基于超声相控阵技术的瓷绝缘子纵波检测.pdf

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1、第17卷(2015年第1期)电力安全技术A基于超声相控阵技术的瓷绝缘子纵波检测张昕，李军，苗兴，袁芳，杨景建，李辉(国网甘肃电力公司电力科学研究院，甘肃兰州730050)[摘要]介绍了一种基于超声相控阵纵波检测瓷绝缘子表面及内部缺陷的技术。通过对超声相控阵理论深入研究，提出了采用超声相控阵纵波检测表面(近表面)缺陷的新理念，并通过试验研究，确定了检测探头的参数，总结出一套系统的瓷绝缘子检测方法。最后通过检测实例，证明了该方法的可行性和优越性。[关键词]超声波相控阵；瓷绝缘子；纵波检测；一次扫查支柱瓷绝缘子(以下简称“瓷瓶”)是发电

2、厂形象地反应缺陷在工件内的分布状况。和变电站的重要电气设备部件，起着支撑设备、导线和绝缘的作用，其重要性和故障危害性众所周知。1瓷瓶被检区域特性电力行业针对瓷瓶的超声检测工作已开展多年，主要有采用小角度纵波检测内部缺陷和采用爬波检测瓷瓶一般由铸铁法兰、水泥和瓷体胶装而成。表面(近表面)缺陷2种方法。而随着超声相控阵瓷瓶在制造过程中，产生的内部缺陷也多种多样，检测技术被引入到我国，其在国内各行业无损检测如晶粒粗大、疏松、裂纹、黑心和黄心等。瓷瓶内领域都有了很好的应用。部缺陷的存在，使其整体有效承载面积减少，承载超声相控阵技术与传统超

3、声波检测相比具有很能力降低。据统计，国内断裂的瓷瓶有95％以上大优势，主要为：发生在法兰口内30mm到第1个伞群之间。目前，(1)采用电子聚焦方法控制声束偏转，可在探国内很多科研院所和电力行业通过大量实验研究，头不移动或较小范围移动的条件下对工件内部较大制定了相当数量的瓷瓶检验检测标准或规范，均将区域进行扫查；重点检测区域定义为支柱瓷绝缘子两端铸铁法兰胶(2)声束焦点可以调节，或者采用声束动态聚装部位30m的范围内(见图1)。焦，都可以使检测系统的分辨力、信噪比和灵敏度得以提高。2相控阵原理概述此外，由于采集的信息更为丰富，采用超

4、声相控阵技术还可以实现被检工件的3D仿真成像，更相控阵探头晶片由多个阵元组成，各阵元按一3王晶晶，刘巍，张勇平，等．华北电网无人值班站和电网技术，2007(2)．集控中心管理模式的探讨[J】．华东电力，2009(10)．4李群．调控一体化在电力系统自动化中的应用[J】_科技创新与应用，2013(16)．收稿日期：2014-07-17。5王雷．电网调度自动化系统CC-2000A．经济研究参考作者简介：[J】．2009(58)．郑剑辉(1984-)，男，工程师，主要从事变电站综合自动化、6何江，吴杏平，尚学伟，等．CC-2000系统数

5、据采集调度自动化方面的工作，emafl：67844594@qq．corn。子系统的实现[J】．电网技术，2003(10)．吴毅翔(1988-)，男，助理工程师，主要从事变电站综合自动化、7胡军．CC2o00集控站系统在呼伦贝尔电业局的应用[J]．调度自动化方面的工作。．一9一第17卷(2015年第1期)电力安全技术A但在声程50mm且水平扫查表面5mm深线切割量Ⅳ不能过大。有关研究表明，晶片数量过多，不槽时，5MHz探头的反射当量与2MHz探头的偏但对提高探头分辨率的作用不大，反而会使副瓣过差达到6dB。大而导致分辨率下降，因此一

6、般选择为20～30。3．2．2阵元间距表1不同频率探头反射当量dB有关研究表明，当阵元间距小于波长的一半时，声束可以在工件半平面扫查而不会出现栅瓣；当阵元间距大于波长时，即使声束不偏转也会出现栅瓣；当阵元间距介于半波长和波长之间时，在允许的偏转范围内将不会出现栅瓣。阵元间距同时还决定着相控阵检测时最大偏转角度，由于不同材料中声速不同，同一探头检测时声束的最大许可偏转范围也是不同的，最大许可偏有关研究表明，瓷瓶最大轴向应力和径向应力转范围需要根据实际工件进行确定。都集中在法兰口附近的瓷体表面上，为保证对表面瓷瓶纵波声速通常为5800

7、～6700m／s，其纵(近表面)缺陷有较高的灵敏度，推荐采用频率为波半波长为0．58～0．67mm，推荐选择的阵元间5MHz的相控阵探头。距为小于0．5mm，可以满足各类型瓷瓶的检测。3．2晶片数量和阵元间距选择在探头频率和阵元间距一定的情况下，增加阵3．2．1晶片数量元数可增加主瓣幅值，相对抑制旁瓣，同时也可抑在相控阵探头激发频率一定的情况下，声束主制主瓣宽度。因此，增加阵元数有利于提高相控阵瓣宽度△(为声束偏转角度)与晶片数量Ⅳ和超声波探头品质。综合考虑上述因素，同时考虑到阵元间距d有如下近似关系：瓷瓶被检区域结构特性及探头几

8、何尺寸，推荐选择△22／Ndcos0(2)晶片数量为32的探头进行检测。其中，主瓣宽度与波长成正比，而与晶片因此，采用5MHz、32晶片，阵元间距0．5mm数量Ⅳ和阵元间距d成反比。在Ⅳ和d确定的情探头测试晶片激发数量对表面缺陷反射当量的影响。况下