支柱瓷绝缘子检测方法探讨

高 健，苗 兴，王 斌

（国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃 兰州 730050）

支柱瓷绝缘子检测方法探讨

高 健，苗 兴，王 斌

（国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃 兰州 730050）

介绍了超声波检测法、振动声学检测法等常见的支柱绝缘子检测方法，在试验室模拟检测中，比较分析了采用国产仪器和进口仪器检测支柱绝缘子的试验结果，阐述了其存在的不足，并针对存在的缺陷提出了相关的建议。

振动声学技术；支柱瓷绝缘子；带电检测

随着国民经济的持续、快速发展，电网规模迅速扩大，目前我国无论是装机容量还是年发电量都稳居世界前列。高压电气设备作为电力系统的重要组成部分，其运行状况直接关系着电网的安全稳定，而断路器又是高压电气设备的重要组成部分，一旦发生故障必然会对电网的可靠运行造成威胁。统计数据表明，60 %-70 %的断路器故障都是由起支撑作用的支柱瓷绝缘子发生破损而引起的。近几年输变电设备的运行实践表明，防止支柱绝缘子破损行之有效的方法是对其进行检查或检测。这种方法能够提前发现其外部和内部的缺陷，从而尽早排除事故隐患。

1 常见支柱绝缘子检测方法

存在缺陷的支柱绝缘子往往会发生绝缘电阻下降和固有频率的变化，若内部瓷质不连续，在运行中还会发生局部放电而发光并生成一些新的生成物，同时还会引起局部过热。因此，相应地出现了多种绝缘子检测方法，包括绝缘电阻值测量法、振动声学检测法、超声波检测法、局部放电检测法、紫外成像检测法、红外检测法以及目视检查等。

1.1 超声波检测法

超声波是频率高于20 kHz的机械波。利用特殊发射装置激发超声波使之在工件中传播，一部分声波在遇到缺陷时会产生反射，接收器通过对反射波的分析从而精确地显示内部缺陷的位置和大小。此方法即为超声波检测法。在支柱绝缘子检测中，根据超声波种类可分为爬波法和纵波斜探头入射法。爬波是折射角为90°的压缩纵波，将爬波探头的入射角固定在第一临界角，根据探测距离选择适当的晶片面积，组成并联式结构。由于爬波仅仅对距表面深度8 mm内的缺陷有效，因此应调整晶片与探测面间的夹角，以尽可能增加检测深度。由于爬波法无法检测支柱绝缘子的内部缺陷，因此必须找到既有横波扫查功能，又能在狭窄区域内有效扫查到内部及对称面微裂纹等缺陷的探头，同时还要考虑到不同直径、不同配方及窑次烧结的不同晶粒度等因素对探伤灵敏度的影响，因此就出现了入射角为5°-8°的纵波斜探头入射法。

目前，常用的最有效的检测方法是在绝缘子法兰口附近进行超声爬波检测，此方法对发现铸铁法兰内部裂纹非常有效。但超声波检测必须在停电状态下进行，同时该检测法比较费时、费力，难以实现对变电站绝缘子的普查工作。

1.2 振动声学检测法

振动声学检测法是利用激发装置对某一特定工件施加振动激励，通过接收装置及分析软件接收其声学响应并进行分析，从而判断该工件是否存在缺陷的检测方法。振动声学检测法来源于日常生活中人们对砂锅质量的判别方法。由于不同质量的砂锅其声音不同，优质砂锅声音清脆，劣质砂锅声音沉闷，故通过敲击砂锅能辨别其优劣。其实砂锅的声音跟砂锅的密度和烧结程度有关，烧结程度好则密度高且声音清脆，反之则密度低且声音沉闷。如果砂锅有裂缝，敲起来的声音会有沙哑。支柱瓷绝缘子同砂锅的加工工艺及原料基本相同，所以它们具有共同的特性，因此用该方法也能够检出其质量的好坏。不同的是需要用专用振动发射器取代简单的敲击，用振动波接受器取代人耳。

振动声学带电检测法通过向绝缘子底部发射特殊激励振动波，同时接收其振动反馈波，经专用软件自动分析该反馈波形的频谱，即可判断该绝缘子内外是否有裂纹，裂纹大概部位，机械强度是否降低或丧失，以及绝缘子是否老化等缺陷。此方法操作简单，可以实现绝缘子的快速带电检测。

2 试验室模拟检测

目前，超声波法检测支柱瓷绝缘子技术已经相对成熟，其检测的有效性和可靠性已有定论。由于振动声学检测法在绝缘子带电、停电情况下检测结果一致，为了验证使用这种方法检测支柱瓷绝缘子的可行性，利用经超声波检测已发现并已进行过缺陷确认的瓷绝缘子作为试验对象，采用振动声学法对其进行模拟检测，并对检测结果进行分析研究。

2.1 检测用瓷绝缘子基本情况

(1) 1号瓷绝缘子总长1 060 mm，一侧为铸铁帽，一侧为铸铁法兰，其中外露瓷质部分长900 mm，伞裙14片，直径均为170 mm。宏观检查未发现异常，超声波检测未发现缺陷反射波。

