高壓電氣設備絕緣診斷聲學檢測技術

劉增博 吳川 楊博

【摘 要】眾所周知，當今電力行業迅速發展，大量的高壓電氣設備被應用到電力系統發電側和輸配電單元中，其安全可靠性對電網正常運行起著非常重要作用，是經濟發展的重要基礎保障。為了確保設備與工作人員的安全，這些電氣設備使用了大量的聚合物復合絕緣材料，雖然此類絕緣材料相比傳統絕緣而言，其性能更加優異，但是也存在著弊端，如：絕緣件在加工時會出現氣泡、夾雜雜質等，如果處理不當，均會導致電氣設備在運行中產生局部放電、加速老化等，對電力系統的安全運行埋下安全隱患。

【關鍵詞】高壓電氣設備；絕緣診斷；聲學檢測技術

引言

聚合物復合材料被廣泛用于高壓電氣設備的絕緣系統中。復合絕緣制作加工過程中，絕緣-導體界面或絕緣內稍有不慎就會殘留有氣泡。高壓電氣設備運行時，氣泡引起局部放電，加速絕緣老化，絕緣內逐漸形成分層、裂紋或樹狀的導電通道等絕緣缺陷，最終貫穿整個絕緣結構時，造成絕緣擊穿。復合絕緣不透明，不能肉眼檢查絕緣缺陷，通常用局部放電測量來評估。但是，局部放電測量無法準確識別缺陷形態、量化缺陷大小、定位缺陷位置，無法研究絕緣老化過程中缺陷的發生和擴展等物理或化學過程。近來，動態力學分析和聲學檢測技術成為絕緣老化機理研究和絕緣缺陷檢測的有力手段。

1高壓電氣設備絕緣診斷概述

以往的絕緣診斷試驗項目中主要有直流泄漏電流、絕緣電阻、介損、直流耐壓以及交流耐壓試驗。采用絕緣性能試驗能夠定期檢測電氣設備的絕緣性能，進而準確預測高壓電氣設備基本的絕緣狀況，分析絕緣老化狀態。對于表征絕緣性較差的部分，應組織人員及時發現設備的缺陷，同時開展檢修工作，保證高壓電氣設備運行的安全性。

絕緣電阻試驗的過程中，若發現變壓器的吸收比試驗不達標，絕緣電阻的絕對值較高但吸收比較小，則可將變壓器設備歸為不合格產品。采用極化指數試驗的方式能夠保證判斷的科學性與準確性，同時也為判斷提供了諸多的便利。吸收比試驗的時間為60s，介質極化剛剛開始，故而其也無法反映絕緣的實際情況，檢測結果的準確性與可靠性較低。極化指數試驗時間為600s，介質極化過程雖然并未完成，但是其已趨于穩定狀態，因此能夠更加科學和準確地檢測出高壓電氣設備絕緣的基本情況。

2聲學檢測技術

2.1聲發射技術

聲發射現象，是由于材料受到的外力或者是內部殘余應力過于集中，使材料發生變形、破壞等問題，而作用在材料上的很多現象都是由于多余的彈性波釋放。聲發射技術主要是指在電力設備中通過聲波發射而進行監測的技術，主要通過運用數字信號處理檢測信號，通過此規律來判定絕緣規律、發展規律，從而進行研究的一種技術。尤其是在電應力的作用下，局部放電脈沖電流持續時間較短，伴有超聲波能量釋放。因此，利用聲發射技術能夠對絕緣性能的好壞進行測量。雖然目前國內外都已經先對變壓器聲發射法局部放電定位展開了研究，局部放電發射技術在理論上已經十分成熟，但是由于在實際應用過程中，變壓器油中會有多個放電源存在，因此，其數字信號處理十分復雜，極易給后期的結果分析帶來巨大的困難。

