楊帆

（中國(guó)電力科學(xué)研究院 湖北武漢 430000）

高壓電力設(shè)備絕緣診斷中聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)

楊帆

（中國(guó)電力科學(xué)研究院 湖北武漢 430000）

高壓電力設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是電力設(shè)備絕緣診斷，它是保障高壓電力設(shè)備能夠安全運(yùn)行的有效手段之一，并且也是電力系統(tǒng)絕緣監(jiān)督的主要工作。近些年來，利用聲學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)對(duì)高壓電力設(shè)備進(jìn)行絕緣診斷，已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。高壓電力設(shè)備絕緣診斷的聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和及時(shí)診斷設(shè)備的缺陷及隱患發(fā)揮了重要作用，本文就重點(diǎn)介紹聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)在高壓電力設(shè)備絕緣診斷中的應(yīng)用和其以后的發(fā)展前景。

高壓電力設(shè)備；絕緣診斷；聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)

引言

高壓電力設(shè)備的使用壽命主要由設(shè)備內(nèi)部絕緣材料的性能所決定的。對(duì)于高壓電力設(shè)備，絕緣性能是由電氣性能、機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性等這些指標(biāo)衡量的。由于高壓電力設(shè)備需要長(zhǎng)期進(jìn)行運(yùn)行，因此，就需要運(yùn)用各種技術(shù)手段對(duì)電氣性能進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，并綜合局部放電測(cè)量和老化試驗(yàn)等項(xiàng)目，對(duì)高壓電力設(shè)備的絕緣性能作出客觀的綜合評(píng)價(jià)。然而高壓電力設(shè)備的絕緣強(qiáng)度下降是由于各種因素的綜合作用造成，其過程具有隨意的，因此，有計(jì)劃地進(jìn)行預(yù)防性絕緣監(jiān)測(cè)，是保證電氣設(shè)備可靠運(yùn)行的重要手段。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)在高壓電力設(shè)備絕緣診斷中的應(yīng)用得到了越來越多的關(guān)注，應(yīng)用也越來越廣，成為檢驗(yàn)高壓電力設(shè)備絕緣檢驗(yàn)的重要手段。尤其是超聲波在高壓電力設(shè)備絕緣性的診斷聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)中的前景最為光明，它既能檢測(cè)到高壓電力設(shè)備絕緣材料本身的性能，還可以檢測(cè)到高壓電力設(shè)備絕緣材料的微觀結(jié)構(gòu)。

1 絕緣診斷

傳統(tǒng)的絕緣診斷試驗(yàn)項(xiàng)目包括直流泄漏電流、絕緣電阻、介損、直流耐壓和交流耐壓試驗(yàn)。通過絕緣性能試驗(yàn)，可定期對(duì)電氣設(shè)備的絕緣性能進(jìn)行檢測(cè)，預(yù)測(cè)高壓電力設(shè)備的絕緣狀況，推測(cè)出絕緣老化的過程、絕緣性比較薄弱的部位，從而發(fā)現(xiàn)在運(yùn)設(shè)備的安全隱患，進(jìn)而進(jìn)行有針對(duì)性的對(duì)存在安全隱患的部位進(jìn)行檢修，以確保高壓電力設(shè)備的安全運(yùn)行。

在絕緣電阻的相關(guān)試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)了變壓器的吸收比試驗(yàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)，絕緣電阻的絕對(duì)值比較高，但吸收比偏小，這樣的變壓器設(shè)備就會(huì)判為不合格品。而采用極化指數(shù)的試驗(yàn)方法，可以提高判斷的準(zhǔn)確性，而且方便做出判斷。從理論角度來分析，吸收比試驗(yàn)的時(shí)間僅為60s，這么短的時(shí)間內(nèi)，介質(zhì)的極化過程也就處于剛剛開始階段，此時(shí)不能全面反映絕緣的真實(shí)現(xiàn)象，所以測(cè)試的結(jié)果沒有可信度。極化指數(shù)試驗(yàn)的時(shí)間大約為600s，介質(zhì)極化的過程雖然未完成，但已經(jīng)比較接近穩(wěn)定，所以能比較準(zhǔn)確地檢測(cè)出高壓電力設(shè)備的絕緣損壞情況。工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家從20世紀(jì)的40年代就開始采用比較準(zhǔn)確的極化指數(shù)的試驗(yàn)方法，不采用結(jié)果失真的吸收比的試驗(yàn)方法。

提高測(cè)量設(shè)備測(cè)量時(shí)的抗干擾性能，也能提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。如采用異頻法一些等新方法，不但操作方便，而且可以大大提高工作效率，但是采用電源倒向的方法和自動(dòng)計(jì)算的方法在干擾特別大時(shí)，仍存在較大的誤差，所以開拓新思路、研究新的方法，成為新的研究課題。

2 聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)

2.1 聲學(xué)敲擊檢測(cè)

聲學(xué)敲擊檢測(cè)是比較常用的一種檢測(cè)缺陷的方法。用物體輕輕敲擊待檢測(cè)物體。如果待檢測(cè)物體有缺陷的部位，敲擊的聲音與沒有缺陷的部位，聲音會(huì)有不同。聲音不同的判別，可以用耳力分辨，也可以用專用的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。比如，技術(shù)人員靠人的耳朵，分辨發(fā)電機(jī)的定子槽楔被叩擊時(shí)所產(chǎn)生的聲音不同，來判定槽楔是否產(chǎn)生松動(dòng)。但是這種方法過度依賴工作人員的經(jīng)驗(yàn)，所以此方法經(jīng)常被用一種作輔助方法。專用的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的方法雖然可以規(guī)避這一現(xiàn)象，但是聲學(xué)敲擊檢測(cè)只能用作定向分析，不能用作定量分析，也就是說聲學(xué)敲擊檢測(cè)只能判斷高壓電力設(shè)備絕緣性是否有問題，而不能分析絕緣性能故障的原因和絕緣性的發(fā)生及發(fā)展情況。

