～500kV 的瓷支柱絕緣子，環(huán)境溫度為-30---60℃，環(huán)境濕度為<80%，可以帶電離線檢測故障檢出率達(dá)到100%。研究表明，機(jī)械狀況良好的絕緣子，即沒有偏離工藝過程要求制造的那些絕緣子，不論在何種環(huán)境溫度下工作，向其施加動(dòng)態(tài)荷載都會(huì)發(fā)生振動(dòng)，而且振動(dòng)頻率基本保持在450Hz 區(qū)域內(nèi)，一旦出現(xiàn)任何裂紋或者缺陷，那么振動(dòng)頻率將會(huì)出現(xiàn)很大的變化。例如110kV（11 萬伏）室外配電設(shè)備絕緣子振動(dòng)功率譜密度評定圖如下所示：

110kV（11 萬伏）室外配電設(shè)備不良狀況絕緣子振動(dòng)功率如下圖3 ～4 所示：

我們從圖3 中可以看出，除了頻率4500Hz 的基本峰外，還有在1000 ～3000Hz 頻率區(qū)域的峰值，說明瓷支柱絕緣子的底部法蘭存在裂紋；而圖4 中，除了頻率4500Hz 的基本峰外，還有在8000 ～10000Hz 頻率區(qū)域的峰值，說明瓷支柱絕緣子的上部法蘭區(qū)域有缺陷。

通過分析振動(dòng)聲學(xué)法檢測瓷支柱絕緣子機(jī)械狀況的結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對瓷支柱絕緣子帶電檢測，降低了停電檢測對變電站本身造成的影響；其次，該設(shè)備操作簡單，對操作人員的技能要求較低，因此不需要進(jìn)行專業(yè)的培訓(xùn)，最大限度的降低設(shè)備的維護(hù)成本；該檢測方法無需操作人員登高作業(yè)，在有效地確保檢測人員自身安全的同時(shí)，還能夠提升工作效率。鑒于振動(dòng)聲學(xué)法在瓷支柱絕緣子檢測中的運(yùn)用，我們還需要做好后期的數(shù)據(jù)存檔工作，對每一個(gè)絕緣子都建立一個(gè)檢測檔案，詳細(xì)記錄檢測結(jié)果，這也有助于我們后期對這些瓷支柱絕緣子的機(jī)械狀態(tài)進(jìn)行綜合判斷。

3 總結(jié)

綜上所述，振動(dòng)聲學(xué)法是變電站（所）換流站，串補(bǔ)站戶內(nèi)戶外瓷支柱絕緣子等儀器設(shè)備探傷檢測的常用技術(shù)。該方法主要借助探頭向檢測材料施加外力荷載，從而使材料產(chǎn)生振動(dòng)頻率，通過頻率圖判斷絕緣子是否存在裂紋或者缺陷。文章中介紹了110kV（11 萬伏）室外配電設(shè)備在振動(dòng)聲學(xué)法檢測效果下的各項(xiàng)振動(dòng)頻率，其中底部存在缺陷或者裂縫的絕緣子會(huì)出現(xiàn)1000 ～3000Hz 頻率區(qū)域的峰值，而頂部存在缺陷或者裂縫的絕緣子則會(huì)出現(xiàn)8000 ～10000Hz 頻率區(qū)域的峰值。由此可見，振動(dòng)聲學(xué)法對于瓷支柱絕緣子的探傷檢測效果較為良好。

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