高 健，苗 興，王 斌

（國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730050）

支柱瓷絕緣子檢測(cè)方法探討

高 健，苗 興，王 斌

（國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730050）

介紹了超聲波檢測(cè)法、振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)法等常見(jiàn)的支柱絕緣子檢測(cè)方法，在試驗(yàn)室模擬檢測(cè)中，比較分析了采用國(guó)產(chǎn)儀器和進(jìn)口儀器檢測(cè)支柱絕緣子的試驗(yàn)結(jié)果，闡述了其存在的不足，并針對(duì)存在的缺陷提出了相關(guān)的建議。

振動(dòng)聲學(xué)技術(shù)；支柱瓷絕緣子；帶電檢測(cè)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)大，目前我國(guó)無(wú)論是裝機(jī)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(yùn)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(huì)對(duì)電網(wǎng)的可靠運(yùn)行造成威脅。統(tǒng)計(jì)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(yùn)行實(shí)踐表明，防止支柱絕緣子破損行之有效的方法是對(duì)其進(jìn)行檢查或檢測(cè)。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(jiàn)支柱絕緣子檢測(cè)方法

存在缺陷的支柱絕緣子往往會(huì)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(yùn)行中還會(huì)發(fā)生局部放電而發(fā)光并生成一些新的生成物，同時(shí)還會(huì)引起局部過(guò)熱。因此，相應(yīng)地出現(xiàn)了多種絕緣子檢測(cè)方法，包括絕緣電阻值測(cè)量法、振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)法、超聲波檢測(cè)法、局部放電檢測(cè)法、紫外成像檢測(cè)法、紅外檢測(cè)法以及目視檢查等。

1.1 超聲波檢測(cè)法

超聲波是頻率高于20 kHz的機(jī)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(shí)會(huì)產(chǎn)生反射，接收器通過(guò)對(duì)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(cè)法。在支柱絕緣子檢測(cè)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(cè)距離選擇適當(dāng)?shù)木娣e，組成并聯(lián)式結(jié)構(gòu)。由于爬波僅僅對(duì)距表面深度8 mm內(nèi)的缺陷有效，因此應(yīng)調(diào)整晶片與探測(cè)面間的夾角，以盡可能增加檢測(cè)深度。由于爬波法無(wú)法檢測(cè)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(duì)稱面微裂紋等缺陷的探頭，同時(shí)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(duì)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(cè)方法是在絕緣子法蘭口附近進(jìn)行超聲爬波檢測(cè)，此方法對(duì)發(fā)現(xiàn)鑄鐵法蘭內(nèi)部裂紋非常有效。但超聲波檢測(cè)必須在停電狀態(tài)下進(jìn)行，同時(shí)該檢測(cè)法比較費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站絕緣子的普查工作。

1.2 振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)法

振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)法是利用激發(fā)裝置對(duì)某一特定工件施加振動(dòng)激勵(lì)，通過(guò)接收裝置及分析軟件接收其聲學(xué)響應(yīng)并進(jìn)行分析，從而判斷該工件是否存在缺陷的檢測(cè)方法。振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)法來(lái)源于日常生活中人們對(duì)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(guò)敲擊砂鍋能辨別其優(yōu)劣。其實(shí)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(lái)的聲音會(huì)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(dòng)發(fā)射器取代簡(jiǎn)單的敲擊，用振動(dòng)波接受器取代人耳。

振動(dòng)聲學(xué)帶電檢測(cè)法通過(guò)向絕緣子底部發(fā)射特殊激勵(lì)振動(dòng)波，同時(shí)接收其振動(dòng)反饋波，經(jīng)專用軟件自動(dòng)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(jī)械強(qiáng)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(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)絕緣子的快速帶電檢測(cè)。

2 試驗(yàn)室模擬檢測(cè)

目前，超聲波法檢測(cè)支柱瓷絕緣子技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，其檢測(cè)的有效性和可靠性已有定論。由于振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)法在絕緣子帶電、停電情況下檢測(cè)結(jié)果一致，為了驗(yàn)證使用這種方法檢測(cè)支柱瓷絕緣子的可行性，利用經(jīng)超聲波檢測(cè)已發(fā)現(xiàn)并已進(jìn)行過(guò)缺陷確認(rèn)的瓷絕緣子作為試驗(yàn)對(duì)象，采用振動(dòng)聲學(xué)法對(duì)其進(jìn)行模擬檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析研究。

2.1 檢測(cè)用瓷絕緣子基本情況

(1) 1號(hào)瓷絕緣子總長(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)未發(fā)現(xiàn)缺陷反射波。

(2) 2號(hào)瓷絕緣子總長(zhǎng)1 060 mm，兩側(cè)均為鑄鐵法蘭，其中外露瓷質(zhì)部分長(zhǎng)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(jiàn)山峰狀開(kāi)裂，超聲波檢測(cè)在深度120 mm、34 mm處均有反射波，反射當(dāng)量前者低、后者高，指示長(zhǎng)度分別為70 mm和120 mm。

(3) 3號(hào)瓷絕緣子總長(zhǎng)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(zhǎng)900 mm，傘裙14片，直徑均為170 mm。無(wú)可見(jiàn)宏觀缺陷；超聲波檢測(cè)在鑄鐵法蘭側(cè)70～75 mm深度有反射波，指示長(zhǎng)度為110 mm。

