基于超声导波的复合绝缘子芯棒和脱粘缺陷检测研究

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1、硕士学位论文基于超声导波的复合绝缘子芯棒和脱粘缺陷检测研究作者姓名何战峰学科专业电工理论与新技术指导教师邓红雷副教授所在学院电力学院论文提交日期2018年4月StudyonDetectionofMandrelanddebondingDefectsofCompositeInsulatorsBasedonUltrasonicGuidedWaveADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：HeZhanfengSupervisor：Prof.Deng

2、HongleiSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TM216学校代号：10561学号：201520111553华南理工大学硕士学位论文基于超声导波的复合绝缘子芯棒和脱粘缺陷检测研究作者姓名：何战峰指导教师姓名、职称：邓红雷副教授申请学位级别：学术型硕士学科专业名称：电工理论与新技术研究方向：电气设备在线监测与故障诊断论文提交日期：2018年4月20日论文答辩日期：2018年5月31日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员

3、会成员：主席：刘永强委员：李春茂、樊利民、朱宁西、邓红雷摘要绝缘子是电力系统安全运行的关键设备之一，在架空输电线路中起着悬挂导线的重要作用，实现复合绝缘子内部缺陷的快速准确检测，对电网安全运行有着十分重要的作用。超声导波检测由于能够快速、准确、低成本、大范围检测等原因，近年来得到很大程度的发展，并且已被成功应用于管道、锚杆等的无损检测中。本文通过研究超声导波在复合绝缘子中的传播特性，考察了复合绝缘子脱粘大小与导波能量衰减之间的关系，提出了一种针对芯棒本身缺陷且能定量估计缺陷大小以及根据超声导波能量衰减

4、情况分段检测复合绝缘子脱粘缺陷检测的新方法。为了研究超声导波在复合绝缘子中的传播特性，建立了简化的双层复合绝缘子模型，理论分析得到了复合绝缘子中纵向模态和扭转模态的频散曲线，以理论分析为依托，对传播规律进行了实验研究，实验结果表明：不同周期的导波激励信号在复合绝缘子中传播的纵向和扭转模态幅值衰减差别不大，但从易识别的角度考虑，选10周期激励为宜；纵向和扭转模态导波衰减对伞裙大小不敏感，无法实现伞裙缺陷的检测；绝缘子两端金具对实验接收波形影响很大；同一模态导波在硅橡胶和芯棒上传播速度相同，但能量分布不同

5、；纵向和扭转模态随伞裙组个数的增加呈指数衰减，画出并拟合了30kHz纵向模态和50kHz扭转模态的衰减曲线；绘制得到了一定频率下导波最大传播速度的曲线。针对传统的复合绝缘子缺陷检测方法主要集中在芯棒外部结构的缺陷上，并不能有效发现芯棒本身缺陷的不足，提出了一种基于匹配追踪的L模态超声导波检测芯棒本身缺陷且能定量估计缺陷大小的检测方法。首先，基于理论分析，以10周期40kHz的导波为激励信号，选取芯棒缺陷轴向长度为8mm和2mm，进行了有限元仿真和实验。仿真和实验结果表明：L模态超声导波能较为准确地检测

6、出芯棒中的缺陷。然后，通过Gabor原子构建波形字典，运用匹配追踪算法估计出芯棒缺陷，计算得到轴向长度的相对误差分别为5.4%和16.35%。从理论分析、有限元仿真和实验一起验证了该方法的可行性、有效性，为芯棒缺陷的检测和定量分析提供了一种新的思路。提出了利用超声导波传播时的衰减系数分段快速无损检测复合绝缘子的新方法。实验结果表明：由于导波在硅橡胶中传播时衰减过大，受导波激励功率的限制，对于电压等级高、长度较长的复合绝缘子，只能进行分段检测；当检测范围内有脱粘时，导波在复合绝缘子中传播时的衰减系数会减

7、小，并且脱粘大小会影响衰减系数，因此可以通过检测导波传播的衰减系数，来判断所检测区域内是否有脱粘缺陷；L模态和T模态导波I的衰减系数都可以判断检测区域内是否有脱粘缺陷。理论分析、有限元仿真和实验共同验证了超声导波检测技术应用于芯棒缺陷及复合绝缘子脱粘缺陷检测的可行性，为检测绝缘子缺陷提供了一种新方法。关键词：超声导波；复合绝缘子；复合绝缘子芯棒；频散曲线；传播特性；缺陷检测IIABSTRACTInsulatorisoneofthekeydevicesforthesafeoperationofpower

8、system,whichplaysanimportantroleassuspendedwireintheoverheadtransmissionline.Fastandaccuratedetectionofdebondingwithinthecompositeinsulatorsseemsvitallyimportantinguaranteeingthesafeoperationofpowergrids.Ultrasonicguidedwavetesti