高壓電力設備絕緣診斷的聲學檢測技術

齊欣，李思彬（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，沈陽110006）

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高壓電力設備絕緣診斷的聲學檢測技術

齊欣，李思彬
（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，沈陽110006）

摘要：做好絕緣老化機理的研究，對絕緣缺陷進行有效的檢測是至關重要的。而聲學檢測技術的出現已經成為當前絕緣狀態診斷最具有前景的一種技術手段。通過對高壓電力設備絕緣診斷的聲學檢測技術進行分類，對各類聲學檢測技術的原理及其優缺點進行粗淺的闡述，顯示出絕緣狀態診斷低頻超聲檢測技術的優越性，以供參考。

關鍵詞：高壓；電力設備；絕緣診斷；聲學檢測技術

目前我國的高壓電力設備，在絕緣上主要使用的是聚合物復合材料，但由于聚合物復合材料在實際的制造加工過程中，難免會存有氣泡。而這些氣泡在高壓設備的運行過程中又極易引起局部放電，不僅會加速絕緣老化，還會造成絕緣擊穿等問題。也正因如此，做好絕緣老化機理的研究，對絕緣缺陷進行有效檢測則顯得至關重要。而聲學檢測技術的出現已經成為當前絕緣狀態診斷最具有前景的一種技術手段。

1 聲學檢測技術

1.1 聲學敲擊檢測技術

作為一種最為常見的對絕緣缺陷進行檢測的方法，聲學敲擊檢測技術因其檢測簡單易行，所以常常作為其他檢測方法的補充手段。其原理在于利用物體輕輕叩擊被測試材料，以此判斷被測試材料是否存在缺陷問題。存在缺陷的被測試材料，其叩擊聲響與完好材料聲響不同，頻率較低。很久以來，都是依靠檢測人員的經驗，利用人耳對叩擊聲響進行分辨，因此，在準確度上也容易存在一定的偏差。而隨著我國科學技術的飛快發展，數字信號處理技術也得到了十分迅猛的發展，因此，利用該檢測技術原理經過現代技術的融合，制作出用聲傳感器，以此提高聲學敲擊檢測技術在實際檢測中的準確性。根據實際試驗結果證明，聲學敲擊檢測技術能夠檢測出因絕緣老化而產生的氣隙、分層等缺陷。但是，不可避免地會受到檢測現場聲波的干擾。

1.2 聲發射技術

聲發射現象，是由于材料受到的外力或者是內部殘余應力過于集中，使材料發生變形、破壞等問題，而作用在材料上的很多現象都是由于多余的彈性波釋放。聲發射技術主要是指在電力設備中通過聲波發射而進行監測的技術，主要通過運用數字信號處理檢測信號，通過此規律來判定絕緣規律、發展規律，從而進行研究的一種技術。尤其是在電應力的作用下，局部放電脈沖電流持續時間較短，伴有超聲波能量釋放。因此，利用聲發射技術能夠對絕緣性能的好壞進行測量。雖然目前國內外都已經先對變壓器聲發射法局部放電定位展開了研究，局部放電發射技術在理論上已經十分成熟，但是由于在實際應用過程中，變壓器油中會有多個放電源存在，因此，其數字信號處理十分復雜，極易給后期的結果分析帶來巨大的困難。

1.3 超聲檢測

超聲檢測技術，主要依靠的是超聲波在物體傳播中的物理特性（當超聲波遇到界面時，就會相應的發生反射、折射現象），而對現物體內部不連續性進行發現的一種方法。目前，我們以超聲波波形為分類點，可將超聲波檢測分為橫波檢測法、縱波檢測法兩種。

第一，橫波檢測法。磁盤絕緣子、發電機定子絕緣缺陷檢測是橫波檢測法最為主要的兩種模式。而正是因為瓷盤絕緣子在實際的制作過程中，極易出現亞表面裂紋問題，尤其是這些裂紋又往往隱匿在表面釉層之內。因此，使用常規的檢測方法是很難準確檢測到的。而超聲橫波檢測，因其能夠在絕緣內部發出深度達到一個波長的橫波，并且通過反射波的傳播時間，對瓷盤內的亞表面裂縫進行檢測。實驗證明，如若沒有缺陷，那么在一定位置上探傷儀的熒光屏就會出現瓷圓柱體斷面的反射波，而有裂紋時，瓷圓柱體的斷面則會出現缺陷波。定點發電機的缺陷主要是超聲橫波測試，對于斜探頭的檢測主要是針對超聲橫波的發射，另外一個則負責接收。圖1是入射角為θ0的超聲波在定子線棒中的傳播示意圖。而通過試驗證明，在熱循環的加速老化作用下，定子線棒會產生脫殼缺陷，兩個探頭接收到的超聲波幅值均會明顯減小。如圖1所示。

