超声波无损探伤在托电支柱绝缘子中应用

支柱瓷绝缘子缺陷分析与检测方法概述摘要电力系统中的支柱瓷绝缘子起着支撑导线和绝缘作用，其健康状态关系到发电厂和变电站的安全运行。

笔者对支柱式瓷绝缘子老化与发生缺陷的原因和特征进行研究，从机械、电气性能方面分析了缺陷发生的机理；然后介绍支柱瓷绝缘子当前常用的三种检测方法，红外测温，超声波探伤以及振动声学检测，阐述了三种方法各自的优劣。

关键词支柱瓷绝缘子；振动声学；红外测温前言变电站电力设备中支柱瓷绝缘子起着支撑导线和绝缘的作用，支柱瓷绝缘子由于质量劣化及自然老化发生断裂等事故会严重威胁电力日常生产安全。

支柱绝缘子的断裂是一种突发现象，其发生既有绝缘子本身的原因，又有运行过程中外部因素的影响，从现场探测的结果来看，支柱瓷绝缘子在运行和操作中受伤是产生缺陷和断裂的主要原因。

但是同时从事故案例中可以发现，有部分是由于制造工艺落后，产品质量不高等内在原因引发。

因此很有必要开展针对支柱瓷绝缘子的老化、破损等缺陷的有效检测方法的机理与应用研究。

目前，检测变电站支柱瓷绝缘子的方法有超声波探伤、红外检测与振动声学检测方法等。

其中超声波探伤不仅要求在停电状态下进行，并且超声爬波法和纵波法检测效率极低。

在爬波探伤中，由于探头制作质量差，耦合不良，法兰结合部位的沙砾等均会产生大量的干扰信号，而纵波法要求检测人员具有很高的技术水平和丰富的经验。

而红外测温则存在一定的漏检率，支柱瓷绝缘子存在缺陷时并不是全部都会出现泄漏电流导致温升的情况，而且红外检测容易受到现场环境温湿度干扰导致缺陷检出率不高。

振动声学探伤方法通过检测瓷支柱绝缘子固有频率，根据物体固有频率不变的特性来判断该支柱瓷绝缘子的健康状况是否发生变化。

1 支柱瓷绝缘子缺陷分析瓷柱断裂和裂纹主要原因：一是瓷柱在制造过程中残留的内在缺陷。

常规敲击等出厂检测难以检出瓷件的微小裂缝，在运行中易发展成裂纹或断裂，二是由于瓷件与两端金属附件间水泥胶装的工艺存在问题，不严格执行工艺操作和控制，程序忽略缓冲层、水泥致密性、上砂高度等措施。

