高壓電力設(shè)備絕緣診斷的聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)

甘永強(qiáng)

摘要：目前，電力設(shè)備是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的設(shè)備。如果電力設(shè)備發(fā)生故障，將給工業(yè)系統(tǒng)帶來(lái)非常嚴(yán)重的后果，并造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。因此，當(dāng)電力設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，有一套良好的故障檢測(cè)技術(shù)，才能將損失降到最低就顯得尤為重要。本文主要研究如何有效地利用超聲波技術(shù)檢測(cè)電力設(shè)備的絕緣狀態(tài)。該技術(shù)的判斷依據(jù)是，如果電力設(shè)備的絕緣出現(xiàn)一些異常情況，故障部位會(huì)出現(xiàn)更加明顯的電暈放電現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)電暈放電的檢測(cè)，可以更準(zhǔn)確地找到設(shè)備絕緣故障的位置。另外，超聲波檢測(cè)可以在遠(yuǎn)離電力設(shè)備的地方起到很好的作用，安全性高，使用方便，具有很好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：高壓電力設(shè)備;絕緣診斷;聲學(xué);檢測(cè)技術(shù)

導(dǎo)言：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)生活用電需求也在不斷增長(zhǎng)，對(duì)電力服務(wù)質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。高質(zhì)量的電力服務(wù)不僅要滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的用電需求，更需要一個(gè)更加安全、穩(wěn)定、可靠的電力系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，變電站高壓設(shè)備的安全運(yùn)行是整個(gè)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保證。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，如果變電站的高壓設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，包括高壓設(shè)備本身的質(zhì)量問(wèn)題和長(zhǎng)期使用造成的設(shè)備老化等，都可能對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成巨大的障礙，甚至引發(fā)重大安全事故，威脅人民群眾的人身、財(cái)產(chǎn)安全。因此，在這種情況下，高壓設(shè)備投入使用時(shí)，有關(guān)部門(mén)和有關(guān)人員一定要注意對(duì)高壓設(shè)備的定期檢查，特別是絕緣試驗(yàn)，必須及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行調(diào)查，以便更好地保證設(shè)備的運(yùn)行。在傳統(tǒng)的高壓設(shè)備絕緣檢測(cè)中，一般采用定期停電的方法進(jìn)行檢測(cè)。這種方式耗時(shí)較長(zhǎng)，對(duì)人民群眾的日常生活和生產(chǎn)都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。因此，在經(jīng)濟(jì)如此快速發(fā)展的今天，國(guó)家對(duì)電力的需求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的高壓設(shè)備絕緣檢測(cè)已經(jīng)不能滿(mǎn)足當(dāng)前國(guó)家對(duì)電力系統(tǒng)的要求。在這種情況下，高壓設(shè)備絕緣在線檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1絕緣狀態(tài)判斷的重要性

高壓電力設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行是社會(huì)生產(chǎn)生活的重要組成部分。通過(guò)對(duì)設(shè)備的絕緣狀態(tài)檢測(cè)，可以有效地分析設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，制定保護(hù)措施，保證運(yùn)行過(guò)程中的連續(xù)性水平。絕緣狀態(tài)判斷的方法直接影響判斷內(nèi)容的指導(dǎo)性。如果出現(xiàn)判斷失誤和不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯?wèn)題，必然會(huì)導(dǎo)致一系列的誤差，給高壓電力設(shè)備的運(yùn)行帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，從絕緣狀態(tài)判斷的效率出發(fā)，采用合理的判斷方法，可以高效、準(zhǔn)確地完成絕緣問(wèn)題分析，準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，為設(shè)備運(yùn)維人員爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間，迅速完成設(shè)備整改。另外，合理的故障判斷方法可以減少設(shè)備的拆裝，保證設(shè)備的完整性，減少重復(fù)拆裝過(guò)程中的運(yùn)行維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，從側(cè)面延長(zhǎng)高壓電力設(shè)備的使用壽命，合理完成絕緣狀態(tài)測(cè)量。

2絕緣診斷概述

過(guò)去主要有直流泄漏電流、絕緣電阻、介損、直流耐壓和交流耐壓試驗(yàn)。絕緣性能測(cè)試可以定期檢測(cè)電氣設(shè)備的絕緣性能，進(jìn)而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)高壓電力設(shè)備的基本絕緣狀態(tài)，分析絕緣老化狀態(tài)。對(duì)于運(yùn)行不良的電力設(shè)備，應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

在絕緣電阻測(cè)試過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)變壓器的吸收比測(cè)試不合格，絕緣電阻絕對(duì)值高而吸收比小，則可將變壓器設(shè)備歸類(lèi)為不合格產(chǎn)品。極化指數(shù)測(cè)試方法既保證了判斷的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，又為判斷提供了很大的方便。吸收比測(cè)試時(shí)間為60s，介質(zhì)極化剛開(kāi)始，不能反映絕緣的實(shí)際情況，測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性較低。極化指數(shù)測(cè)試時(shí)間為600s，雖然介質(zhì)極化過(guò)程尚未完成，但已趨于穩(wěn)定。因此，可以更科學(xué)、準(zhǔn)確地檢測(cè)高壓電力設(shè)備的基本絕緣狀況。