圖1 聲波在定子線棒中的傳播示意圖Fig.1 The transmission sketch map of acoustic wave in stator bar

第二，縱波檢測法。超聲直探頭可以對電氣設備的多種絕緣微觀缺陷進行檢測。圖2為超聲直探頭在電力電纜檢測中的示意圖。而通過試驗結果可以看出：縱波檢測法能夠對厚度在70mm～80mm的合成樹脂絕緣進行很好的檢測。可以對厚度在20mm～30mm的樹脂浸漬紙進行絕緣的氣隙、箔紙分層和裂紋檢測。可對厚度在15mm的低密度交聯聚乙烯絕緣電纜進行檢測。如圖2所示。

圖2 電力電纜絕緣缺陷超聲縱波檢測示意圖Fig.2 Detector schematic of electric cable insulation defect ultrasonic longitudinal wave

2 高壓電力設備絕緣狀態診斷的低頻超聲檢測技術

聲學檢測方法雖然具備對絕緣缺陷進行檢測的能力，但卻缺乏對絕緣狀態進行診斷的能力。尤其是通過實踐驗證分析，我們可以清楚地知道，造成高壓電力設備絕緣老化加速的原因，不僅與絕緣的微觀缺陷有著至關重要的聯系，更與固體絕緣材料的性能有著本質的關系。對此，絕緣狀態下的有效檢測和診斷，更需要對絕緣材料進行準確的檢測，從而能夠及時發現微觀缺陷。而目前低頻超聲縱波檢測技術則是絕緣診斷中最具有發展前景的檢測技術。

充分利用超聲波特性的低頻超聲縱波檢測技術，正是根據其在絕緣物質中的傳播速度以及衰減系數等相關參數，對高壓電力設備的絕緣密度與彈性進行參數測量。特別是這些絕緣參數會隨著絕緣微觀結構的變化發生相應的轉變，從而能夠診斷出絕緣狀態。

可以說，基于聲波反射特性的低頻超聲波檢測技術，就是利用超聲的縱波特性，發揮其在測量上的優勢，因此，低頻超聲波檢測技術已經成為當前我國絕緣診斷聲學技術中最具發展前景的技術手段。

3 結語

不同的聲學檢測技術各有利弊，目前仍有許多問題有待進一步解決、開發與研究，我們更應該不斷加強對高壓電力設備絕緣診斷聲學檢測技術的研發與完善，使其能夠更好地應用在高壓電力設備絕緣診斷中，以確保電網的安全穩定運行。

參考文獻：

［1］項添春，房向陽，干耀生，等.聲學檢測技術在電力系統中的應用概況及前景［J］.華北電力技術，2007，(11):92.

［2］郝艷捧，謝恒，高乃奎.大電機主絕緣剩余壽命智能評估的超聲技術［J］.高電壓技術，2005，(05)：84.

Acoustic detection technology of high voltage electrical equipment insulation diagnosis

QI Xin, LI Si- bin
(State Grid Electric Power Co., Ltd. of Liaoning Province, Electric Power Research Institute, Shenyang110006, China)

Abstract:Study of insulation aging mechanisms has essential significance on effective insulation defect detection. The emergence of acoustic detection technology has become the most promising means for insulation diagnosis. By classifying acoustic detection techniques of high voltage electrical equipment insulation diagnosis, this paper expounded the principles, advantages and disadvantages of various types of acoustic detection techniques, which shows that superiority of low- frequency ultrasound inspection technology.

Key words:High voltage; Electrical equipment; Insulation diagnosis; Acoustic detection technology

中圖分類號：TM320

文獻標志碼：A

文章編號：1674- 8646（2016）09- 0022- 02

收稿日期：2016- 02- 12