劉增博 吳川 楊博

【摘 要】眾所周知，當今電力行業(yè)迅速發(fā)展，大量的高壓電氣設(shè)備被應(yīng)用到電力系統(tǒng)發(fā)電側(cè)和輸配電單元中，其安全可靠性對電網(wǎng)正常運行起著非常重要作用，是經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)保障。為了確保設(shè)備與工作人員的安全，這些電氣設(shè)備使用了大量的聚合物復(fù)合絕緣材料，雖然此類絕緣材料相比傳統(tǒng)絕緣而言，其性能更加優(yōu)異，但是也存在著弊端，如：絕緣件在加工時會出現(xiàn)氣泡、夾雜雜質(zhì)等，如果處理不當，均會導致電氣設(shè)備在運行中產(chǎn)生局部放電、加速老化等，對電力系統(tǒng)的安全運行埋下安全隱患。

【關(guān)鍵詞】高壓電氣設(shè)備；絕緣診斷；聲學檢測技術(shù)

引言

聚合物復(fù)合材料被廣泛用于高壓電氣設(shè)備的絕緣系統(tǒng)中。復(fù)合絕緣制作加工過程中，絕緣-導體界面或絕緣內(nèi)稍有不慎就會殘留有氣泡。高壓電氣設(shè)備運行時，氣泡引起局部放電，加速絕緣老化，絕緣內(nèi)逐漸形成分層、裂紋或樹狀的導電通道等絕緣缺陷，最終貫穿整個絕緣結(jié)構(gòu)時，造成絕緣擊穿。復(fù)合絕緣不透明，不能肉眼檢查絕緣缺陷，通常用局部放電測量來評估。但是，局部放電測量無法準確識別缺陷形態(tài)、量化缺陷大小、定位缺陷位置，無法研究絕緣老化過程中缺陷的發(fā)生和擴展等物理或化學過程。近來，動態(tài)力學分析和聲學檢測技術(shù)成為絕緣老化機理研究和絕緣缺陷檢測的有力手段。

1高壓電氣設(shè)備絕緣診斷概述

以往的絕緣診斷試驗項目中主要有直流泄漏電流、絕緣電阻、介損、直流耐壓以及交流耐壓試驗。采用絕緣性能試驗?zāi)軌蚨ㄆ跈z測電氣設(shè)備的絕緣性能，進而準確預(yù)測高壓電氣設(shè)備基本的絕緣狀況，分析絕緣老化狀態(tài)。對于表征絕緣性較差的部分，應(yīng)組織人員及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷，同時開展檢修工作，保證高壓電氣設(shè)備運行的安全性。

絕緣電阻試驗的過程中，若發(fā)現(xiàn)變壓器的吸收比試驗不達標，絕緣電阻的絕對值較高但吸收比較小，則可將變壓器設(shè)備歸為不合格產(chǎn)品。采用極化指數(shù)試驗的方式能夠保證判斷的科學性與準確性，同時也為判斷提供了諸多的便利。吸收比試驗的時間為60s，介質(zhì)極化剛剛開始，故而其也無法反映絕緣的實際情況，檢測結(jié)果的準確性與可靠性較低。極化指數(shù)試驗時間為600s，介質(zhì)極化過程雖然并未完成，但是其已趨于穩(wěn)定狀態(tài)，因此能夠更加科學和準確地檢測出高壓電氣設(shè)備絕緣的基本情況。

2聲學檢測技術(shù)

2.1聲發(fā)射技術(shù)

聲發(fā)射現(xiàn)象，是由于材料受到的外力或者是內(nèi)部殘余應(yīng)力過于集中，使材料發(fā)生變形、破壞等問題，而作用在材料上的很多現(xiàn)象都是由于多余的彈性波釋放。聲發(fā)射技術(shù)主要是指在電力設(shè)備中通過聲波發(fā)射而進行監(jiān)測的技術(shù)，主要通過運用數(shù)字信號處理檢測信號，通過此規(guī)律來判定絕緣規(guī)律、發(fā)展規(guī)律，從而進行研究的一種技術(shù)。尤其是在電應(yīng)力的作用下，局部放電脈沖電流持續(xù)時間較短，伴有超聲波能量釋放。因此，利用聲發(fā)射技術(shù)能夠?qū)^緣性能的好壞進行測量。雖然目前國內(nèi)外都已經(jīng)先對變壓器聲發(fā)射法局部放電定位展開了研究，局部放電發(fā)射技術(shù)在理論上已經(jīng)十分成熟，但是由于在實際應(yīng)用過程中，變壓器油中會有多個放電源存在，因此，其數(shù)字信號處理十分復(fù)雜，極易給后期的結(jié)果分析帶來巨大的困難。

2.2聲學敲擊檢測技術(shù)

