支柱瓷绝缘子的振动声学检测研究

《支柱瓷绝缘子的振动声学检测研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、支柱瓷绝缘子的振动声学检测方法华北电力科学研究院有限责任公司王春水胡先龙刘建屏季昌国陈君平摘　要：高压支柱瓷绝缘子的断裂极大地危害着电网的安全运行，采用超声波方法能有效检测出绝缘子法兰附近的裂纹等缺陷，是目前普遍采用的绝缘子无损检测方法。但超声波的检测必须在停电状态下进行，同时检测比较费时、费力，难以实现对变电站绝缘子的普查。本文介绍一种全新的绝缘子检测方法－振动声学检测，它是一种以声波激励物体振动、通过检测物体固有频率为物理基础的新型高效率的检测方法。具有带电检测、检测效率高、检测范围广、劳动强度低等突出优点，该方法的成功应用对促进支柱瓷绝缘子的普查有极大

2、的推进作用。关键词：支柱瓷绝缘子振动声学检测固有频率1前言高压支柱瓷绝缘子作为发电厂和变电站运行的重要组成设备，其质量直接关系着电网的安全运行。支柱绝缘子是高温烧结成的电瓷产品，在长期运行中受到机械负荷、温差应力、组织应力等各种因素的影响，往往在绝缘子法兰附近发生断裂[1]。目前最常用也是最有效的检测方法是对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[2]，如图1所示。图1爬波检测支柱瓷绝缘子但超声波检测必须在停电状态下进行，同时检测比较费时、费力，难以实现对变电站绝缘子的普查工作。而振动声学检测是利用以声波激励物体振动、通过检测

3、物体固有频率为物理基础的新型高效率的检测方法，相对于其它检测方法，它主要有以下几大优点：1、能实现带电检测。2、检测效率高，可实现成组瓷瓶的检测。3、检测范围广，不仅能检测法兰口附近的瓷瓶裂纹，同时还能实现法兰中部和灌胶水泥、铸铁法兰的状况。4、检测人员的劳动强度低。该方法已在俄罗斯、瑞典等10几个国家得到运用。据了解，利用此方法检测过的绝缘子，没有一起因漏检或错检发生过的断裂事故。2原理介绍振动声学检测已广泛运用于其它领域，如我们挑选瓷器时，轻轻弹叩瓷器时听发出的声音，如声音清脆、悦耳，则说明瓷胎细致密实、无裂损，在高温烧成时瓷化完全；如声音喑哑，就可断定

4、瓷胎有裂损，或者瓷化不完全，这类瓷器经冷热变化易开裂。这主要是利用好的瓷器和裂损瓷器的固有频率发生变化从而发出不同的声音这一原理进行检查的。根据理论推导，柱形装置（绝缘子）里归纳出来的各项机械应力函数和柱形装置的固有振动频率具有相同的自变量，由此可得出结论：柱形装置（绝缘子）的机械强度和它的频率特性紧密相关。支柱绝缘子的损伤状况可以按照其机械强度即承载能力（支柱绝缘子破坏时的最小受力）来判断，而支柱绝缘子的机械强度值可以通过对绝缘子施加的一定频率激励声波，评估绝缘子随机械振动作用的反应功率频谱加以判断。支柱绝缘子的承载能力或发生破坏极限载荷，按照以下公式计算

5、：P1/P0=(ω1/ω0)2其中：P0—未破损的绝缘子的极限载荷P1—破损的绝缘子的极限载荷ω0—未破损的绝缘子的振动反应频谱的中心频率ω1—破损的绝缘子的振动反应频谱的中心频率按照测量结果建立评估支柱绝缘子的机械强度状况准则。未破损的绝缘子在激励声波频率范围内的测量反应频谱只有一个最大值，且最大值出现在驻波频率左右（用在电压110～500Kv的瓷绝缘子上，其驻波频率在4500Hz左右），而破损的绝缘子在激励声波频率范围内测量的反应频谱则高于或低于绝缘子振动驻波频率分量。3装置根据理论介绍，测定支柱式绝缘子机械状态的全套设备应该具有：　1、激励源—随机振动

6、的激发器　2、信号接收部分—用来存储绝缘子对激励的响应的记录器　3、结果分析部分—用来分析检测结果的软件包图2、图3分别是检测装置的结构图和实例图，图4是利用振动声学检测仪对带电绝缘子的检测现场图。图2检测装置结构图4数据分析电脑的软件包要把记录器存储器里的信息转移（拷贝）到电脑自己的存储器里并加以处理以便得出和提供便于使用的结果。考虑到绝缘子对随机振动激发的反应的随机性，需使用处理随机过程的仪表。1－记录装置　2－激励源导波杆　3－接收器导波杆图3检测装置实例图图4现场检测图4数据分析电脑的软件包要把记录器存储器里的信息转移（拷贝）到电脑自己的存储器里并加

7、以处理以便得出和提供便于使用的结果。考虑到绝缘子对随机振动激发的反应的随机性，需使用处理随机过程的仪表。图5110Kv（11万伏）室外配电设备正常绝缘子振动功率谱密度评定图图6有缺陷的绝缘子功率谱密度评定图图5是110Kv室外配电设备完好绝缘子的振动功率谱密度评定图，图中除4500Hz的固有频率分量外，无其它衍生频率，表明该绝缘子结构正常。图6是对有缺陷的绝缘子在三个部位检测得出的结果，绝缘子本身的固有频率（4500Hz）左右消失，在1000－2000Hz之间有很强的衍生频率，表明绝缘子下法兰处有缺陷，该绝缘子应予以报废。图7是该绝缘子的实际裂纹照片，裂纹非

8、常清晰、明显。图7实物绝缘子下法兰处的裂纹图片图8超