2.2 國(guó)產(chǎn)儀器檢測(cè)情況

采用國(guó)內(nèi)某公司生產(chǎn)的型號(hào)為SCT-I的振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)儀對(duì)上述瓷絕緣子進(jìn)行了檢測(cè)。

由檢測(cè)圖譜可知：

(1) 宏觀及超聲波檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)缺陷的1號(hào)瓷絕緣子，其振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)結(jié)果也未見(jiàn)異常，其固定振動(dòng)出現(xiàn)在3 500 Hz附近；

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

(3) 宏觀無(wú)異常但超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)缺陷的3號(hào)瓷絕緣子，在其振動(dòng)功率譜密度評(píng)定圖上可以看見(jiàn)當(dāng)量較小的異常頻率的振動(dòng)，該振動(dòng)頻率約為1 200 Hz。

2.3 進(jìn)口振儀器檢測(cè)情況

采用俄羅斯生產(chǎn)的型號(hào)為МHK-I的振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)儀對(duì)上述瓷絕緣子進(jìn)行了檢測(cè)。

由檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，其檢測(cè)結(jié)果與國(guó)產(chǎn)檢測(cè)儀比較接近。但就檢測(cè)振動(dòng)功率譜密度評(píng)定圖來(lái)看，后者的振動(dòng)頻率較為集中，頻率波動(dòng)范圍小，圖示信息更清晰，“雜波”較少；進(jìn)口儀器的振動(dòng)功率譜密度極大值出現(xiàn)的頻率較國(guó)產(chǎn)儀器更大。

3 檢測(cè)結(jié)果分析

上述試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果顯示：

(1) 宏觀和超聲波均未發(fā)現(xiàn)缺陷的1號(hào)絕緣子，其振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)也未見(jiàn)異常；

(2) 無(wú)可見(jiàn)宏觀缺陷但超聲波檢測(cè)有反射信號(hào)的3號(hào)絕緣子，其振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)結(jié)果也發(fā)現(xiàn)異常頻率的振動(dòng)，只是其“波幅”比固有振動(dòng)小很多；

(3) 宏觀和超聲波均發(fā)現(xiàn)異常的2號(hào)絕緣子，其振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)時(shí)也發(fā)現(xiàn)“波幅”較大的異常振動(dòng)。

因此，可以初步判斷振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)振動(dòng)功率譜密度評(píng)定圖上異常振動(dòng)的“波幅”高低與絕緣子的缺陷大小具有對(duì)應(yīng)關(guān)系，即缺陷尺寸越大，“波幅”越高，反之亦然。

對(duì)2號(hào)絕緣子進(jìn)行振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)時(shí)，在其功率譜密度評(píng)定圖上異常頻率振動(dòng)“波形”非常尖銳，“波幅”較高，且該振動(dòng)頻率范圍較為集中；而在對(duì)3號(hào)絕緣子檢測(cè)時(shí)，異常頻率的振動(dòng)“波形”走勢(shì)平緩，“波幅”較低，與前者有明顯的區(qū)別。說(shuō)明振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)對(duì)于由內(nèi)部發(fā)展至表面的缺陷較為敏感，而對(duì)于僅僅是內(nèi)部有缺陷的絕緣子則不太敏感。

在對(duì)2號(hào)絕緣子，采用國(guó)產(chǎn)儀器進(jìn)行振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)時(shí)，其異常振動(dòng)“波幅”與固有振動(dòng)“波幅”高低非常接近；而用進(jìn)口儀器檢測(cè)時(shí)，異常振動(dòng)“波幅”較固有振動(dòng)“波幅”高很多，在功率譜密度評(píng)定圖上極為突出。由此推測(cè)，進(jìn)口儀器所發(fā)射的激勵(lì)振動(dòng)波對(duì)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(cè)時(shí)被發(fā)現(xiàn)。

4 結(jié)論與建議

由于缺陷在瓷質(zhì)中的擴(kuò)展速度極快，對(duì)于檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)的一些“波幅”較小的異常振動(dòng)也不可忽視，應(yīng)反復(fù)驗(yàn)證重點(diǎn)關(guān)注。如有必要可在停電檢修時(shí)將其取下進(jìn)行性能試驗(yàn)。如果絕緣子有貫穿內(nèi)外的缺陷，則在檢測(cè)功率譜密度評(píng)定圖會(huì)出現(xiàn)較高“波幅”的異常振動(dòng)，特別是當(dāng)異常振動(dòng)比固有振動(dòng)高出很多時(shí)，應(yīng)引起足夠的重視。必要時(shí)也可采用高倍望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行確認(rèn),具備條件的可以申請(qǐng)停電檢修。

進(jìn)口儀器在檢測(cè)時(shí)對(duì)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(wèn)時(shí)應(yīng)變換探頭接觸位置進(jìn)行多次檢測(cè)，不要輕易作出有無(wú)缺陷的定論。

1 王偉東，劉 勇．支柱絕緣子及瓷套無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用[J].無(wú)損檢測(cè)，2009(3).

2 王春水，胡先龍，張俊義，等．爬波在無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用[J].無(wú)損檢測(cè)，2009(3).

2014-02-26。

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

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

王 斌(1965-)，男，高級(jí)工程師，主要從事電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)管理以及電網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)工作。