超声波传感技术在电力系统中的应用研究近年来，超声波技术在电力系统中的应用越来越受到重视。

这种无损检测技术可通过超声波传感器接收物体发出的超声波信号，然后根据信号的变化来检测物体的状态和性能。

超声波传感技术在电力系统中的应用主要包括变压器检测、电缆故障检测以及绝缘材料检测等方面。

一、变压器检测变压器是电力系统中非常重要的设备，其正常运行对电力系统的稳定性和安全性有着至关重要的作用。

现在，超声波传感技术可以用来检测变压器绕组中的缺陷和损失，如松动导线、绝缘层剥离、短路、局部放电等。

通过对变压器进行超声波检测，可以有效排除变压器的隐患，保障电力系统的稳定运行。

二、电缆故障检测电缆是电力系统中的另一个重要部分，而且在现代电力系统中，电缆的使用越来越广泛。

然而，电缆的损坏问题随之而来。

超声波传感技术在电缆故障检测中的应用则可以帮助检测电缆的损伤程度，并确定电缆损伤的位置。

这种技术还可以检测电缆接头的连接状况，并判断连接点是否需要更换或者修理。

而且，电力系统的一些地下电缆难以修理，采用超声波技术可以避免拆除地面的部分，降低了维修成本。

三、绝缘材料检测在电力系统中，绝缘材料的质量也是至关重要的。

目前，一些新型的绝缘材料和技术正在被广泛应用。

超声波传感技术可用于检测各种绝缘材料的质量和可靠性，如电气设备绝缘材料、变压器油、电缆绝缘材料和导电粘合剂等。

通过这种检测技术，可以将缺陷和损伤排除，增强绝缘材料的可靠性，提高电力系统的性能和安全性。

四、结论随着大数据、物联网等技术的快速发展，传感技术的应用也将愈加广泛。

而超声波传感技术的应用也将愈加重要。

在电力系统中，超声波技术可以用来检测变压器、电缆和各种绝缘材料的损伤和缺陷，提高电力系统的可靠性、稳定性和安全性。

所以，超声波传感技术在电力系统中的应用值得深入研究，以推动其更广泛的应用。

浅谈声振动检测技术在瓷支柱绝缘子中的应用针对在役绝缘子的性能特点和运行环境，本文采用声振动检测技术进行检测，讲述了声振动检测技术的原理，通过超声波探伤对其检测效果进行验证，并结合切割试验，进一步验证了该技术的可行性和有效性。

标签：瓷支柱绝缘子;声振动检测;实验0 引言瓷支柱绝缘子广泛应用于火力发电厂、变电站等场所，主要在配电设备或架空输电线路中起着支撑导线和防止电流回地的作用，绝缘子不应该产生由于环境和电负荷条件发生变化导致的表面放电而失效，导致机械强度及性能下降，对整条线路的使用和运行造成损害。

绝缘子作为电网系统的关键零部件，其质量关系着电网的安全运行。

由于在役绝缘子长期处于运行高压的作业环境下，又受露天环境的侵蚀，运行条件比较恶劣。

因此了解并掌握在役瓷支柱绝缘子的机械状态尤为重要，必须加强对其检测，本文主要采用振动声学的方法进行试验分析。

1 瓷支柱绝缘子结构性能1.1 组成成分瓷支柱绝缘子主要由粘土、长石、石英等硅酸盐按一定比例混合搭配[1]，经过加工并施于高温后烧结成的无机绝缘材料，主要成分为玻璃状的石英离子;其中结晶越高则绝缘子的机械强度就越好。

1.2 缺陷产生原因绝缘子主要是通过高温烧成的无机绝缘材料[2]，属于脆性材料，本身韧性较低，由于制作工艺比较复杂，加工不当很容易出现我们肉眼無法观察到的微裂纹等缺陷，加上强度不足，就很可能在表面缺陷处产生应力集中，造成微裂纹扩展，最终导致断裂失效。

在绝缘子使用过程中，由于本身工作环境比较恶劣，加上外界比如大风、雨雪、覆冰等诸多因素的影响，而且在检修操作过程中其端部存在拉伸等应力，以上原因也可能引起运行中出现裂纹等缺陷。

2 瓷支柱绝缘子声振动检测方法概述2.1 检测依据声振动检测方法主要运用物体力学测试理论，绝缘子的机械强度跟频率关系密切，通过激发绝缘子振动，检测本身的谐振频率，通过观察自身的振动频谱来评价其机械强度。

其保持机械状态的基本判据是其振幅-频率特性的不变性（其表现形式是杆件系统振动功率谱密度评估图）。

技术应用/TechnologyApplication对于变电站的运行而言，瓷绝缘子及瓷套是其中关键的设备，可以起到绝缘以及支撑导线的作用。

瓷绝缘子是以石英等硅酸盐原料根据特定比例混合加工后形成相应形状，并于高温状态下进行烧结所制得的无机绝缘材料，其机械强度取决于各晶体成分高低，晶体成分越高，则其机械强度越强[1]。

在瓷绝缘子制造过程中，上述晶体粒子在瓷制品煅烧后冷却时受到强大的拉伸应力作用，该力可能造成各玻璃状机体以及晶体粒子与其边界形成微裂纹，这一过程，在某种程度上甚至也表现于优质的瓷绝缘子上，所以不少瓷绝缘子可能早已在出厂前就已经存在微裂纹等瑕疵[2]。

由于设备在运行阶段需要承受各种机械负荷，同时还要经受一定的冰冻风雪以及风吹日晒，所以导致瓷绝缘子与瓷套局部应力逐渐增加，这种细微的缺陷也许会导致瓷绝缘子及瓷套的损坏，最终导致重大事故的出现。