工業(yè)水平較高的國(guó)家從20世紀(jì)40年代開(kāi)始采用比較完善的偏振指數(shù)測(cè)試方法，另外，在測(cè)量過(guò)程中提高測(cè)量設(shè)備的抗干擾能力，也可以提高測(cè)量的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。例如，不同頻率法的操作更加方便，工作效率也會(huì)顯著提高。但是，如果存在明顯的干擾，結(jié)果仍存在較大誤差，因此必須積極研究新的檢測(cè)方法。

3高壓開(kāi)關(guān)柜絕緣事故的分析

第一個(gè)原因是在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，由于絕緣部件的老化，絕緣部件的絕緣性能下降。特別是在高溫、高溫的工業(yè)環(huán)境中，對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備的絕緣影響很大，這會(huì)加速絕緣裝置的老化程度，從而大大降低裝置的絕緣性能，從而影響設(shè)備的正常工作，很容易引發(fā)絕緣事故。二是大氣過(guò)電壓或操作過(guò)電壓引起的，因?yàn)閿嗦菲鞯哪蛪涸谝欢ǚ秶鷥?nèi)。如果在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的載流電壓和三相同時(shí)斷開(kāi)過(guò)電壓的作用下，容易引起絕緣裝置的擊穿。三是相關(guān)操作人員未按照相關(guān)行為規(guī)范操作，造成絕緣事故。四是電氣設(shè)備絕緣距離的設(shè)置不合理，因?yàn)楹芏喔邏汗竦慕泳€和設(shè)置不合理，使得元件對(duì)地和相間的距離太小，一旦高壓柜發(fā)生過(guò)電壓，極易導(dǎo)致絕緣事故。五是高壓柜內(nèi)電路設(shè)計(jì)不合理，信號(hào)線與電源沒(méi)有有效區(qū)分，存在單相線路接地，會(huì)使高壓電氣柜內(nèi)相電壓升高。如果過(guò)電壓過(guò)度集中在高壓開(kāi)關(guān)柜的絕對(duì)薄弱部位，極易發(fā)生絕緣事故。

4聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)

4.1 聲學(xué)敲擊檢測(cè)技術(shù)

聲沖擊檢測(cè)技術(shù)作為絕緣缺陷最常見(jiàn)的檢測(cè)方法之一，因其檢測(cè)簡(jiǎn)單、容易，常作為其他檢測(cè)方法的補(bǔ)充。其原理是用物體敲擊被測(cè)材料，從而判斷被測(cè)材料是否存在缺陷。缺陷材料與完好材料的撞擊聲不同，頻率較低。長(zhǎng)期以來(lái)，它依靠測(cè)試人員的經(jīng)驗(yàn)，用人耳辨別敲擊聲。因此，在精度上存在一定的偏差。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)也得到了非常迅速的發(fā)展，因此，利用檢測(cè)技術(shù)的原理，通過(guò)融合現(xiàn)代技術(shù)，利用聲學(xué)傳感器，為了提高聲爆震檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際檢測(cè)中的準(zhǔn)確性。根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果，聲沖擊檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)出絕緣老化引起的氣隙、脫層等缺陷。但是，它不可避免地會(huì)受到探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)聲波的干擾。

4.2 聲發(fā)射技術(shù)

聲發(fā)射（AE）是由于外力或內(nèi)部殘余應(yīng)力的過(guò)度集中而導(dǎo)致的材料變形和損傷。許多作用在材料上的現(xiàn)象都是由于多余彈性波的釋放引起的。聲發(fā)射技術(shù)主要是指通過(guò)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)電力設(shè)備的技術(shù)，主要是通過(guò)利用數(shù)字信號(hào)處理檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)這一規(guī)律來(lái)確定絕緣規(guī)律、發(fā)展規(guī)律，從而進(jìn)行研究。特別是在電應(yīng)力作用下，局部放電脈沖電流持續(xù)時(shí)間短，并伴有超聲波能量釋放。因此，聲發(fā)射技術(shù)可以用來(lái)測(cè)量絕緣性能。雖然目前國(guó)內(nèi)外對(duì)變壓器局部放電定位的聲發(fā)射方法已經(jīng)進(jìn)行了研究，局部放電發(fā)射技術(shù)在理論上已經(jīng)非常成熟，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，變壓器油中會(huì)存在多個(gè)放電源，因此，數(shù)字信號(hào)處理非常復(fù)雜，容易給以后的結(jié)果分析帶來(lái)很大的困難。

4.3 超聲檢測(cè)

超聲波檢測(cè)技術(shù)主要依靠超聲波在物體傳播過(guò)程中的物理特性（當(dāng)超聲波遇到界面時(shí)，會(huì)相應(yīng)地反射和折射），是一種尋找物體內(nèi)部不連續(xù)性的方法。目前，超聲檢測(cè)可分為橫波檢測(cè)法和縱波檢測(cè)法，以超聲波波形為分類(lèi)點(diǎn)。