2.2聲學敲擊檢測技術

聲學監測技術的發展也是頗為坎坷的，自其出現至今，雖然采用過多種技術改進，但是聲學敲擊檢測技術卻是一直在使用，聲學敲擊監測技術能夠使用至今，主要是因為其檢測操作過程簡單便捷，但是也因為其簡單的性質，在檢測時可能會出現檢測結果與實際不相符等情況，所以，一般不會將該技術使用在大型的檢測中，而是將其作為輔助手段，在使用其他技術檢測完成時進行補充。聲學敲擊檢測技術的原理非常簡單，首先要確定檢測位置，然后使用工具對檢測物體進行敲擊，從敲擊的聲音來判斷被檢測物體是否存在缺陷，在敲擊檢測前，通常會先敲擊正常設備，然后根據正常設備發出的聲音來判斷被檢測設備是否存在缺陷。但是通過該方法檢測及結果比較容易出錯。隨著信息化技術的愈加完善，將信息化的技術運用到聲學敲擊技術中，大大提高了該技術的檢測準確性，主要是在聲傳感器中加入數字信號處理技術。經過多次的實驗證明，將數字化信號技術應用到聲學敲擊檢測技術中，能夠準確檢測出絕緣設備存在的缺陷，但是該技術也存在著些許不足，因為聲音傳感器對于聲音較為敏感，所以容易受到其他聲音的干擾而影響檢測結果。

2.3超聲檢測技術

在瓷盤絕緣子和發電機定子絕緣缺陷檢測中，主要應用橫波檢測的方式，在制作瓷盤絕緣子的過程中容易出現亞表面裂紋問題，故而常規的檢測方式無法保證檢測的效果。超聲波檢測能夠在絕緣內部發出一個波長的橫波，并利用反射波傳播的時間檢測瓷盤內亞表面裂縫。若在檢查中沒有出現明顯的缺陷，則探傷儀屏幕上就會出現瓷圓柱體斷面的反射波。若檢測中發現裂紋，瓷圓柱的斷面就會產生缺陷波。在定點發電機缺陷檢測的過程中，主要采用超聲橫波測試，斜探頭檢測主要涉及到超聲橫波發射和接收兩個方面。試驗證明，受到熱循環的影響，定子線棒會出現脫殼現象，探頭所接收到的超聲波幅值也會有所減小。超聲探頭能夠對電氣設備中的多種微觀缺陷進行有效的檢測。在試驗中發現，縱波檢測法對厚度為70-80mm的合成樹脂絕緣材料具有良好的檢測效果，同時可對厚度為20-30mm的樹脂浸漬紙的絕緣氣隙和裂紋進行檢測，且可實現較為理想的檢測效果。

3高壓電氣設備絕緣狀態診斷的低頻超聲監測技術

將聲學監測技術運用到高壓電氣設備的絕緣檢測中，雖然大幅度的提高了檢測質量水平，但是，在長時間的使用經驗表明，聲學檢測檢測技術可以非常便捷的檢測出絕緣設備存在的缺陷，但是在診斷方面卻存在著問題?？茖W研究表明，絕緣體的老化存在著較多的原因，除了長時間經過電流侵蝕外，主要是其本身的材料原因，眾所周知，無論材料有著多么大的優點，均存在著或大或小的缺陷，絕緣體的缺陷除了其本身性能缺陷之外，還有這微觀方面的缺陷。所以，為了能夠更好的掌握高壓電氣設備運行安全狀態，必須要加強絕緣設備的檢測技術，近年來，出現了低頻超聲檢測技術，經過專業人士測試發現，將該技術運用在高電壓絕緣設備的檢測中，將會具有非常良好的效果。超聲波是聲波的一中，首次發現于蝙蝠的身上，蝙蝠通過超聲波來判斷前方是否有物體阻礙前行，人類通過對其研究發現了超聲波技術，目前該技術被用于多個領域，均有建設性的發展，在高壓電氣設備的絕緣檢測中，采用低頻監測技術，不僅可以對絕緣體進行檢測，還能夠對其進行診斷，其結論可以為相關管理部門提前采取措施提供依據。低頻超聲檢測技術的絕緣測量指標有兩種，首先是低頻超聲波在絕緣體中的傳播速度，其次是低頻超聲波的衰減系數等，且檢測項目較多，但判斷標準主要是絕緣體的密度及彈性。將低頻超聲波運用到高壓電氣設備的絕緣檢測中，不僅讓高壓電氣設備能夠持續穩定供電，而且其診斷技術可以讓相關管理部門防患于未然，大大提高了電力管理部門的工作效率，為我國電力企業的穩定可持續發展提供了助力。

結語

不同的聲學檢測技術特點也有所不同，在現階段的檢測工作中，我們依然要解決一些困擾檢測工作發展的問題，同時有關人員也應積極采取有效措施推動高壓電氣設備絕緣診斷技術的發展，從而使其能夠充分地發揮自身的作用與價值，提高電網的運行質量。

參考文獻：

[1]齊欣，李思彬.高壓電氣設備絕緣診斷的聲學檢測技術[J].黑龍江科學，2016，7（09）：22-23

（作者單位：西安熱工研究院有限公司）