(2) 2号瓷绝缘子总长1 060 mm，两侧均为铸铁法兰，其中外露瓷质部分长900 mm，伞裙13片，直径为200～220 mm。在其中一侧的铸铁法兰与第1片伞裙瓷质之间有宏观可见山峰状开裂，超声波检测在深度120 mm、34 mm处均有反射波，反射当量前者低、后者高，指示长度分别为70 mm和120 mm。

(3) 3号瓷绝缘子总长1 060 mm，一侧为铸铁帽，另一侧为铸铁法兰，其中外露瓷质部分长900 mm，伞裙14片，直径均为170 mm。无可见宏观缺陷；超声波检测在铸铁法兰侧70～75 mm深度有反射波，指示长度为110 mm。

2.2 国产仪器检测情况

采用国内某公司生产的型号为SCT-I的振动声学检测仪对上述瓷绝缘子进行了检测。

由检测图谱可知：

(1) 宏观及超声波检测未发现缺陷的1号瓷绝缘子，其振动声学检测结果也未见异常，其固定振动出现在3 500 Hz附近；

(2) 宏观及超声波检测均发现缺陷的2号瓷绝缘子，在振动功率谱密度评定图上可以看见明显的异常频率(1 000 Hz左右)振动，而且其当量较高，基本接近瓷绝缘子的固定频率；

(3) 宏观无异常但超声波检测发现缺陷的3号瓷绝缘子，在其振动功率谱密度评定图上可以看见当量较小的异常频率的振动，该振动频率约为1 200 Hz。

2.3 进口振仪器检测情况

采用俄罗斯生产的型号为МHK-I的振动声学检测仪对上述瓷绝缘子进行了检测。

由检测数据可知，其检测结果与国产检测仪比较接近。但就检测振动功率谱密度评定图来看，后者的振动频率较为集中，频率波动范围小，图示信息更清晰，“杂波”较少；进口仪器的振动功率谱密度极大值出现的频率较国产仪器更大。

3 检测结果分析

上述试验检测结果显示：

(1) 宏观和超声波均未发现缺陷的1号绝缘子，其振动声学检测也未见异常；

(2) 无可见宏观缺陷但超声波检测有反射信号的3号绝缘子，其振动声学检测结果也发现异常频率的振动，只是其“波幅”比固有振动小很多；

(3) 宏观和超声波均发现异常的2号绝缘子，其振动声学检测时也发现“波幅”较大的异常振动。

因此，可以初步判断振动声学检测时，检测振动功率谱密度评定图上异常振动的“波幅”高低与绝缘子的缺陷大小具有对应关系，即缺陷尺寸越大，“波幅”越高，反之亦然。

对2号绝缘子进行振动声学检测时，在其功率谱密度评定图上异常频率振动“波形”非常尖锐，“波幅”较高，且该振动频率范围较为集中；而在对3号绝缘子检测时，异常频率的振动“波形”走势平缓，“波幅”较低，与前者有明显的区别。说明振动声学检测对于由内部发展至表面的缺陷较为敏感，而对于仅仅是内部有缺陷的绝缘子则不太敏感。

在对2号绝缘子，采用国产仪器进行振动声学检测时，其异常振动“波幅”与固有振动“波幅”高低非常接近；而用进口仪器检测时，异常振动“波幅”较固有振动“波幅”高很多，在功率谱密度评定图上极为突出。由此推测，进口仪器所发射的激励振动波对缺陷较为敏感，如果绝缘子有缺陷更容易形成共振，从而在检测时被发现。

4 结论与建议

由于缺陷在瓷质中的扩展速度极快，对于检测时发现的一些“波幅”较小的异常振动也不可忽视，应反复验证重点关注。如有必要可在停电检修时将其取下进行性能试验。如果绝缘子有贯穿内外的缺陷，则在检测功率谱密度评定图会出现较高“波幅”的异常振动，特别是当异常振动比固有振动高出很多时，应引起足够的重视。必要时也可采用高倍望远镜进行确认,具备条件的可以申请停电检修。

进口仪器在检测时对缺陷更加敏感，但由于其灵敏度很高可能更容易造成误判，所以发现疑问时应变换探头接触位置进行多次检测，不要轻易作出有无缺陷的定论。

1 王伟东，刘 勇．支柱绝缘子及瓷套无损检测中的应用[J].无损检测，2009(3).

2 王春水，胡先龙，张俊义，等．爬波在无损检测中的应用[J].无损检测，2009(3).

2014-02-26。

高 健(1980-)，男，高级工程师，主要从事电网设备状态监测和失效分析工作，email：dust661@163.com。

苗 兴(1958-)，男，高级工程师，主要从事电网设备状态监测、失效分析以及电网安全性评价工作。

王 斌(1965-)，男，高级工程师，主要从事电网设备状态监测技术管理以及电网安全性评价工作。