超声波无损探伤在托电支柱绝缘子中应用

超声波无损探伤在托电支柱绝缘子中的应用

摘要：分析了支柱绝缘子缺陷产生的主要原因，介绍了超声波无损探伤的基本原理，利用超声波检测支柱绝缘子内部缺陷的方法。列举了利用爬波方法对支柱绝缘子内部的缺陷进行检测的实例。

关键词：支柱绝缘子；末裙；超声波无损探伤；纵波；爬波；dac 曲线

0、引言

托克托电厂有一个500kv变电站和两个220kv变电站，支柱绝缘子是变电站重要的组成设备，如果在制作过程中配方不当，工艺流程中原料混合不均匀，容易形成瓷件内部缺陷，由于没有固有的形变能力且韧性极低，运行中长期承受机械负荷、强电场、强机械应力，从而使附加应力增大。若支柱绝缘子存在微小缺陷，可能造成严重的设备损坏和设备停电事故，影响安全供电，同时对工作人员的人身安全构成极大的威胁，成为升压站安全运行的一大隐患。因此必须在事故前检测出缺陷并进行处理。

1、支柱瓷绝缘子的组织结构

支柱瓷绝缘子是采用陶瓷、金具和水泥等多种材料组合而成的，瓷体主要有粘土、长石石英等铝硅酸盐原料混合配制，加工成一定形状后，在高温下烧结成的无机绝缘材料，瓷表面覆盖了一层玻璃质平滑薄层釉。陶瓷一般是通过将粉末原料成型，烧结而成的。经过这些工艺所制得的陶瓷，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。陶瓷晶界有错位、空孔等晶格缺陷和晶格畸变存在，杂质就容易集中，形成晶界偏析层、层状析出物、粒状析出物。由此可知陶瓷材料的特点是显微组织且不均匀。

2、支柱瓷绝缘子断裂的原因

支柱瓷绝缘子劣化因素既与制造厂的材料、配方、工艺流程有关，也与环境及运行中承受的负荷有关。

2.1、运行中的支柱瓷绝缘子大都在法兰处断裂，支柱瓷绝缘子如果在制作过程中配方不当，工艺流程中原料混合不均，焙烧火力不足等，易形成瓷件内部缺陷，在长期承受运行中的机械负荷，以及风、雨等因素影响，从而使末裙与法兰交界处附加应力增大，导致支柱瓷绝缘子产生裂纹、气隙，以至断裂。

2.2、陶瓷、金具和水泥紧密粘合在一起，组成支柱瓷绝缘子，而三种材料的膨胀系数和导热系数都是不同的，当环境温度发生骤变时，使得法兰内瓷体承受的应力过大和集中，应力无法释放，就会作用在有缺陷的绝缘子端部，使支柱瓷绝缘子产生裂纹等缺陷，最终在外部环境作用下导致瓷件断裂。

2.3、在隔离开关安装过程中，错位别劲，这样在温度变化时，由于热胀冷缩作用，产生机械应力，长时间作用也可能导致支柱瓷绝缘子断裂。

2.4、由于检修维护不到位，隔离开关出现锈蚀、卡涩等现象，

由于温度变化作用，产生长时间的高变应力，最终导致支柱瓷绝缘子疲劳断裂。

2.5、隔离开关操作次数频繁，操作不当，产生很大的短时机械负荷，导致支柱瓷绝缘子断裂。

3、超声波无损探伤的基本原理

超声波探伤具有灵敏度高、穿透力强、检测速度快、对被测试品和人员均无害。目前托克托电厂使用的是美国泛美的epoch-lt超声波探伤仪和南京卓实的专业探头，现在超声波探伤仪大部分是a 扫描方式的，即显示器的横坐标是超声波在被测试品中的传播距离或传播时间，纵坐标是超声波反射波的幅值。由反射波的位置可以确定缺陷位置，由反射波的幅值可以估算缺陷大小。超声波探伤是通过探头产生和接收超声波的，探头的核心元件是薄片状压电晶体，通常称为压电晶片。探伤仪发射电路产生的高频电脉冲加于探头时，激励压电晶片发生高频振动，产生超声波。产生的超声波经耦合后传入被测试品中，遇到异质界面处，就会全部或部分被反射，反射回来的超声波又被探头接收，通过仪器内部的电路处理，在仪器的显示屏上就显示出不同高度和有一定间距的波形，根据波形的变化特征，判断缺陷在被测试品中的深度、长度和类型。

4、支柱瓷绝缘子爬波探伤方法的研究

4.1、支柱瓷绝缘子检测的重点

从支柱瓷绝缘子损坏情况来看，通常在铸铁法兰和瓷绝缘子的结合部。这里也是支柱瓷绝缘子应力最集中、最容易产生裂纹和发生

断裂的区域。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所以本此研究检测的重点是支柱瓷绝缘子在埋藏在法兰口内侧2-3mm或与瓷体相交的表层下的裂纹。

4.2、爬波探头功能

爬波仅仅对距表面深度1-8mm内缺陷有效。应调整e角度尽可能找出最大索范围。试验表明回波声速快距离始脉冲较近，同时横波声速仅为爬波的1/2，由横波产生的信号在时间基线上位置明显滞后，因此不会干扰检测。

4.3、爬波探头的选择及位置

探头的弧度划分为φ100、φ120、φ140、φ160、φ180、φ200、φ240以及平面等8种规格。选择探头的原则是根据被探支柱瓷绝缘子的外径选择，探头接触面的弧度应略大于瓷件的外径。同时要注意被检测瓷件的材质，选择同类别的试块和探头。

4.4、耦合剂的规定

应采用良好的耦合剂，必须保持耦合剂的清洁，且耦合剂不得对支柱绝缘子造成腐蚀等不良影响。

4.5、探伤试块的规定

探伤试块材质的致密性应良好，应具有与被检测的支柱绝缘子相同或相近的声学性能。探伤试块形状为圆形实心瓷件，其上有均布四个方向的深度分别为1mm、3mm、5mm、7mm的人工割口缺陷。

4.6、测试方法

首先选择合适的探头，利用标准试块，用1mm人工割口绘制dac 曲线，dac曲线将作为标准和所测波形来判断被测试品中是否有缺陷。在检测过程，探头与瓷件之间必须填充耦合介质以实现声能的传递。耦合剂在瓷件与探头接触面上具有排除空气，填充不平的凹坑和间隙，此外耦合剂还有减少摩擦、方便移动的功能。若支柱瓷绝缘子出现缺陷时，缺陷波前基本无杂波，移动探头时，随着缺陷距离的迫近，缺陷波高显著增强，此时可采用绝对灵敏度测定其指示长度。

4.7、爬波探伤灵敏度的确定

将探头置于试块，找出距探头前沿20mm深度2mm模拟裂纹的最强反射波，调整至80%波高，将探头置于支柱绝缘子的探测面，如果是普通瓷应在此基础上衰减6-8db，中强瓷衰减8-10db，高强瓷衰减12-14db，即为探伤灵敏度（探伤部位如果已经涂刷防水胶时应在确定探伤灵敏度后再增益5-6db）。

4.8、扫查方式

环绕支柱绝缘子径向旋转扫查。

4.9、爬波探伤缺陷的评定

采用爬波检查外壁缺陷时，显示屏始脉冲后基本无杂波，缺陷信号容易识别，指示长度易测定，扫查时会出现两种情况：第一种情况是外壁缺陷反射波高≤深度1mm模拟裂纹反射波高，此时应以用于指示长度，当指示长度＞10mm时应判定为裂纹，＜10mm时应判定为点状缺陷。第二种情况是当缺陷反射波高＞深度１mm模拟裂纹