支柱瓷絕緣子檢測方法探討

高 健，苗 興，王 斌

（國網甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅 蘭州 730050）

支柱瓷絕緣子檢測方法探討

高 健，苗 興，王 斌

（國網甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅 蘭州 730050）

介紹了超聲波檢測法、振動聲學檢測法等常見的支柱絕緣子檢測方法，在試驗室模擬檢測中，比較分析了采用國產儀器和進口儀器檢測支柱絕緣子的試驗結果，闡述了其存在的不足，并針對存在的缺陷提出了相關的建議。

振動聲學技術；支柱瓷絕緣子；帶電檢測

隨著國民經濟的持續、快速發展，電網規模迅速擴大，目前我國無論是裝機容量還是年發電量都穩居世界前列。高壓電氣設備作為電力系統的重要組成部分，其運行狀況直接關系著電網的安全穩定，而斷路器又是高壓電氣設備的重要組成部分，一旦發生故障必然會對電網的可靠運行造成威脅。統計數據表明，60 %-70 %的斷路器故障都是由起支撐作用的支柱瓷絕緣子發生破損而引起的。近幾年輸變電設備的運行實踐表明，防止支柱絕緣子破損行之有效的方法是對其進行檢查或檢測。這種方法能夠提前發現其外部和內部的缺陷，從而盡早排除事故隱患。

1 常見支柱絕緣子檢測方法

存在缺陷的支柱絕緣子往往會發生絕緣電阻下降和固有頻率的變化，若內部瓷質不連續，在運行中還會發生局部放電而發光并生成一些新的生成物，同時還會引起局部過熱。因此，相應地出現了多種絕緣子檢測方法，包括絕緣電阻值測量法、振動聲學檢測法、超聲波檢測法、局部放電檢測法、紫外成像檢測法、紅外檢測法以及目視檢查等。

1.1 超聲波檢測法

超聲波是頻率高于20 kHz的機械波。利用特殊發射裝置激發超聲波使之在工件中傳播，一部分聲波在遇到缺陷時會產生反射，接收器通過對反射波的分析從而精確地顯示內部缺陷的位置和大小。此方法即為超聲波檢測法。在支柱絕緣子檢測中，根據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，根據探測距離選擇適當的晶片面積，組成并聯式結構。由于爬波僅僅對距表面深度8 mm內的缺陷有效，因此應調整晶片與探測面間的夾角，以盡可能增加檢測深度。由于爬波法無法檢測支柱絕緣子的內部缺陷，因此必須找到既有橫波掃查功能，又能在狹窄區域內有效掃查到內部及對稱面微裂紋等缺陷的探頭，同時還要考慮到不同直徑、不同配方及窯次燒結的不同晶粒度等因素對探傷靈敏度的影響，因此就出現了入射角為5°-8°的縱波斜探頭入射法。

目前，常用的最有效的檢測方法是在絕緣子法蘭口附近進行超聲爬波檢測，此方法對發現鑄鐵法蘭內部裂紋非常有效。但超聲波檢測必須在停電狀態下進行，同時該檢測法比較費時、費力，難以實現對變電站絕緣子的普查工作。

1.2 振動聲學檢測法

振動聲學檢測法是利用激發裝置對某一特定工件施加振動激勵，通過接收裝置及分析軟件接收其聲學響應并進行分析，從而判斷該工件是否存在缺陷的檢測方法。振動聲學檢測法來源于日常生活中人們對砂鍋質量的判別方法。由于不同質量的砂鍋其聲音不同，優質砂鍋聲音清脆，劣質砂鍋聲音沉悶，故通過敲擊砂鍋能辨別其優劣。其實砂鍋的聲音跟砂鍋的密度和燒結程度有關，燒結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，敲起來的聲音會有沙啞。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量的好壞。不同的是需要用專用振動發射器取代簡單的敲擊，用振動波接受器取代人耳。

振動聲學帶電檢測法通過向絕緣子底部發射特殊激勵振動波，同時接收其振動反饋波，經專用軟件自動分析該反饋波形的頻譜，即可判斷該絕緣子內外是否有裂紋，裂紋大概部位，機械強度是否降低或喪失，以及絕緣子是否老化等缺陷。此方法操作簡單，可以實現絕緣子的快速帶電檢測。

2 試驗室模擬檢測

目前，超聲波法檢測支柱瓷絕緣子技術已經相對成熟，其檢測的有效性和可靠性已有定論。由于振動聲學檢測法在絕緣子帶電、停電情況下檢測結果一致，為了驗證使用這種方法檢測支柱瓷絕緣子的可行性，利用經超聲波檢測已發現并已進行過缺陷確認的瓷絕緣子作為試驗對象，采用振動聲學法對其進行模擬檢測，并對檢測結果進行分析研究。

2.1 檢測用瓷絕緣子基本情況

(1) 1號瓷絕緣子總長1 060 mm，一側為鑄鐵帽，一側為鑄鐵法蘭，其中外露瓷質部分長900 mm，傘裙14片，直徑均為170 mm。宏觀檢查未發現異常，超聲波檢測未發現缺陷反射波。

