浅谈声振动检测技术在瓷支柱绝缘子中的应用

    付天孟 刘广兴 蒲英俊等

    摘 要：针对在役绝缘子的性能特点和运行环境，本文采用声振动检测技术进行检测，讲述了声振动检测技术的原理，通过超声波探伤对其检测效果进行验证，并结合切割试验，进一步验证了该技术的可行性和有效性。

    关键词：瓷支柱绝缘子;声振动检测;实验

    0 引言

    瓷支柱绝缘子广泛应用于火力发电厂、变电站等场所，主要在配电设备或架空输电线路中起着支撑导线和防止电流回地的作用，绝缘子不应该产生由于环境和电负荷条件发生变化导致的表面放电而失效，导致机械强度及性能下降，对整条线路的使用和运行造成损害。绝缘子作为电网系统的关键零部件，其质量关系着电网的安全运行。由于在役绝缘子长期处于运行高压的作业环境下，又受露天环境的侵蚀，运行条件比较恶劣。因此了解并掌握在役瓷支柱绝缘子的机械状态尤为重要，必须加强对其检测，本文主要采用振动声学的方法进行试验分析。

    1 瓷支柱绝缘子结构性能

    1.1 组成成分

    瓷支柱绝缘子主要由粘土、长石、石英等硅酸盐按一定比例混合搭配[1]，经过加工并施于高温后烧结成的无机绝缘材料，主要成分为玻璃状的石英离子;其中结晶越高则绝缘子的机械强度就越好。

    1.2 缺陷产生原因

    绝缘子主要是通过高温烧成的无机绝缘材料[2]，属于脆性材料，本身韧性较低，由于制作工艺比较复杂，加工不当很容易出现我们肉眼无法观察到的微裂纹等缺陷，加上强度不足，就很可能在表面缺陷处产生应力集中，造成微裂纹扩展，最终导致断裂失效。在绝缘子使用过程中，由于本身工作环境比较恶劣，加上外界比如大风、雨雪、覆冰等诸多因素的影响，而且在检修操作过程中其端部存在拉伸等应力，以上原因也可能引起运行中出现裂纹等缺陷。

    2 瓷支柱绝缘子声振动检测方法概述

    2.1 检测依据

    声振动检测方法主要运用物体力学测试理论，绝缘子的机械强度跟频率关系密切，通过激发绝缘子振动，检测本身的谐振频率，通过观察自身的振动频谱来评价其机械强度。其保持机械状态的基本判据是其振幅-频率特性的不变性（其表现形式是杆件系统振动功率谱密度评估图）。可通过观察瓷绝缘子振动频谱的方法，对其优劣进行判断。其表现形式[3]：波峰频率在2.5～6K之间的属于正常状态;波峰出现在2K频率以下的说明绝缘子下部法兰附近存在缺陷;波峰出现在 9～10K之间频率的说明被测绝缘子上部法兰附近存在缺陷。

    2.2 使用方法

    声振动检测设备使用方法非常简单，现场操作省时省力，对变电站检修与运行的状态下均可完成测试，该设备采用独特的等电位、全屏蔽、抗干扰设计，以及确保安全的离线式测试方法，为设备的带电检测提供了保证;只需要将本设备举起并抵住底部法兰并保持6秒即可完成测试（见图1）。因此测试完一柱绝缘子仅需几十秒。大大提高了工作效率。

    3 应用实例

    利用上述检测方法对山东省某市的一座220kV变电站站内220kV绝缘子进行检测，检测设备采用 SCT-II型瓷支柱绝缘子带电探伤仪。对图谱在9.5kHz处（见图2）出现缺陷谱峰的绝缘子进行超声波复检（见图3），两者检测结果基本一致，并对该绝缘子上部法兰进行切割（见图4），通过切割可以看出，上部法兰内部有面状缺陷显示，进一步验证了声振动检测技术的可行性。

    检测效果证明，声振动检测技术在瓷支柱绝缘子检测应用中不但可以很好地满足瓷支柱绝缘子的探伤技术要求，而且无需停电就可以测试，大大提高了工作效率。

    4 结束语

    （1）声振动检测至今还是处于当量比较检测阶段，还不能准确的对缺陷定性定量进行判断，况且由于人为操作、环境条件不同等因素会造成测试的不准确，为了提高测试的准确性，可在环境变化的条件下对异常绝缘子进行复测。如需准确定性，在停电的情况下，利用超声波方法对绝缘子进行检测，能够准确排除误差，提高成功率。

    （2）声振动检测技术具有可带电测试、操作方便、安全高效等特点，可以媲美国内其他瓷支柱绝缘子带电探伤方法，其检测具有灵敏高、可靠性强和稳定性好的优点。

    （3）声振动检测技术在人员配置还是检测速度上都有着无与伦比的优势，适合应用于变电站绝缘子的快速普查，弥补了超声波探伤在瓷支柱绝缘子带电检测方面的空缺，值得推广运用。

    参考文献：

    [1]闫斌，丁辉.支柱瓷绝缘子断裂失效分析[J].青海电力，2003（01）：1-6.

    [2]郭臣，蒋欣，代发明.瓷支柱绝缘子振动声学检测机理的研究[J].贵州电力技术，2014，17（06）：44-46.

    [3]張欣，黄荣辉，姚森敬.振动声学探伤方法对瓷支柱绝缘子进行检测的验证方法研究[J].华东电力，2013，4（09）：1965-1967.