振動聲學法在瓷支柱絕緣子檢測中的運用

孔 鵬,王 琳,李 榛,張亞新

（國網山東省電力公司聊城供電公司,252000）

0 前言

振動是指一個狀態改變的過程，即物體的往復運動，它是一種常見的物理現象，其應用也非常廣泛。眾所周知，振動所產生的波形會沿著直線傳播，并且有一定的時間和空間規律。借助這一原理，將其運用到設備儀器探傷檢測中會有非常顯著的效果。瓷支柱絕緣子是一種特殊的絕緣控件，在變電站和輸電線路中的應用非常廣泛，但是由于瓷支柱絕緣子工作環境復雜，長期受外界環境的影響，容易出現裂痕或者其他缺陷，降低絕緣效果從而引發嚴重的電力事故。因此，為了確保電力設備的平穩運行，必須做好瓷支柱絕緣子的探傷檢測工作。本文主要介紹了一種基于振動聲學理論的檢測方法，為后期瓷支柱絕緣子的探傷檢測研究提供參考。

1 振動聲學檢測法的原理

振動聲學法在瓷支柱絕緣子檢測中的應用，主要是根據絕緣子自振動頻率推導出極限荷載的計算公式。由材料力學和振動聲學的公式可以得出以下結論：

公式中P0、P1 分別代表良好絕緣子的極限荷載和損壞絕緣子的極限荷載；I0、I1 分別代表良好絕緣子危險斷面的慣性靜力矩和損壞絕緣子的慣性靜力矩；F0、F1 分別代表良好絕緣子危險橫斷面積和損壞絕緣子危險橫斷面積；IP0、IP1 分別代表良好絕緣子危險橫斷面慣性力矩和損壞絕緣子危險橫斷面慣性力矩；ωI0、ωI1 分別代表良好絕緣子固有自振動頻率和損壞絕緣子固有自振動頻率。

本文研究的振動聲學法探傷檢測主要采用山東科華電力技術有限公司生產的便攜式SCT 系列瓷支柱絕緣子帶電探傷儀，在變電站運行不停電的狀態下可完成所有支柱絕緣子檢測，采用獨特的等電位、全屏蔽、抗干擾設計，及確保安全的離線式測試方法，為設備的帶電檢測提供了保證，快速、準確、簡便、高效是本設備的設計理念。振動聲學法探傷檢測的原理圖如下所示：

2 振動聲學法檢測的具體應用

圖1 振動聲學法檢測原理圖

研究振動聲學法在瓷支柱絕緣子檢測中的應用，就需要先了解一些絕緣子常見的裂紋及其特性。首先，大多數絕緣子都是陶瓷制品，因此出現裂紋的尺寸非常小，通常情況下絕緣子表面裂紋深度僅有0.1mm，而且大都分布在絕緣子的底法蘭面上，但是這種微小的裂紋就足以使絕緣子損壞；其次，裂紋從其滋生到瓷制件破損發展的時間很難進行有效預測，有時可以從一秒鐘到好幾年；由于瓷支柱絕緣子的裂紋非常微小，所以很難用肉眼檢測這些裂紋的存在，包括位于絕緣子法蘭面下邊的裂紋，而且用肉眼去發現表面裂紋也很困難；此外，對瓷支柱絕緣子受到外力作用時出現附加的應力，致使新的粒子受到損傷，還會導致微裂紋跳躍式的增長。

圖2 110kV（11 萬伏）室外配電設備絕緣子振動功率譜密度評定圖

圖3 110kV（11 萬伏）室外配電設備不良狀況絕緣子振動功率

圖4 110kV（11 萬伏）室外配電設備不良狀況絕緣子振動功率

了解這些裂紋特性之后，我們就可以借助檢測儀器對瓷支柱絕緣子進行探傷檢測。該檢測設備適用于35kV ～500kV 的瓷支柱絕緣子，環境溫度為-30---60℃，環境濕度為<80%，可以帶電離線檢測故障檢出率達到100%。研究表明，機械狀況良好的絕緣子，即沒有偏離工藝過程要求制造的那些絕緣子，不論在何種環境溫度下工作，向其施加動態荷載都會發生振動，而且振動頻率基本保持在450Hz 區域內，一旦出現任何裂紋或者缺陷，那么振動頻率將會出現很大的變化。例如110kV（11 萬伏）室外配電設備絕緣子振動功率譜密度評定圖如下所示：

110kV（11 萬伏）室外配電設備不良狀況絕緣子振動功率如下圖3 ～4 所示：

我們從圖3 中可以看出，除了頻率4500Hz 的基本峰外，還有在1000 ～3000Hz 頻率區域的峰值，說明瓷支柱絕緣子的底部法蘭存在裂紋；而圖4 中，除了頻率4500Hz 的基本峰外，還有在8000 ～10000Hz 頻率區域的峰值，說明瓷支柱絕緣子的上部法蘭區域有缺陷。

通過分析振動聲學法檢測瓷支柱絕緣子機械狀況的結果，可以得出以下結論：該設備可以實現對瓷支柱絕緣子帶電檢測，降低了停電檢測對變電站本身造成的影響；其次，該設備操作簡單，對操作人員的技能要求較低，因此不需要進行專業的培訓，最大限度的降低設備的維護成本；該檢測方法無需操作人員登高作業，在有效地確保檢測人員自身安全的同時，還能夠提升工作效率。鑒于振動聲學法在瓷支柱絕緣子檢測中的運用，我們還需要做好后期的數據存檔工作，對每一個絕緣子都建立一個檢測檔案，詳細記錄檢測結果，這也有助于我們后期對這些瓷支柱絕緣子的機械狀態進行綜合判斷。

3 總結

綜上所述，振動聲學法是變電站（所）換流站，串補站戶內戶外瓷支柱絕緣子等儀器設備探傷檢測的常用技術。該方法主要借助探頭向檢測材料施加外力荷載，從而使材料產生振動頻率，通過頻率圖判斷絕緣子是否存在裂紋或者缺陷。文章中介紹了110kV（11 萬伏）室外配電設備在振動聲學法檢測效果下的各項振動頻率，其中底部存在缺陷或者裂縫的絕緣子會出現1000 ～3000Hz 頻率區域的峰值，而頂部存在缺陷或者裂縫的絕緣子則會出現8000 ～10000Hz 頻率區域的峰值。由此可見，振動聲學法對于瓷支柱絕緣子的探傷檢測效果較為良好。

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