趙朝友，張素慧，林 鉻，楊佩旭，蔣 菲

（1.甘肅電力科學研究院技術中心有限公司，甘肅 蘭州 730070，2.國網甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅 蘭州 730070）

1 常見支柱絕緣子檢測方法

據(jù)了解，目前瓷支柱絕緣子檢測方法有絕緣電阻值測量法、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方法等。本文通過對某站110kV 設備區(qū)324根瓷支柱絕緣子利用紫外成像檢測法、振動聲學檢測法、超聲波檢測法3 種方法進行比對檢測，目的在于對帶電、停電狀態(tài)下瓷支柱絕緣子開展檢測技術研究，探討確定瓷支柱絕緣子振動聲學探傷與紫外成像檢測、超聲波檢測結果之間的對應關系。

1.1 超聲波檢測法

超聲波是頻率高于20KHZ的機械波。超聲波探傷是利用材料及其缺陷的聲學性能差異對超聲波傳播波形反射情況和穿透時間的能量變化來檢驗材料內部缺陷的又稱爬行縱波、滑行縱波、表面下縱波等[1]。爬波探傷是由超聲縱波以第一臨界角附近的入射角以第一介質入射到第二介質中時，在第二介質中表面附近產生的一種非均勻波，對近表面9mm 內有較高的檢測靈敏度。由于爬波法對支柱絕緣子的內部無法檢測，因此就出現(xiàn)了入射角為5～8 度的縱波斜探頭入射法，當超聲波縱波以很小的入射角從第一介質入射到第二介質界面時，在第二介質中產生折射縱波，如果瓷件中出現(xiàn)裂紋、夾渣等缺陷時，超聲波反射回來被元件接收并反饋在顯示屏上，以便于工作人員進行分析，從而達到檢測的目的[2]。

1.2 振動聲學檢測法

理論研究表明，制造絕緣子的陶瓷材料具有一定的極限強度，對應的載荷稱作極限載荷。當絕緣子材料承受的載荷超過其極限載荷時，會導致絕緣子破壞。而絕緣子的機械強度和它的頻率特性緊密相關，即機械強度不同的絕緣子其固有振動頻率亦會不同[3]。例如，日常生活中咱們用敲擊砂鍋聽聲音的方式來判斷砂鍋是否完好，正是這個原理，破損的砂鍋聲音比較沉悶，完好的聲音比較尖銳。振動聲學帶電檢測技術正是利用這個原理，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，經專用軟件自動分析該反饋波形的頻譜是否正常，即可判斷該絕緣子機械強度是否降低或喪失，以及絕緣子是否老化。當我們加上一個激發(fā)的動力（非運動力）到絕緣子的底法蘭面上，并且記錄下絕緣子對此激發(fā)的反應，我們就能得到有關絕緣子動態(tài)性能全部且完整的信息。

1.3 紫外成像檢測法

高壓電氣設備在運行過程中由于受到電、熱、機械應力及環(huán)境影響，性能會逐漸發(fā)生改變，絕緣狀態(tài)也會出現(xiàn)劣化，這種變化可能通過異常放電的方式表現(xiàn)出來，這種異常放電稱之為電暈放電[4]。放電過程中，會輻射出光波、臭氧、紫外線、電磁輻射和微硝酸等。紫外成像儀技術采用獨到的濾光技術、探測技術和圖像處理技術，對紫外波段進行高靈敏度探測和成像，從而有效的監(jiān)測、定位和記錄電暈產生的放電[5]。

2 設備背景

所檢變電站所處地理位置周圍廠礦企業(yè)較多，廠礦企業(yè)排出的粉塵、酸性氣體飄至設備區(qū)，附著在設備表面，造成部分設備氧化、腐蝕較嚴重。運行管理單位持續(xù)跟蹤測溫，發(fā)現(xiàn)110kV 系統(tǒng)大部分刀閘存在發(fā)熱缺陷，經現(xiàn)場檢查及查看紅外測溫圖譜，發(fā)現(xiàn)刀閘普遍存在安裝工藝不良、三相不同期、三相動靜觸頭插入深度不一致、動靜觸頭導電臂不在同一平面、螺栓松動及銹蝕等問題，同時在操作過程中發(fā)現(xiàn)部分刀閘存在機械卡澀及分、合閘不到位的問題，這批設備運行時間已超過10 年。針對這一情況，制訂了以下試驗檢測計劃：

（1）對110kV 設備區(qū)全部隔離開關瓷支柱絕緣子開展振動聲學檢測；

（2）對110kV 設備區(qū)全部隔離開關瓷支柱絕緣子進行紫外成像帶電檢測，以及對超聲波檢測發(fā)現(xiàn)問題的絕緣子開展紫外成像帶電檢測；

（3）對振動聲學檢測、紫外成像帶電檢測發(fā)現(xiàn)異常的支柱瓷絕緣子進行超聲波檢測。

3 過程與分析

在帶電狀態(tài)下對某變電站110kV 設備區(qū)324根瓷支柱絕緣子開展紫外成像帶電檢測。本次檢測試驗利用了全日盲、半日盲兩種國外進口紫外成像儀進行比對，結果顯示，部分帶電部位和連接金具出現(xiàn)異常放電，絕緣子瓷件均未檢測到異常放電，如圖1a、圖1b 所示。金具異常放電往往是無法避免的，可能是鍍鋅層在制造、安裝、運行過程中起皮、脫落導致的尖端放電，也可能是運行過程中天氣、環(huán)境造成的污穢放電。

