[发明专利]一种检测在役支柱瓷绝缘子裂纹缺陷的方法

说明书

技术领域

一种检测在役支柱瓷绝缘子裂纹缺陷的方法，属于电气设备在线监测与状态检修技术领域。

背景技术

变电站户外支柱瓷绝缘子是支承高压母线和高压电器带电部件的绝缘支柱，它使带电体与接地体之间机械上连接而电气上绝缘，是变电站运行的重要组成设备。电力系统输变电装置都大量使用了支柱瓷绝缘子。支柱瓷绝缘子是经高温烧结而成的陶瓷制品，属于脆性材料，韧性极低，因此往往存在产品制造质量问题，如内部陶瓷材料的疏松、内部及表面裂纹等，再则变电站中的支柱瓷绝缘子常年暴露在空气中，承受较大负载，工作环境十分恶劣，受外界影响因素很多，例如大风、雨雪、覆冰、日晒、母线振动等。如果支柱瓷绝缘子存在微小缺陷，在上述因素的影响下，缺陷发展恶化就有可能造成瓷绝缘子的破坏，从而酿成重大事故。

由于支柱瓷绝缘子断裂事故一旦发生，会使高压母线（或是高压隔离开关）中间一段距离失去支撑，而且重新更换支柱瓷绝缘子比较复杂，往往造成大面积、长时间停电；同时，随着电网容量的增大，大型电厂、变电所和高电压大容量交、直流输电线路日益增多，由断裂事故造成的损失也越来越大。显然，随着经济和生产的迅速发展，环境污染不断加剧，气候变化幅度增大，相应地支柱瓷绝缘子断裂的隐患会有所加剧，一旦发生事故造成的损失也会更加巨大。同时，断裂事故往往波及多条线路和多个变电站，造成大面积停电。因此，支柱瓷绝缘子断裂事故已成为电网安全运行的严重威胁。即时准确检测出在役支柱瓷绝缘子的缺陷情况，避免断裂事故的发生，提高输电系统运行的可靠性，已经成为超高压、高压输变电技术中非常重要的课题。

目前国内外针对支柱瓷绝缘子的在线检测方法主要有：红外成像法、紫外成像法、振动声学法、超声波法。

（1）红外成像法。红外热像技术就是对被检测物体的温度分布进行成像处理，使其热的二维分布成为二维可视图像，人们可以根据热场分布的变化来对被检测设备的性能好坏进行诊断。红外成像检测方法的优点有：非接触检测，可在地面进行或是航空检测，相对于一个一个的接触式检测，热像检测法可以对多个绝缘子成像，检测高效、安全。此方法的缺点有：仪器造价高；观测角度问题（变电站里尤为明显）；测试过程中易受到环境温度、阳光、大气、潮气等因素的影响。

（2）紫外成像法。支柱瓷绝缘子发生劣化时，可能引起局部电晕放电。因为电晕放电会发射出波长范围在230～405nm范围内的紫外线，所以根据表面电晕放电时产生的光辐射的强度，可以知道绝缘子的性能好坏。紫外成像检测方法的优点有：非接触检测，可在地面进行或是航空检测，相对于一个一个的接触式检测，可以对多个绝缘子成像，检测高效、安全。此方法的缺点有：仪器造价高，观测角度问题（变电站里尤为明显），测试过程中易受到环境因素的影响，不能很好地反应内部缺陷。另外，由于支柱瓷绝缘子的上部感应电压高，而下端法兰相交处感应电压非常低，且裂纹又可能埋藏在法兰内近表面，因此无法利用感应电压达到检测目的。

（3）振动声学法。任何结构都可以看作是由刚度、质量、阻尼矩阵组成的力学系统。结构一旦出现损伤，结构参数也随之发生改变，从而导致系统的频响函数和模态参数的改变。由于柱形装置的各项机械应力函数和其固有自有振动频率具有相同的自变量，故而可知支柱绝缘子的机械强度和它的频率特性紧密相关。支柱绝缘子保持其机械强度的基本准则是其特征频率在时间上的不变化特质，故而可以通过评估支柱绝缘子对振动声波的反应频谱来确定支柱绝缘子是否已经损坏。但是目前该方法对于检测的灵敏度和准确性并没有相关研究的支撑，并且在现场应用的抗干扰能力也有待进一步的研究。

（4）超声波法。针对支柱绝缘子发生裂纹或是断裂等情况，可采用超声法对在役瓷绝缘子进行检测。支柱瓷绝缘子是经高温烧结成的产品，瓷质致密，透声性能和声速与钢近似。经实测，支柱瓷绝缘子的径向纵波声速为5810m/s，轴向纵波声速为6100m/s，横波声速为：3400m/s。支柱瓷绝缘子对超声波的衰减较小，适宜选用超声波进行检测。小角度纵波与爬波相结合的探伤工艺，能够检出在役支柱瓷绝缘子表面和内部缺陷，确保检测的有效性和可靠性。但它属于局部损伤检测法，受操作者熟练程度和经验的影响较大，另有研究者发现，超声波在支柱绝缘子探伤检测中存在误判的现象。这主要是因为超声波以小角度进入瓷体后不是绝对直线传播，而是呈纺锤形传播。由于探头距离瓷砂较近，部分超声波外缘可能会遇到瓷体上的瓷砂，或瓷砂与瓷砂之间的间隙，出现类似缺陷波的反射波形，从而使探伤者误认为是绝缘子内部缺陷。