2.2 聲發(fā)射檢測(cè)

高壓電力設(shè)備絕緣性材料受到外力或內(nèi)部的殘余應(yīng)力作用時(shí)，材料本身的缺陷，在應(yīng)力集中的作用下，使材料發(fā)生變形或者損壞，進(jìn)而通過這種方法將多余的能量以彈性波的形式釋放出來，然后利用相關(guān)的電子設(shè)備，檢測(cè)發(fā)射出來的聲波。然后將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，以研究材料缺陷發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律。此外，還可以對(duì)缺陷部位進(jìn)行精確定位。高壓電力設(shè)備絕緣缺陷在應(yīng)力的作用下會(huì)產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，雖然局部放電脈沖電流持續(xù)的時(shí)間非常短，但是這一過程常常伴隨著超聲波的能量放出，因此，除了使用脈沖電流的方法測(cè)量材料局部的放點(diǎn)程度以外，還可以利用聲發(fā)射檢測(cè)的相關(guān)技術(shù)和測(cè)量局部的放電聲波信號(hào)來判斷高壓電力設(shè)備絕緣性性能的好壞。

2.3 發(fā)電機(jī)定子絕緣和變壓器聲發(fā)射法

這種方法是將局部放電部位進(jìn)行定位的研究。這種方法由兩部分組成：①局部放電的電測(cè)量部分；②聲發(fā)射的定位部分。將其中的一個(gè)傳感器進(jìn)行固定，用來計(jì)算延遲時(shí)間，將另一個(gè)電傳感器在待檢測(cè)件的相關(guān)部位來回移動(dòng)，這樣通過測(cè)量不同部位的延遲時(shí)間就，可以計(jì)算出放電源的位置，誤差可以被控制在2cm范圍之內(nèi)，但是這種方法的不足之處在于，必須局部放電和電極測(cè)量同時(shí)進(jìn)行。

3 超聲波檢測(cè)技術(shù)在高壓電力設(shè)備絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

電力設(shè)備中高壓絕緣體有老化現(xiàn)象時(shí)，可能發(fā)生局部放電的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生超聲波。當(dāng)發(fā)電設(shè)備材料發(fā)生老化龜裂，電站蒸氣管道容易發(fā)生泄漏現(xiàn)象。機(jī)器產(chǎn)生異常的振動(dòng)時(shí)，也有可能會(huì)發(fā)出超聲波。進(jìn)而將設(shè)備的故障的檢測(cè)轉(zhuǎn)化為對(duì)超聲的檢測(cè)。通常使用的傳統(tǒng)檢測(cè)方式能夠檢測(cè)出高壓電力設(shè)備絕緣性的相關(guān)故障。而使用超聲波的檢測(cè)技術(shù)，只需向待檢測(cè)物體發(fā)射超聲波，然后通過相關(guān)的檢測(cè)技術(shù)就可以檢測(cè)出高壓電力設(shè)備絕緣性的故障點(diǎn)。傳統(tǒng)的非接觸形式的高壓絕緣診斷方法是利用紅外熱成像技術(shù)。可是在高壓電力設(shè)備絕緣診斷過程中，熱點(diǎn)的淹沒現(xiàn)象給檢測(cè)工作帶來干擾，增加了檢測(cè)的難度。但是，經(jīng)過大量的研究及實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，高壓電力設(shè)備的絕緣體一旦發(fā)生故障，常常伴有超聲波，這樣，高壓電力設(shè)備絕緣故障位置就可以被檢測(cè)出來。

目前為止，超聲波檢測(cè)法已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到高壓電力設(shè)備的絕緣診斷中，聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)對(duì)高壓電力設(shè)備絕緣性的測(cè)量與定位等研究方面起到了非常重要的意義。近年來在歐美的一些國(guó)家里，超聲波診斷技術(shù)得到越來越多的應(yīng)用。在我國(guó)，高壓電力設(shè)備絕緣診斷手段也越來越豐富，超聲波檢測(cè)技術(shù)以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)越來越受到大家的重視。超聲波檢測(cè)技術(shù)在高壓電力設(shè)備絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用也逐漸變得普遍起來。

4 結(jié)束語

高壓電力設(shè)備絕緣診斷的方法有聲學(xué)敲擊法、聲發(fā)射法和超聲法，這幾種方法在實(shí)際操作中各有利弊。聲學(xué)敲擊檢驗(yàn)技術(shù)在抗干擾方面是個(gè)關(guān)鍵，并且是很難解決的問題。局部放電的聲發(fā)射檢驗(yàn)技術(shù)只是在理論上比較成熟，但是在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中還是處在研發(fā)階段，不能用于實(shí)際。超聲橫波檢測(cè)，因?yàn)槠渚哂械男碧筋^具有很多的復(fù)雜性，對(duì)高壓電力設(shè)備絕緣的檢測(cè)具有破壞性，而超聲縱波檢測(cè)又對(duì)云母絕緣這種高衰減材料得不到超聲發(fā)射波信號(hào)。因此，既能評(píng)估絕緣性能，又能檢測(cè)絕緣缺陷的低頻超聲縱波檢驗(yàn)技術(shù)成為在高壓電力設(shè)備絕緣檢測(cè)中的重要手段，成為最具有應(yīng)用前景的檢測(cè)方法。由于最近才開始研究這種聲學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)，因此，需要研究和解決的問題還有很多。

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TB553

A

1004-7344（2016）36-0146-02

2016-12-11

楊帆（1985-），男，助理工程師，本科，主要從事電力檢測(cè)工作。