圖1 瓷支柱絕緣子全日盲、半日盲兩種國外進口紫外成像儀對比

參考《高壓電氣設備紫外檢測技術導則》的設備放電缺陷判定方法，采用同類對比法和圖譜分析法對上述設備檢測圖譜進行了分析，檢查中發(fā)現(xiàn)的具有代表性的設備放電點情況匯總如下：

如圖1（a、b）所示，支柱絕緣子上部金屬法蘭放電，上部金屬法蘭與瓷絕緣連接部位金屬法蘭螺母結合邊緣，是由于法蘭螺母結合部位過渡不好尖銳的棱角引起的尖端放電；圖2a、圖2b 為連接金具的放電，考慮到部分金具設計時存在局部外形曲率過大及存在尖銳的棱角；金具表面局部損傷、表面污穢、覆冰、異物搭接；由于長期運行而產生的設備缺陷，如連接松動，金具斷裂、破損，導線斷股、散股等引起的放電。綜上所述，放電位置多集中在支柱絕緣子法蘭和金具處，放電位置多發(fā)生在較為尖銳部位。

圖2 瓷支柱絕緣子連接金具的放電

振動聲學帶電檢測中，對檢測設備名稱及生產廠家、環(huán)境溫度、天氣狀況、檢測時間、測量方位、數(shù)據(jù)編號、信號強度等均進行了詳細記錄。經檢測發(fā)現(xiàn)：所測324 根瓷支柱絕緣子中，32 根在低頻區(qū)（1000Hz-3000Hz）出現(xiàn)可測振幅的附加頻率。

典型圖譜如圖3（a、b、c）所示，振動頻率在3000～6000Hz 范圍內，絕緣子固有振動頻率相對較低，而在1000～3000Hz 范圍內，頻率振動“波形”非常尖銳，且“波幅”較高。

圖3 瓷支柱絕緣子的振動聲學帶電檢測典型圖譜

對發(fā)現(xiàn)異常振動頻率的32 根瓷支柱絕緣子進行超聲波復測，表面均無肉眼可見損傷，經檢測發(fā)現(xiàn)其中3 根絕緣子整圈存在只有缺陷波而無底波的回波顯示，缺陷波顯示深度分別為55mm、70mm、76mm，絕緣子直徑為120mm，如圖4（a、b)所示。

圖4 瓷支柱絕緣子的超聲波復測

4 檢測結果分析

（1）在帶電狀態(tài)下，利用振動聲學檢測手段對324 根瓷支柱絕緣子開展試驗檢測，參考《МИК-1振動探傷儀操作手冊》和《МИК-1 型振動探傷儀說明書》中絕緣子機械狀態(tài)判定方法，對本次檢測絕緣子功率密度譜進行了分析。結果顯示：32 根絕緣子在低頻區(qū)（1000Hz-3000Hz）出現(xiàn)了可測振幅的附加頻率，且絕緣子固有振動頻率基本消失或低于附加頻率，表明所檢絕緣子下法蘭處存在安全隱患。

（2）在帶電狀態(tài)下，對324 根瓷支柱絕緣子開展全方位紫外成像檢測，未發(fā)現(xiàn)瓷件位置異常放電情況；后又對超聲波復測發(fā)現(xiàn)的3 根內部出現(xiàn)問題的絕緣子開展紫外帶電檢測，仍未發(fā)現(xiàn)異常放電情況，且光子數(shù)均未超過20 個參考值，說明對于瓷件內部出現(xiàn)的問題，紫外成像手段不易觀測到。

（3）停電狀態(tài)下，對振動聲學檢測發(fā)現(xiàn)的32 根在低頻區(qū)出現(xiàn)異常振動頻率的瓷支柱絕緣子開展超聲波小角度縱波法復測，檢測發(fā)現(xiàn)3 根絕緣子出現(xiàn)只有缺陷波而無底波的回波顯示，且波形較直觀，雜波較少，根據(jù)標準Q/GDW 407-2010《高壓支柱絕緣子及瓷套超聲波檢驗技術導則》3.2.3.2 條要求，這3 根絕緣子不符合要求。說明振動聲學檢測技術檢測靈敏度相對較高，對疑似缺陷也能準確的檢測到，但不利于準確開展檢測工作，還需進行大量試驗進行驗證。

5 結論及建議

（1）紫外帶電檢測可在帶電狀態(tài)下進行，檢測時間短，周期快，通過檢測發(fā)現(xiàn)：如果瓷件內部出現(xiàn)問題，不會出現(xiàn)異常放電情況，所以有一定局限性；

（2）振動聲學檢測也可在帶電狀態(tài)下進行，但由于設備本身檢測靈敏度較高，檢測過程中探針輕微滑動也會影響振動“波幅”，所以發(fā)現(xiàn)疑問時應變換檢測面多次檢測，不要輕易做出有無缺陷的定論；對發(fā)現(xiàn)異常振動“波幅”的絕緣子，應重點關注，絕不可忽視，必要時采取宏觀檢查或者超聲波檢測進行確認；

（3）超聲波檢測只能在停電狀態(tài)下進行，檢測時間長，但對內部缺陷顯示較為直觀，且行業(yè)內有相關標準規(guī)定評斷依據(jù)，所以對柱狀瓷件產生疑問時，應盡量考慮超聲波檢測手段。