爬波法在支柱絕緣子探傷中的運(yùn)用與展望

摘 要：電力系統(tǒng)高壓瓷支柱絕緣子斷裂事件的發(fā)生，給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和人身的安全帶來(lái)了嚴(yán)重危害。在役的支柱絕緣子如若發(fā)生斷裂情況，可導(dǎo)致變電站設(shè)施的損壞，電網(wǎng)停電，更嚴(yán)重可引起人身的傷亡。支柱絕緣子爬波檢測(cè)，是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在電力行業(yè)的一項(xiàng)新運(yùn)用。筆者結(jié)合自己從事電力行業(yè)無(wú)損探傷的實(shí)際工作體會(huì)，總結(jié)了導(dǎo)致其失效的因素及爬波技術(shù)在支柱絕緣子檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：支柱絕緣子；裂紋；超聲波；爬波

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.162

1 絕緣子的結(jié)構(gòu)和特性

絕緣子是由金具、瓷柱和水泥等物料粘結(jié)而成的，瓷柱是由鋁硅酸鹽按一定比例配比，在高溫下燒制成的無(wú)機(jī)絕緣材料，表面復(fù)蓋一層光滑的釉。棒型支柱瓷絕緣子主要在戶(hù)外露天環(huán)境中使用，外壁傘的作用是用來(lái)增大沿面放電距離，同時(shí)在雨、雪天氣能夠隔斷水流，使絕緣子在惡劣的雨、雪天氣下穩(wěn)定的工作。

2 支柱絕緣子斷裂的特點(diǎn)和分析

（1）制造質(zhì)量不過(guò)關(guān)。在制造環(huán)節(jié)中，存在原料混用、錯(cuò)用；瓷體燒制工藝不當(dāng)、燒成差（過(guò)燒、欠燒）；膠裝工藝差；膠裝部位沒(méi)有密封或密封不良等問(wèn)題，在外界因素作用下導(dǎo)致其斷裂；

（2）設(shè)計(jì)不完善。由于設(shè)計(jì)過(guò)程中安全系數(shù)取值過(guò)小，造成絕緣子運(yùn)行過(guò)程中斷裂。

（3）安裝、調(diào)試質(zhì)量不當(dāng)。對(duì)管母線(xiàn)來(lái)說(shuō)，因安裝時(shí)中心線(xiàn)偏移導(dǎo)致支柱絕緣子受較大應(yīng)力；對(duì)隔離刀閘來(lái)講，存在錯(cuò)位別勁的問(wèn)題，因熱脹冷縮作用產(chǎn)生較大應(yīng)力，導(dǎo)致斷裂。

（4）運(yùn)行、檢修、操作不當(dāng)。檢查和保養(yǎng)工作不到位，造成母線(xiàn)、隔離開(kāi)關(guān)出現(xiàn)銹蝕、卡滯、卡死等現(xiàn)象；或操作不當(dāng)使絕緣子承受大峰值的短時(shí)應(yīng)力導(dǎo)致斷裂。

（5）外部環(huán)境變化引起的斷裂。由于粘合劑、瓷柱與鑄鐵法蘭材料之間的線(xiàn)性膨脹和導(dǎo)熱系數(shù)均不相同。當(dāng)外界溫度改變時(shí)，粘結(jié)處受力最大，在長(zhǎng)時(shí)間外力作用下導(dǎo)致斷裂。

據(jù)資料表明， 目前支柱絕緣子斷裂的特征是：斷裂部位95%以上都是在法蘭口內(nèi) 3 cm 和第一瓷沿之間，此位置為重點(diǎn)檢測(cè)部位。常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)方法有：磁粉檢測(cè)、渦流檢測(cè)、滲透檢測(cè)、射線(xiàn)檢測(cè)、超聲波檢測(cè)。瓷性材料無(wú)法采用渦流與磁粉檢測(cè)方法。滲透法只能檢測(cè)表面開(kāi)口缺陷，同時(shí)著色劑會(huì)污染絕緣子密封面； 絕緣子直徑較大， 射線(xiàn)較難穿透， 且法蘭附近有多種材質(zhì)， 影響射線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果， 不具備可操作性[1]

3 爬波的原理與探頭設(shè)計(jì)