为此，国家电网多次就此进行申明，严格要求各单位做好相应的监督检查工作。

瓷绝缘子的破坏与缺陷危害程度、材料性能以及应力水平有关。

超声波探伤技术的瓷绝缘子无损检测指的是，在开展应力以及材料性能分析的基础上，对材料的缺陷进行判断，并对可以引起的危害进行辨别，最终确保供电设备的稳定运行。

1发展概况超声波检测法指的是通过超声波来对绝缘介质的裂纹缺陷进行检测。

早在上世纪三十年代，超声波的无损检测就已然出现。

1929年，前苏联的Sokolov第一次提出通过超声波来对金属物体内部的缺陷进行探测。

但这只停留在想法阶段，没有付诸实践。

六年后，在其发表的穿透法进行超声波检测试验的结果中最终将这一想法付诸实践，这也成为了其个人的专利。

按照Sokolov的试验装置的基本原理，最终生产出了穿透法检测仪器，第二次世界大战之后，这一仪器得到了广泛的运用[3]。

超声检测技术具体的发展包括以下三个时期：分别是模拟式超声波探伤仪时期、数字式超声波探伤仪时期以及计算机支持下的超声检测系统时期。

传统意义上的模拟式超声波探伤仪指的是A型扫描仪，这种扫描仪在扫描完成之后，需要专业的人员对扫描结果进行分析，这就需要检测以及分析人员自身具备足够的水平。

刀闸支持绝缘子探伤技术1、概述电气设备刀闸支持绝缘子是变电站运行的重要组成设备，起着支撑导体和绝缘的作用。

防止支持绝缘子断裂事故是历年来我厂的重点工作，电网对避免发生支持绝缘子断裂事故也提出了更高的要求，电网中因支持绝缘子断裂引起的故障时有发生，影响面广，损失大，我厂曾发生过几起刀闸支持绝缘子断裂事故，给安全运行构成极大威胁，其断裂原因主要是由于支持绝缘子老化根部机械强度减弱，刀闸支持绝缘子局部损伤后引发断裂事故。

支持绝缘子超声波探伤技术是近几年开发的新技术，引进此技术能及早发现支持绝缘子局部损伤，对防止运行中支持绝缘子突然断裂具有重要意义，是将支持绝缘子断裂事故隐患消除的一个切实可行的方法。

2、支柱绝缘子断裂原因成品刀闸支持绝缘子是采用陶瓷、金具和水泥等多种材料组合而成的，支持绝缘子主要由粘土、长石石英等铝硅酸盐原件混合配制，加工成一定形状后，在高温下烧结成的无机绝缘材料，绝缘子表面复盖了一层玻璃质平滑薄层釉。