首先，橫波檢測(cè)。盤(pán)狀絕緣子和發(fā)電機(jī)定子絕緣缺陷檢測(cè)是橫波檢測(cè)方法的兩種主要方式。正是因?yàn)楸P(pán)式瓷絕緣子在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，容易產(chǎn)生亞表面裂紋，尤其是這些裂紋往往隱藏在表面釉層中。因此，用常規(guī)的檢測(cè)方法很難準(zhǔn)確檢測(cè)。超聲波橫波檢測(cè)，由于它能在絕緣層中發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)的橫波，并且通過(guò)反射波的傳播時(shí)間，可以檢測(cè)出瓷板中的次表面裂紋。實(shí)驗(yàn)表明，若無(wú)缺陷，則在探傷儀熒光屏上的某一位置會(huì)出現(xiàn)瓷筒橫截面的反射波，出現(xiàn)裂紋時(shí)會(huì)在瓷筒橫截面上出現(xiàn)缺陷波。定點(diǎn)發(fā)生器的主要缺陷是超聲橫波檢測(cè)。斜探頭檢測(cè)主要針對(duì)超聲波橫波發(fā)射，另一個(gè)負(fù)責(zé)接收。試驗(yàn)結(jié)果表明，在熱循環(huán)加速老化效應(yīng)下，定子線棒會(huì)產(chǎn)生剝落缺陷，兩個(gè)探頭接收到的超聲振幅將顯著降低。

第二，P波檢測(cè)。超聲波直探頭可用于檢測(cè)電氣設(shè)備的各種絕緣微缺陷。試驗(yàn)結(jié)果表明：縱波檢測(cè)法可用于檢測(cè)復(fù)合樹(shù)脂絕緣層厚度在70mm～80mm之間。對(duì)厚度為20mm～30mm的樹(shù)脂浸漬紙，可進(jìn)行絕緣氣隙、箔層壓和裂紋檢測(cè)。可用于檢測(cè)厚度為15mm的低密度交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜。

5高壓電力設(shè)備絕緣狀態(tài)診斷的低頻超聲監(jiān)測(cè)技術(shù)

聲監(jiān)測(cè)技術(shù)在高壓電力設(shè)備絕緣檢測(cè)中的應(yīng)用，雖然大大提高了檢測(cè)質(zhì)量水平，但在長(zhǎng)期的使用經(jīng)驗(yàn)表明，聲檢測(cè)技術(shù)可以非常方便地檢測(cè)出絕緣設(shè)備的缺陷，但是在診斷上也有問(wèn)題?？茖W(xué)研究表明，造成絕緣子老化的原因很多。除了長(zhǎng)期的水流侵蝕外，主要是由于自身的物質(zhì)原因。眾所周知，無(wú)論材料的優(yōu)點(diǎn)有多大，都有大的或小的缺陷。絕緣子的缺陷除了自身的性能缺陷外，還存在著這樣的微觀缺陷。因此，為了更好地檢測(cè)我國(guó)高壓電氣設(shè)備，有必要加強(qiáng)對(duì)絕緣設(shè)備的檢測(cè)技術(shù)。近年來(lái)，出現(xiàn)了低頻超聲檢測(cè)技術(shù)。經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)人員的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)應(yīng)用于高壓電氣絕緣設(shè)備的檢測(cè)會(huì)有很好的效果。

超聲波是聲波的一種。首次在蝙蝠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)。蝙蝠通過(guò)超聲波判斷前方是否有物體。人類(lèi)通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)了超聲波技術(shù)。目前，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，并取得了建設(shè)性的發(fā)展。在高壓電力設(shè)備的絕緣檢測(cè)中，低頻監(jiān)測(cè)技術(shù)不僅可以檢測(cè)到絕緣子，還可以對(duì)其進(jìn)行診斷，可以使相關(guān)管理部門(mén)根據(jù)情況提前采取措施。低頻超聲檢測(cè)技術(shù)的絕緣測(cè)量指標(biāo)有兩種，一是低頻超聲波在絕緣子中的傳播速度，二是低頻超聲波的衰減系數(shù)，檢測(cè)項(xiàng)目很多，但判斷標(biāo)準(zhǔn)主要是絕緣子的密度和彈性。

結(jié)束語(yǔ)

電力是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活穩(wěn)定的前提。高壓設(shè)備的絕緣試驗(yàn)可以檢測(cè)絕緣子的絕緣性能。低頻超聲波檢測(cè)不僅能檢測(cè)絕緣，還能診斷，使電力管理部門(mén)能及時(shí)做出反應(yīng)，保證高壓電力設(shè)備的正常運(yùn)行，分析了目前高壓電力設(shè)備絕緣檢測(cè)中的幾種聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)，希望我國(guó)高壓電力設(shè)備的檢測(cè)能夠更上一層樓，保持穩(wěn)定發(fā)展，從而促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

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