3.1 爬波的聲學(xué)原理

爬波又可以稱(chēng)為表面下縱波。探頭中晶片傾斜角度與第一臨界角相等時(shí)，在試件中產(chǎn)生爬波。由Snell定律可知，當(dāng)入射角等于第一臨界角時(shí)，試件中存在幾種復(fù)雜的波型：A、直接入射的橫波；B、直接入射的縱波； C、爬波）；D、頭波，其入射點(diǎn)往前漂移。采用爬波法對(duì)支柱絕緣子檢測(cè)，爬波僅在瓷柱近表面?zhèn)鞑?，?duì)瓷柱的表面粗糙度不敏感，特別適合法蘭與瓷體結(jié)合處淺表裂紋等缺陷的檢測(cè)，且檢測(cè)速度較快，對(duì)表面下 1～9 mm 內(nèi)的裂紋特別敏感，因此適合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作。

3.2 支柱絕緣子用爬波探頭的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)

因?yàn)榕啦ㄔ趥鞑ネ局胁煌５剡M(jìn)行縱波-橫波的波形轉(zhuǎn)換，所以爬波的能量在傳播途中快速衰減， 因此波的有效聲程范圍相對(duì)有限。基于此因素，探頭應(yīng)采用大的晶片尺來(lái)提高聲束的能量。因法蘭到第一傘裙之間的距離比較短，實(shí)際探測(cè)面距離很有限，所以探頭的縱向尺寸越小越有利。爬波探頭采用一收一發(fā)兩個(gè)晶片，晶片可以布置為串列式或并列式兩種形式。由于串列式探頭晶片前后布置，做成的探頭尺寸較大，不利于大尺寸晶片的采用，所以現(xiàn)場(chǎng)工作更適用并列式。在確保檢測(cè)靈敏度的條件下，一般探頭頻率在2MHz～5 MHz之內(nèi)選擇。因掃查面為圓弧形，為滿(mǎn)足探頭與掃查面良好的耦合，確保爬波順利發(fā)射和接收，探頭需做成與絕緣子外徑曲率相同。掃查時(shí)，爬波探頭應(yīng)盡可能向法蘭側(cè)前移，掃查速度不宜過(guò)快，移動(dòng)時(shí)要始終保持探頭與檢測(cè)面的穩(wěn)定接觸，探頭作周向 360°掃查。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用

某發(fā)電廠(chǎng)500KV升壓站50002隔離開(kāi)關(guān)刀閘高壓支柱絕緣子檢修現(xiàn)場(chǎng)， 采用CTS-9008型陶瓷絕緣子超聲波探傷儀，使用爬波法對(duì)刀閘A、B、C三相絕緣子的法蘭部位進(jìn)行探傷（圖1），耦合劑選用甲基纖維素水溶液，探頭選用頻率2. 5 M Hz、晶片尺寸8mm×12mm雙晶并列布置。檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)該刀閘 A相下支柱的下部粘結(jié)處內(nèi)側(cè)存在一處缺陷；，采用半波高度法測(cè)得缺陷長(zhǎng)度為 15 mm，最高反射波幅超過(guò)DAC曲線(xiàn)7.2dB（圖2），根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，該缺陷評(píng)定為不合格

4 爬波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用展望

電網(wǎng)支柱瓷絕緣子的在役檢測(cè)還有許多其他手段，如： 紅外熱象檢測(cè)、振動(dòng)聲學(xué)法等等，其各有特點(diǎn)。雖然爬波探測(cè)深度僅為表面和近表面，對(duì)檢修工期緊張、工程量大的集中檢驗(yàn)來(lái)講，因其具有檢測(cè)速率快的特點(diǎn)，仍是首選的檢驗(yàn)手段。目前爬波檢測(cè)范圍僅僅局限在法蘭口處，對(duì)于瓷體本身缺陷無(wú)法檢測(cè)，且爬波檢測(cè)對(duì)于缺陷的深度難以確定，同樣受結(jié)構(gòu)的限制，存在部分絕緣子法蘭位置間距過(guò)小無(wú)法放置探頭的情況，筆者相信在所有無(wú)損檢測(cè)人員的致力下， 爬波檢測(cè)技術(shù)的遠(yuǎn)景必將越來(lái)越廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]季昌國(guó).超聲爬波法在支柱瓷絕緣子在役檢測(cè)中的應(yīng)用[B].華北電力技術(shù)，2008-07-35.

作者簡(jiǎn)介：代興亮（1988-），男，主要從事電力行業(yè)無(wú)損檢測(cè)及材料檢驗(yàn)工作。endprint