支持绝缘子劣化受多方面因素的影响，既与制造厂家选用的材料、配方、工艺流程有关，也与运行环境以及运行中承受的抗电负荷甚至外力的作用有关。

如果支持绝缘子在制作过程中配方不当，工艺流程中原料混合不均匀，焙烧火力不足等，则支持绝缘子易形成吸湿性气孔。

而结构不合理，或者成型时失误、受力不均等，也会使支持绝缘子内部存在内应力，而导致支持绝缘子产生裂纹、气隙，以至劣化。

支持绝缘子一般是通过将粉未原料成型，烧结而成的。

经过这些工艺所制得的支持绝缘子，是由许多微晶聚集的多晶体构成，这就不可避免的存在着晶界。

晶界不仅在支持绝缘子烧结过程中起着重要作用，而且还对烧结体物理、化学性能有很大影响。

支持绝缘子的微观结构是由微晶、晶界、晶界析出物、晶界气孔、晶粒内析出物、晶粒内气孔等构成的。

构成支持绝缘子主成分的微晶尺寸，一般由1微米至几十微米，结晶轴方是任意的，微晶直径与原料颗粒直径、杂质、烧结条件有关。

陶瓷晶界有位错、空孔等晶格缺陷和晶格畸变存在。

支持绝缘子探伤技术在我厂500KV升压站的应用 李 彬 （河南三门峡华阳发电有限责任公司，河南三门峡 472143） 摘要 ：发电厂升压站支持绝缘子的安全运行时整个升压站的一个工作重点。文章首先介绍了支持绝缘子断裂的原因，然后介绍了超声波探伤工作在升压站的试验情况，并对试验的情况进行了分析和总结。结果表明支持绝缘子超声波探伤技术能及早发现支持绝缘子局部损伤，对防止运行中支持绝缘子突然断裂具有重要意义，是将支持绝缘子断裂事故隐患消除的一个切实可行的方法。 关键字：支持绝缘子 着晶界 膨胀 裂纹 1、概述 支持绝缘子是升压站运行的重要组成设备，起着支撑导体和绝缘的作用。防止支持绝缘子断裂事故是历年来我厂的重点工作，电网对避免发生支持绝缘子断裂事故也提出了更高的要求，电网中因支持绝缘子断裂引起的故障时有发生，影响面广，损失大，给安全运行构成极大威胁，其断裂原因主要是由于支持绝缘子老化根部机械强度减弱，刀闸支持绝缘子局部损伤后引发断裂事故。 2、支柱绝缘子断裂原因 陶瓷一般是通过将粉未原料成型，烧结而成的，经过这些工艺所制得的陶瓷，是由于许多微晶聚集的多晶体构成，这就不可避免的存在着晶界。晶界不仅在陶瓷烧结过程中起着重要作用，而且还对烧结体物理、化学性能有很大影响。构成陶瓷主成分的微晶尺寸，一般由1微米至几十微米，结晶轴方向是任意的，微晶直径与原料颗

粒直径、杂质、烧结条件有关。制作支持绝缘子，一般用水泥作为胶合剂。水泥本身吸收水分和CO2后，体积会变大，水泥吸收水分后，也会反复冻结和融解，促使支持绝缘子劣化。而水泥干燥、凝结，不但会形成吸湿性气孔，而且会产生很多的裂缝。瓷、水泥、金具紧密粘结在一起，组成支持绝缘子。而三种材料的线性膨胀系数和导热系数都是不同的。当环境温度发生骤变时，支持绝缘子将面临着很大的考验。例如，夏季烈日，突然又降暴雨时，支持绝缘子的各部分来不及同时胀缩，支持绝缘子的局部位置（如头部）将承受很大的机械应力，甚至使瓷件开裂。此时，如果支持绝缘子的体积较大，结构较复杂，则开裂的可能性和严重性愈大。 在役支柱绝缘子及瓷套大都在法兰处折断，原因在于支柱绝缘子是高温烧结成的瓷件，如果在制作过程中配方不当，工艺流程中原料混合不均，易形成瓷件内部缺陷，由于没有固有的形变能且韧性极低，在长期承受运行中的机械负荷，以及风、雨等，从而使末裙与法兰交界处附加应力增大，若瓷体内或者近表面存在微小缺陷，就可能造成破坏。 3、支柱绝缘子及瓷套裂纹检测技术现状 据统计，断裂部位95%以上都是在法兰口内3mm到与瓷体相交附近的区域，该区域的显著特点是水平跨距较小，约为20mm～50mm。此处一般有部分砂层覆盖，扣除探头无法放置的砂层过渡区后，跨距至多为20mm。红外线，紫外线，激光等对绝缘子可以进行带电巡查，它们对碟型瓷绝缘子和支柱绝缘子的上部能见部分可能有效，因受绝缘子表面的污秽程度、负荷、检测位置、辐射角度、方向、距离、天气、大气吸收、以及仪器等因素的综合影响，还不能使他们成为独立的无损检测方法应用于支柱绝缘子的检测。我们重点是探测支柱绝缘子与瓷套埋藏在法兰口内侧2～3mm或与瓷体相交的表层下的裂纹，实践证明采用红外线，紫外线，激光等方法无法有效检测到这一部位。

利用超声波探伤技术对瓷绝缘子进行检测摘要：本文对超声波探伤技术的基础理论作了简要说明，并结合几个典型案例，对变电站内瓷制绝缘子发生断裂事故的原因作了初步分析，就超声波探伤技术在变电站瓷制绝缘子检测工作中的实际发现的问题作了介绍，对从事检测工作的人员要求上也提出了几点建议。