(2) 2號瓷絕緣子總長1 060 mm，兩側均為鑄鐵法蘭，其中外露瓷質部分長900 mm，傘裙13片，直徑為200～220 mm。在其中一側的鑄鐵法蘭與第1片傘裙瓷質之間有宏觀可見山峰狀開裂，超聲波檢測在深度120 mm、34 mm處均有反射波，反射當量前者低、后者高，指示長度分別為70 mm和120 mm。

(3) 3號瓷絕緣子總長1 060 mm，一側為鑄鐵帽，另一側為鑄鐵法蘭，其中外露瓷質部分長900 mm，傘裙14片，直徑均為170 mm。無可見宏觀缺陷；超聲波檢測在鑄鐵法蘭側70～75 mm深度有反射波，指示長度為110 mm。

2.2 國產儀器檢測情況

采用國內某公司生產的型號為SCT-I的振動聲學檢測儀對上述瓷絕緣子進行了檢測。

由檢測圖譜可知：

(1) 宏觀及超聲波檢測未發現缺陷的1號瓷絕緣子，其振動聲學檢測結果也未見異常，其固定振動出現在3 500 Hz附近；

(2) 宏觀及超聲波檢測均發現缺陷的2號瓷絕緣子，在振動功率譜密度評定圖上可以看見明顯的異常頻率(1 000 Hz左右)振動，而且其當量較高，基本接近瓷絕緣子的固定頻率；

(3) 宏觀無異常但超聲波檢測發現缺陷的3號瓷絕緣子，在其振動功率譜密度評定圖上可以看見當量較小的異常頻率的振動，該振動頻率約為1 200 Hz。

2.3 進口振儀器檢測情況

采用俄羅斯生產的型號為МHK-I的振動聲學檢測儀對上述瓷絕緣子進行了檢測。

由檢測數據可知，其檢測結果與國產檢測儀比較接近。但就檢測振動功率譜密度評定圖來看，后者的振動頻率較為集中，頻率波動范圍小，圖示信息更清晰，“雜波”較少；進口儀器的振動功率譜密度極大值出現的頻率較國產儀器更大。

3 檢測結果分析

上述試驗檢測結果顯示：

(1) 宏觀和超聲波均未發現缺陷的1號絕緣子，其振動聲學檢測也未見異常；

(2) 無可見宏觀缺陷但超聲波檢測有反射信號的3號絕緣子，其振動聲學檢測結果也發現異常頻率的振動，只是其“波幅”比固有振動小很多；

(3) 宏觀和超聲波均發現異常的2號絕緣子，其振動聲學檢測時也發現“波幅”較大的異常振動。

因此，可以初步判斷振動聲學檢測時，檢測振動功率譜密度評定圖上異常振動的“波幅”高低與絕緣子的缺陷大小具有對應關系，即缺陷尺寸越大，“波幅”越高，反之亦然。

對2號絕緣子進行振動聲學檢測時，在其功率譜密度評定圖上異常頻率振動“波形”非常尖銳，“波幅”較高，且該振動頻率范圍較為集中；而在對3號絕緣子檢測時，異常頻率的振動“波形”走勢平緩，“波幅”較低，與前者有明顯的區別。說明振動聲學檢測對于由內部發展至表面的缺陷較為敏感，而對于僅僅是內部有缺陷的絕緣子則不太敏感。

在對2號絕緣子，采用國產儀器進行振動聲學檢測時，其異常振動“波幅”與固有振動“波幅”高低非常接近；而用進口儀器檢測時，異常振動“波幅”較固有振動“波幅”高很多，在功率譜密度評定圖上極為突出。由此推測，進口儀器所發射的激勵振動波對缺陷較為敏感，如果絕緣子有缺陷更容易形成共振，從而在檢測時被發現。

4 結論與建議

由于缺陷在瓷質中的擴展速度極快，對于檢測時發現的一些“波幅”較小的異常振動也不可忽視，應反復驗證重點關注。如有必要可在停電檢修時將其取下進行性能試驗。如果絕緣子有貫穿內外的缺陷，則在檢測功率譜密度評定圖會出現較高“波幅”的異常振動，特別是當異常振動比固有振動高出很多時，應引起足夠的重視。必要時也可采用高倍望遠鏡進行確認,具備條件的可以申請停電檢修。

進口儀器在檢測時對缺陷更加敏感，但由于其靈敏度很高可能更容易造成誤判，所以發現疑問時應變換探頭接觸位置進行多次檢測，不要輕易作出有無缺陷的定論。

1 王偉東，劉 勇．支柱絕緣子及瓷套無損檢測中的應用[J].無損檢測，2009(3).

2 王春水，胡先龍，張俊義，等．爬波在無損檢測中的應用[J].無損檢測，2009(3).

2014-02-26。

高 健(1980-)，男，高級工程師，主要從事電網設備狀態監測和失效分析工作，email：dust661@163.com。

苗 興(1958-)，男，高級工程師，主要從事電網設備狀態監測、失效分析以及電網安全性評價工作。

王 斌(1965-)，男，高級工程師，主要從事電網設備狀態監測技術管理以及電網安全性評價工作。