高壓電力設備絕緣診斷中聲學檢測技術

楊帆

（中國電力科學研究院 湖北武漢 430000）

高壓電力設備絕緣診斷中聲學檢測技術

楊帆

（中國電力科學研究院 湖北武漢 430000）

高壓電力設備運行和維護工作中的一個重要環節就是電力設備絕緣診斷，它是保障高壓電力設備能夠安全運行的有效手段之一，并且也是電力系統絕緣監督的主要工作。近些年來，利用聲學檢驗技術對高壓電力設備進行絕緣診斷，已經成為發展趨勢。高壓電力設備絕緣診斷的聲學檢測技術對及時發現和及時診斷設備的缺陷及隱患發揮了重要作用，本文就重點介紹聲學檢測技術在高壓電力設備絕緣診斷中的應用和其以后的發展前景。

高壓電力設備；絕緣診斷；聲學檢測技術

引言

高壓電力設備的使用壽命主要由設備內部絕緣材料的性能所決定的。對于高壓電力設備，絕緣性能是由電氣性能、機械性能、熱穩定性與化學穩定性等這些指標衡量的。由于高壓電力設備需要長期進行運行，因此，就需要運用各種技術手段對電氣性能進行定期監測，并綜合局部放電測量和老化試驗等項目，對高壓電力設備的絕緣性能作出客觀的綜合評價。然而高壓電力設備的絕緣強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，有計劃地進行預防性絕緣監測，是保證電氣設備可靠運行的重要手段。隨著科學技術的進步，聲學檢測技術在高壓電力設備絕緣診斷中的應用得到了越來越多的關注，應用也越來越廣，成為檢驗高壓電力設備絕緣檢驗的重要手段。尤其是超聲波在高壓電力設備絕緣性的診斷聲學檢測技術中的前景最為光明，它既能檢測到高壓電力設備絕緣材料本身的性能，還可以檢測到高壓電力設備絕緣材料的微觀結構。

1 絕緣診斷

傳統的絕緣診斷試驗項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。通過絕緣性能試驗，可定期對電氣設備的絕緣性能進行檢測，預測高壓電力設備的絕緣狀況，推測出絕緣老化的過程、絕緣性比較薄弱的部位，從而發現在運設備的安全隱患，進而進行有針對性的對存在安全隱患的部位進行檢修，以確保高壓電力設備的安全運行。

在絕緣電阻的相關試驗中，發現了變壓器的吸收比試驗不符合標準，絕緣電阻的絕對值比較高，但吸收比偏小，這樣的變壓器設備就會判為不合格品。而采用極化指數的試驗方法，可以提高判斷的準確性，而且方便做出判斷。從理論角度來分析，吸收比試驗的時間僅為60s，這么短的時間內，介質的極化過程也就處于剛剛開始階段，此時不能全面反映絕緣的真實現象，所以測試的結果沒有可信度。極化指數試驗的時間大約為600s，介質極化的過程雖然未完成，但已經比較接近穩定，所以能比較準確地檢測出高壓電力設備的絕緣損壞情況。工業比較發達的國家從20世紀的40年代就開始采用比較準確的極化指數的試驗方法，不采用結果失真的吸收比的試驗方法。

提高測量設備測量時的抗干擾性能，也能提高測量的準確性。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計算的方法在干擾特別大時，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 聲學檢測技術

2.1 聲學敲擊檢測

聲學敲擊檢測是比較常用的一種檢測缺陷的方法。用物體輕輕敲擊待檢測物體。如果待檢測物體有缺陷的部位，敲擊的聲音與沒有缺陷的部位，聲音會有不同。聲音不同的判別，可以用耳力分辨，也可以用專用的設備進行檢測。比如，技術人員靠人的耳朵，分辨發電機的定子槽楔被叩擊時所產生的聲音不同，來判定槽楔是否產生松動。但是這種方法過度依賴工作人員的經驗，所以此方法經常被用一種作輔助方法。專用的設備進行檢測的方法雖然可以規避這一現象，但是聲學敲擊檢測只能用作定向分析，不能用作定量分析，也就是說聲學敲擊檢測只能判斷高壓電力設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生及發展情況。

2.2 聲發射檢測

高壓電力設備絕緣性材料受到外力或內部的殘余應力作用時，材料本身的缺陷，在應力集中的作用下，使材料發生變形或者損壞，進而通過這種方法將多余的能量以彈性波的形式釋放出來，然后利用相關的電子設備，檢測發射出來的聲波。然后將電信號轉變為數字信號，再對數字信號進行處理，以研究材料缺陷發生、發展的規律。此外，還可以對缺陷部位進行精確定位。高壓電力設備絕緣缺陷在應力的作用下會產生局部放電現象，雖然局部放電脈沖電流持續的時間非常短，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量材料局部的放點程度以外，還可以利用聲發射檢測的相關技術和測量局部的放電聲波信號來判斷高壓電力設備絕緣性性能的好壞。

2.3 發電機定子絕緣和變壓器聲發射法

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

3 超聲波檢測技術在高壓電力設備絕緣狀態監測中的應用

電力設備中高壓絕緣體有老化現象時，可能發生局部放電的現象，從而產生超聲波。當發電設備材料發生老化龜裂，電站蒸氣管道容易發生泄漏現象。機器產生異常的振動時，也有可能會發出超聲波。進而將設備的故障的檢測轉化為對超聲的檢測。通常使用的傳統檢測方式能夠檢測出高壓電力設備絕緣性的相關故障。而使用超聲波的檢測技術，只需向待檢測物體發射超聲波，然后通過相關的檢測技術就可以檢測出高壓電力設備絕緣性的故障點。傳統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。可是在高壓電力設備絕緣診斷過程中，熱點的淹沒現象給檢測工作帶來干擾，增加了檢測的難度。但是，經過大量的研究及實測統計發現，高壓電力設備的絕緣體一旦發生故障，常常伴有超聲波，這樣，高壓電力設備絕緣故障位置就可以被檢測出來。

目前為止，超聲波檢測法已經被廣泛的應用到高壓電力設備的絕緣診斷中，聲學檢測技術對高壓電力設備絕緣性的測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家里，超聲波診斷技術得到越來越多的應用。在我國，高壓電力設備絕緣診斷手段也越來越豐富，超聲波檢測技術以其獨有的優勢和特點越來越受到大家的重視。超聲波檢測技術在高壓電力設備絕緣狀態監測中的應用也逐漸變得普遍起來。

4 結束語

高壓電力設備絕緣診斷的方法有聲學敲擊法、聲發射法和超聲法，這幾種方法在實際操作中各有利弊。聲學敲擊檢驗技術在抗干擾方面是個關鍵，并且是很難解決的問題。局部放電的聲發射檢驗技術只是在理論上比較成熟，但是在現實應用中還是處在研發階段，不能用于實際。超聲橫波檢測，因為其具有的斜探頭具有很多的復雜性，對高壓電力設備絕緣的檢測具有破壞性，而超聲縱波檢測又對云母絕緣這種高衰減材料得不到超聲發射波信號。因此，既能評估絕緣性能，又能檢測絕緣缺陷的低頻超聲縱波檢驗技術成為在高壓電力設備絕緣檢測中的重要手段，成為最具有應用前景的檢測方法。由于最近才開始研究這種聲學檢驗技術，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，主要從事電力檢測工作。