关键词：超声波超声波探伤探伤仪的工作灵敏度纵波爬波声耦合剂底波缺陷波 rtv中图分类号：tm216 文献标识码：a 文章编号：1672-3791（2012）08（c）-0247-02瓷制绝缘子是电网设备的重要组成部件，由于其长期运行在强电场、强机械应力、风雷雨雪天气、环境污染严重等恶劣条件下，以及瓷绝缘子本身在生产制造过程中产生的内部缺陷，都使瓷质部件存在着很大的断裂风险。

近年来，国内已多次发生变电运行或检修工作人员由于绝缘子断裂导致伤亡的事故，严重影响了电网设备的安全运行，也给电力职工的人身安全造成了严重威胁。

为了防患未然，尽力避免发生此类事故，国家电网公司已专门成立了高压支柱绝缘子事故调查小组，对近年的多起事故进行调查分析并提出整改方案。

华北电网有限公司制定了《高压支柱绝缘子超声波检测导则》及超声波探伤检测人员培训方案，逐步将超声波探伤技术应用于实际的生产工作中。

超声波探伤是目前应用最广泛的无损探伤方法之一。

超声波是一种机械波，机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。

而超声波探伤中，主要涉及到几何声学和物理声学中关于声波的反射、折射、波形转换、波的叠加、干涉、绕射、惠更斯原理等知识。

如果能熟练的掌握相关知识，对于在实际工作中分析和解决各种问题将是十分有益的。

1 基本概念解释及检测设备选择要求1.1 基本概念解释超声波是一种机械波，机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。

超声波探伤就是利用超声波的指向性和传播规律来检查工件中存在的缺陷情况。

此类探伤工作需要使用专用的检测工具即探伤仪才能进行，而探伤仪在一定条件下探测缺陷大小的能力被称为探伤仪的工作灵敏度，它是决定探伤仪能否准确的发现被检测设备缺陷的重要因素。

110kV高压支柱瓷绝缘子现场超声波检测导则（草稿）1 适用范围本导则适用于110kV及以上和直径为60～250mm的高压实心支柱瓷绝缘子安装和检修中的超声波检测。

本导则仅适用于以A型脉冲反射式超声波探伤仪，用接触法对瓷件进行探伤。

本导则适用爬波方式探伤，纵波探伤方式可以作为一种辅助检测手段予以应用。

2 引用标准及规范GB8287.1－98 高压支柱瓷绝缘子第一部分：技术条件GB/T2900.8－1995 电工术语绝缘子GB/T5616－5616JB／Z9674－1999 超声波探测瓷件内部缺陷ZBY230－84 A型脉冲反射式超声波探伤仪通用技术条件ZBJ04001－87 A型脉冲反射式超声波探伤系统工作性能测试方法ZBY231－84 超声检测用探头性能测试方法3 术语本导则所用术语除因符合GB/T2900.8规定外，还有以下术语：3.1 超声波探伤利用超声波的指向性和传播规律来检查瓷件中存在的缺陷情况。

3.2 纵波介质质点振动方向与波的传播方向一致的波3.3 爬波表面下的纵波3.4 晶片探头中电声转换元件3.5 扫查方式探伤时探头移动的方式3.6 声程声波在工作中传播的路程3.7 缺陷波缺陷引起的反射波的显示信号3.8 DAC曲线模拟瓷体某一深度裂纹的反射波高的曲线4 一般规定4.1 从事高压支柱瓷绝缘子超声波检测的人员，必须经过有关部门培训合格后方可工作。

4.2 超声探伤仪的要求4.2.1 为了使现场高压支柱瓷绝缘子超声波检测简便、快捷、准确，必须选用可记录的数字便携式超声波探伤仪。

4.2.2 工作频率1～5MHz。

4.2.3 标称探测深度应不小于被探试品的高度。

4.2.4 探伤仪灵敏度大于等于100dB，采样频率大于等于100MHz，可记录波形大于等于100幅，显示刷新率大于等于60Hz，声速范围在635~15240M／s。

4.2.5 探伤仪必须带有通信接口，可通过界面程序与计算机进行数据和波形交换，也可与打印机相连(DPU—44)。