組合電器法蘭灌膠質量超聲波檢測

郭果+郭凱+李茹勤

摘 要：組合電器具有免維護，可靠性好的特點，但其密封面失效導致的停運故障時有發生，其中灌膠區域質量問題是重要原因之一。利用超聲在不同界面上的反射規律，區別灌膠區域質量，方法簡單，結果直觀。通過工程應用，可以在基建階段完成對灌膠施工質量的篩查。

關鍵詞：組合電器；法蘭；灌膠；超聲波檢測

中圖分類號：TG115 文獻標識碼：A

某變電站220kV GIS的3處泄漏點解體并對絕緣盆進行更換處理，發現密封面有雨水浸入，定位螺栓處外部涂抹的防水膠有開裂、脫落現象，密封面局部發生腐蝕。現場解體顯示，防水膠注入存在不充分的情況，且密封面局部存在明顯水分腐蝕痕跡，密封圈表面存在白色腐蝕生成物，腐蝕生成物與O型圈接觸部位發生氣體泄漏。經過國網公司2014～2016年統計，組合電器故障發生率較高，其中發生故障臺次的37%為法蘭漏氣，其中主要原因是灌膠區施工質量問題。

高壓組合電器是筒狀結構，由多節連接而成，在節與節之間或端部位置設置有法蘭，法蘭的主密封為O型圈，O型圈外側設置環形灌膠密封區域。當水或有機液體滲入O型圈位置時，會導致密封面腐蝕和O型圈老化，而灌膠密封區域主要作用是防止外部水和污染物滲入密封圈位置。灌膠部位是環狀槽，每隔一定距離設置一處灌膠孔與外部聯通，膠體材料在一定外力推動下壓入通過灌膠孔壓入槽內。由于施工工藝、操作過程和現場環境的差異，會導致部分灌膠區域存在未填充、脫膠等缺陷，影響設備密封性能。

為了實現灌膠區的測試，設計制作灌膠區域檢測對比試塊。通過不同厚度，來模擬不同電壓等級的組合電器尺寸。通過在試塊槽內填充膠體或者不填充膠體來模擬灌裝質量。

三階梯試塊材質為6061系列鋁合金，由三階梯塊和底板構成，底板和三階梯塊通過M10螺栓連接。三階梯塊是三階梯塊狀結構，每個臺階寬度40mm，長200mm，3個階梯厚度分別為20±5mm、40±5mm、60±5mm。每個臺階面橫向中心線上，距離兩側臺階邊沿10mm位置各設置一個直徑11mm通孔。底板是20mm厚度鋁合金板，寬度為120mm，長度200mm，底板對應三階梯通孔位置設置11mm通孔。底板對應于三階梯塊每個階梯位置加工3個平底槽，槽對應臺階面橫向中心線上，距離臺階邊沿5mm，相互間距20mm，槽尺寸為30mm×30mm×4mm。對應每個階梯上3個槽分別設置成不灌膠、灌膠后脫離、灌膠后保持3種狀態。灌膠后脫離是將三階梯塊底面覆蓋塑料薄膜，澆筑灌膠后脫離區域，通過M10螺栓加壓保持，在膠體凝固24h后，分離底板和三階梯塊，去除薄膜。將灌膠后保持區域澆筑膠體，通過M10螺栓加壓保持，完成試塊制作。

灌膠區域屬于膠體和鋁合金法蘭體的交界面，確定兩者的反射規律可以反映出膠體和鋁合金界面的結合狀況，一般在均勻的材料中，缺陷的存在將造成材料的不連續，這種不連續往往又造成聲阻抗的不一致，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質的交界面上將會發生反射，反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關。當超聲波垂直入射到光滑平界面時，將在第一介質中產生一個與入射波方向相反的反射波，在第二介質中產生一個與入射波方向相同的透射波。膠裝結合狀態良好時，界面的聲壓反射率為61%，透射率為39%，膠體內部可以發生3次及以上反射；當發生脫層時，聲壓反射率為高于61%，低于100%，膠體內部發生反射次數降低為1次；當發生未填充時，聲壓反射率為100%，膠體內部發生反射次數降低為0次。當黏結狀態改變時，界面的對超聲波的聲壓反射率也隨之變化，采用專用的超聲波檢測儀器，通過測定聲壓反射率的幅度和波形實現灌膠質量的檢測。

采用數字化超聲波檢測儀，探頭采用2.5 P20縱波傳感器。顯示方式采用聲程調節模式，將探頭依次通過不同厚度的臺階上不同區域。檢測時，對應不同電壓等級，選擇不同臺階厚度進行檢測靈敏度調整，將灌膠回波調整到第3次波占屏幕高度的20%，開始進行檢測。當發現灌膠第二次回波消失時可以判定為脫膠，當灌膠回波全部消失時可以判定為未填充或者填充不完整，如圖1所示。

完成試驗驗證后，國網河南省電力公司檢修公司開展了白沙站和南陽站的組合電器密封法蘭灌膠區域質量測試，共檢測16個密封圈，發現灌膠區域=質量不良區域6處，已經進行更換處理，如圖2、圖3所示。

結語

灌膠質量不良是組合電器密封面失效的重要原因。通過超聲波檢測技術，可以區分灌膠良好區域和灌膠不良區域，可以實現現場組裝的組合電器密封面灌膠質量檢測。通過南陽站和白沙站現場應用，該方法操作較為簡單，可以直觀發現灌膠區域缺膠、脫膠等缺陷，提高設備安全水平。

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