高 健,苗 興,王 斌
(國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院,甘肅 蘭州 730050)
支柱瓷絕緣子檢測方法探討
高 健,苗 興,王 斌
(國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院,甘肅 蘭州 730050)
介紹了超聲波檢測法、振動聲學(xué)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(chǎn)儀器和進口儀器檢測支柱絕緣子的試驗結(jié)果,闡述了其存在的不足,并針對存在的缺陷提出了相關(guān)的建議。
振動聲學(xué)技術(shù);支柱瓷絕緣子;帶電檢測
隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)、快速發(fā)展,電網(wǎng)規(guī)模迅速擴大,目前我國無論是裝機容量還是年發(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)生故障必然會對電網(wǎng)的可靠運行造成威脅。統(tǒng)計數(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(fā)現(xiàn)其外部和內(nèi)部的缺陷,從而盡早排除事故隱患。
存在缺陷的支柱絕緣子往往會發(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),在運行中還會發(fā)生局部放電而發(fā)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(yīng)地出現(xiàn)了多種絕緣子檢測方法,包括絕緣電阻值測量法、振動聲學(xué)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(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會產(chǎn)生反射,接收器通過對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法。在支柱絕緣子檢測中,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)探測距離選擇適當?shù)木娣e,組成并聯(lián)式結(jié)構(gòu)。由于爬波僅僅對距表面深度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(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(jié)的不同晶粒度等因素對探傷靈敏度的影響,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(fā)現(xiàn)鑄鐵法蘭內(nèi)部裂紋非常有效。但超聲波檢測必須在停電狀態(tài)下進行,同時該檢測法比較費時、費力,難以實現(xiàn)對變電站絕緣子的普查工作。
1.2 振動聲學(xué)檢測法
振動聲學(xué)檢測法是利用激發(fā)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(xué)響應(yīng)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(xué)檢測法來源于日常生活中人們對砂鍋質(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,故通過敲擊砂鍋能辨別其優(yōu)劣。其實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(zhì)量的好壞。不同的是需要用專用振動發(fā)射器取代簡單的敲擊,用振動波接受器取代人耳。
振動聲學(xué)帶電檢測法通過向絕緣子底部發(fā)射特殊激勵振動波,同時接收其振動反饋波,經(jīng)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(nèi)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(xiàn)絕緣子的快速帶電檢測。
目前,超聲波法檢測支柱瓷絕緣子技術(shù)已經(jīng)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(xué)檢測法在絕緣子帶電、停電情況下檢測結(jié)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(jīng)超聲波檢測已發(fā)現(xiàn)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(xué)法對其進行模擬檢測,并對檢測結(jié)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(cè)為鑄鐵帽,一側(cè)為鑄鐵法蘭,其中外露瓷質(zhì)部分長900 mm,傘裙14片,直徑均為170 mm。宏觀檢查未發(fā)現(xiàn)異常,超聲波檢測未發(fā)現(xiàn)缺陷反射波。
(2) 2號瓷絕緣子總長1 060 mm,兩側(cè)均為鑄鐵法蘭,其中外露瓷質(zhì)部分長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(cè)為鑄鐵帽,另一側(cè)為鑄鐵法蘭,其中外露瓷質(zhì)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(cè)70~75 mm深度有反射波,指示長度為110 mm。
2.2 國產(chǎn)儀器檢測情況
采用國內(nèi)某公司生產(chǎn)的型號為SCT-I的振動聲學(xué)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(fā)現(xiàn)缺陷的1號瓷絕緣子,其振動聲學(xué)檢測結(jié)果也未見異常,其固定振動出現(xiàn)在3 500 Hz附近;
(2) 宏觀及超聲波檢測均發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(chǎn)的型號為МHK-I的振動聲學(xué)檢測儀對上述瓷絕緣子進行了檢測。
由檢測數(shù)據(jù)可知,其檢測結(jié)果與國產(chǎn)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(xiàn)的頻率較國產(chǎn)儀器更大。
上述試驗檢測結(jié)果顯示:
(1) 宏觀和超聲波均未發(fā)現(xiàn)缺陷的1號絕緣子,其振動聲學(xué)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(xué)檢測結(jié)果也發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)異常的2號絕緣子,其振動聲學(xué)檢測時也發(fā)現(xiàn)“波幅”較大的異常振動。
因此,可以初步判斷振動聲學(xué)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(yīng)關(guān)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(xué)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(qū)別。說明振動聲學(xué)檢測對于由內(nèi)部發(fā)展至表面的缺陷較為敏感,而對于僅僅是內(nèi)部有缺陷的絕緣子則不太敏感。
在對2號絕緣子,采用國產(chǎn)儀器進行振動聲學(xué)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(fā)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(fā)現(xiàn)。
由于缺陷在瓷質(zhì)中的擴展速度極快,對于檢測時發(fā)現(xiàn)的一些“波幅”較小的異常振動也不可忽視,應(yīng)反復(fù)驗證重點關(guān)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(nèi)外的缺陷,則在檢測功率譜密度評定圖會出現(xiàn)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(yīng)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(fā)現(xiàn)疑問時應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(wǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)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(wǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、失效分析以及電網(wǎng)安全性評價工作。
王 斌(1965-),男,高級工程師,主要從事電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)管理以及電網(wǎng)安全性評價工作。