聲學監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展也是頗為坎坷的，自其出現(xiàn)至今，雖然采用過多種技術(shù)改進，但是聲學敲擊檢測技術(shù)卻是一直在使用，聲學敲擊監(jiān)測技術(shù)能夠使用至今，主要是因為其檢測操作過程簡單便捷，但是也因為其簡單的性質(zhì)，在檢測時可能會出現(xiàn)檢測結(jié)果與實際不相符等情況，所以，一般不會將該技術(shù)使用在大型的檢測中，而是將其作為輔助手段，在使用其他技術(shù)檢測完成時進行補充。聲學敲擊檢測技術(shù)的原理非常簡單，首先要確定檢測位置，然后使用工具對檢測物體進行敲擊，從敲擊的聲音來判斷被檢測物體是否存在缺陷，在敲擊檢測前，通常會先敲擊正常設(shè)備，然后根據(jù)正常設(shè)備發(fā)出的聲音來判斷被檢測設(shè)備是否存在缺陷。但是通過該方法檢測及結(jié)果比較容易出錯。隨著信息化技術(shù)的愈加完善，將信息化的技術(shù)運用到聲學敲擊技術(shù)中，大大提高了該技術(shù)的檢測準確性，主要是在聲傳感器中加入數(shù)字信號處理技術(shù)。經(jīng)過多次的實驗證明，將數(shù)字化信號技術(shù)應(yīng)用到聲學敲擊檢測技術(shù)中，能夠準確檢測出絕緣設(shè)備存在的缺陷，但是該技術(shù)也存在著些許不足，因為聲音傳感器對于聲音較為敏感，所以容易受到其他聲音的干擾而影響檢測結(jié)果。

2.3超聲檢測技術(shù)

在瓷盤絕緣子和發(fā)電機定子絕緣缺陷檢測中，主要應(yīng)用橫波檢測的方式，在制作瓷盤絕緣子的過程中容易出現(xiàn)亞表面裂紋問題，故而常規(guī)的檢測方式無法保證檢測的效果。超聲波檢測能夠在絕緣內(nèi)部發(fā)出一個波長的橫波，并利用反射波傳播的時間檢測瓷盤內(nèi)亞表面裂縫。若在檢查中沒有出現(xiàn)明顯的缺陷，則探傷儀屏幕上就會出現(xiàn)瓷圓柱體斷面的反射波。若檢測中發(fā)現(xiàn)裂紋，瓷圓柱的斷面就會產(chǎn)生缺陷波。在定點發(fā)電機缺陷檢測的過程中，主要采用超聲橫波測試，斜探頭檢測主要涉及到超聲橫波發(fā)射和接收兩個方面。試驗證明，受到熱循環(huán)的影響，定子線棒會出現(xiàn)脫殼現(xiàn)象，探頭所接收到的超聲波幅值也會有所減小。超聲探頭能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備中的多種微觀缺陷進行有效的檢測。在試驗中發(fā)現(xiàn)，縱波檢測法對厚度為70-80mm的合成樹脂絕緣材料具有良好的檢測效果，同時可對厚度為20-30mm的樹脂浸漬紙的絕緣氣隙和裂紋進行檢測，且可實現(xiàn)較為理想的檢測效果。

3高壓電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)診斷的低頻超聲監(jiān)測技術(shù)

將聲學監(jiān)測技術(shù)運用到高壓電氣設(shè)備的絕緣檢測中，雖然大幅度的提高了檢測質(zhì)量水平，但是，在長時間的使用經(jīng)驗表明，聲學檢測檢測技術(shù)可以非常便捷的檢測出絕緣設(shè)備存在的缺陷，但是在診斷方面卻存在著問題?？茖W研究表明，絕緣體的老化存在著較多的原因，除了長時間經(jīng)過電流侵蝕外，主要是其本身的材料原因，眾所周知，無論材料有著多么大的優(yōu)點，均存在著或大或小的缺陷，絕緣體的缺陷除了其本身性能缺陷之外，還有這微觀方面的缺陷。所以，為了能夠更好的掌握高壓電氣設(shè)備運行安全狀態(tài)，必須要加強絕緣設(shè)備的檢測技術(shù)，近年來，出現(xiàn)了低頻超聲檢測技術(shù)，經(jīng)過專業(yè)人士測試發(fā)現(xiàn)，將該技術(shù)運用在高電壓絕緣設(shè)備的檢測中，將會具有非常良好的效果。超聲波是聲波的一中，首次發(fā)現(xiàn)于蝙蝠的身上，蝙蝠通過超聲波來判斷前方是否有物體阻礙前行，人類通過對其研究發(fā)現(xiàn)了超聲波技術(shù)，目前該技術(shù)被用于多個領(lǐng)域，均有建設(shè)性的發(fā)展，在高壓電氣設(shè)備的絕緣檢測中，采用低頻監(jiān)測技術(shù)，不僅可以對絕緣體進行檢測，還能夠?qū)ζ溥M行診斷，其結(jié)論可以為相關(guān)管理部門提前采取措施提供依據(jù)。低頻超聲檢測技術(shù)的絕緣測量指標有兩種，首先是低頻超聲波在絕緣體中的傳播速度，其次是低頻超聲波的衰減系數(shù)等，且檢測項目較多，但判斷標準主要是絕緣體的密度及彈性。將低頻超聲波運用到高壓電氣設(shè)備的絕緣檢測中，不僅讓高壓電氣設(shè)備能夠持續(xù)穩(wěn)定供電，而且其診斷技術(shù)可以讓相關(guān)管理部門防患于未然，大大提高了電力管理部門的工作效率，為我國電力企業(yè)的穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展提供了助力。

結(jié)語

不同的聲學檢測技術(shù)特點也有所不同，在現(xiàn)階段的檢測工作中，我們依然要解決一些困擾檢測工作發(fā)展的問題，同時有關(guān)人員也應(yīng)積極采取有效措施推動高壓電氣設(shè)備絕緣診斷技術(shù)的發(fā)展，從而使其能夠充分地發(fā)揮自身的作用與價值，提高電網(wǎng)的運行質(zhì)量。

參考文獻：

[1]齊欣，李思彬.高壓電氣設(shè)備絕緣診斷的聲學檢測技術(shù)[J].黑龍江科學，2016，7（09）：22-23

（作者單位：西安熱工研究院有限公司）