支柱瓷绝缘子及瓷套超声波检测技术

支柱瓷绝缘子及瓷套超声波检测技术

【摘要】针对近年来电网高压支柱绝缘子断裂事故频发，本文主要介绍了超声波探测技术与绝缘子各种类型缺陷所对应的检测方法，为今后提高支柱绝缘子及瓷套超声波检测水平提供了很好的技术支持。

【关键词】超声波检测；脉冲反射法；纵波法；横波法

1 前言

长期以来，电网高压支柱绝缘子的断裂，一直困扰着电网的安全运行，特别是近几年来此类事故在电网运行中频频发生，严重影响到电网的安全、稳定运行，引起了国家电网公司的高度重视。为了加强对高压支柱绝缘子的技术监督，以及尽量防范此类事件的发生，采用超声波检测方法对高压支柱绝缘子及瓷套进行定期检测这一方法来预防断裂，以保证电网的安全运行。

2 支柱绝缘子及瓷套制造工艺

目前，绝缘子的材料主要有电瓷材料、复合材料和玻璃三种，其中电瓷材料约占35.32%。

按照我国机械行业标准JB/T 5896-91《常用绝缘子术语》中将电瓷材料定义为电工用的陶瓷绝缘材料。而国家标准GB/8411.1-87《电瓷材料第一部分》则明确指出电瓷材料主要有黏土、长石、石英等铝硅酸盐原料混合配制，经过加工成一定形状，在较高温度下烧成而得到的无机绝缘材料。

电瓷按其耐电压等级的高低可分为低电压电瓷（1KV以下）和高压电瓷（1KV 以上）。目前，我国可生产的电瓷可达1000kv电压等级。

按用途可分为电瓷绝缘子和电瓷瓷套两大类产品；按其生产的方式不同可分为湿法成型和干法成型电瓷。绝缘子可分为线路绝缘子如针式、蝶形、盘形悬式、横担、棒型悬式等，电力用绝缘子可分为空心支柱及实心棒形支柱等，电瓷瓷套有穿墙式套管、电容器套管、避雷器套管。

绝缘子有绝缘体、金属附件及胶合剂三部分组成，绝缘体主要起绝缘、支撑、保护作用。金属附件一般用铸铁低碳钢、铝及合金等制成，起机械固定、连接、导体作用，而胶合体的作用是将绝缘体和金属附件胶合起来。目前广泛使用的胶合体为高标号（500号以上）水泥。为了增强胶合剂强度，一般在绝缘体的两端也就是金属附件连接部分进行滚花或上砂处理。

电瓷产品还应具备必要的性能，如：电气性能；机械性能；耐污性能和冷热性能。

3 检测原理

超声波检测主要是利用超声波在工件中的传播特性，如声波在遇到声阻抗不同的两种介质面时会发生反射、折射等。其工作原理为：

（1）声源产生超声波，超声波以一定的方式进入工件传播。

（2）超声波在工件中传播遇到不同介质界面（包括工件材料中缺陷的分界面），使其传播方向或特征发生变化。

（3）改变后的超声波通过检测设备被接受，并进行处理和分析，评估工件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。

4 超声波检测方法

超声波检测方法很多，但根据原理、采用的波型、使用探头数量及探头与工件接触方式可对其进行分类。

（1）超声波检测方法按原理可分为脉冲反射法、穿透法和共振法。脉冲反射法：超声波探头发射脉冲波到检测件内，根据反射波的情况来检测试件缺陷的方法，称为脉冲反射法。脉冲反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法；穿透法：穿透法是根据超声波穿透工件后能量变化来判断缺陷情况的一种方法。由发射探头产生超声波穿透工件后被接收探头接收，仪器显示屏上出现透射波。若工件内存在缺陷，由于缺陷对超声波的反射及散射，透射波高度下降甚至消失；共振法：超声波在被检工件内传播时，若工件的厚度为超声波半波长的整数倍，将产生共振，仪器显示共振频率。

（2）根据所采用超声波的波型，超声波检测方法可分为纵波法、横波法、表面波法和爬波法等。纵波法：使用纵波进行检测的方法称为纵波法。在相同的介质中，纵波的传播速度最快，穿透能力强，对晶界反射或散射的敏感度不高，因此纵波法可检测的工件厚度是所有波型中最厚的，且可用于粗晶材料的检测；横波法：将纵波通过倾斜入射至工件检测面，利用波型转换在工件内产生折射横波进行检测的方法称为横波法，由于横波声束与检测面成一定角度，所以又称为斜射法。横波法主要用于管材、焊接头的检测，对于其他工件，则作为一种有效的辅助手段，用以发现与检测面成一定角度的缺陷；表面波法：使用表面波进行检测的方法称为表面波法，由于表面波仅沿表面传播，而且衰减较大，因此表面波法主要用于表面光滑的工件表面缺陷的检测；爬波法：当纵波入射角位于第一临界角附近时在工件中产生的表面下纵波称为爬波，利用爬波进行检测的方法即爬波法，这种方法对于检测表面比较粗糙的工件的表面缺陷具有比表面波法更高的灵敏度和分辨力。

5 仪器与探头的选择

合理选择仪器和探头对于缺陷的有效检出和正确定位、定量、定性至关重要。

实际检测中应根据被检工件的结构形状、尺寸、材质、加工工艺及检测要求选择仪器和探头。

5.1 探伤仪的选择

目前探伤仪种类繁多，性能各异，检测前应根据工件、检测要求及现场条件选择仪器。对于定位要求高的情况，应选择水平线性误差小的仪器；对于定量要求高的情况，应选择垂直线性好，衰减器精度高的仪器；对于大型零件或材质衰减打的工件的检测，应选择灵敏度余量高、信噪比高、功率大的仪器；对于室外现场检测，应选择质量轻，荧光屏亮度高，抗干扰能力强的便携式仪器；还应选择性能稳定、重复性好和可靠性高的仪器

5.2 探头的选择

超声波检测时，超声波的发射和接收都是通过探头来实现的。探头的种类很多，结构类型也不同。检测前应根据被检工件的结构尺寸、声学特性和检测要求来选择探头。探头的选择包括探头形式、频率、晶片尺寸和斜探头K值的选择。

6 缺陷大小的确定

缺陷定量包括确定缺陷的大小和数量，而缺陷的大小指的是面积和长度。目前，在超声波检测中，对缺陷的定量方法很多，但均有一定的局限性。常用的定量方法有当量法、底波高度法和测长法三种。对于缺陷尺寸小于声束截面时当采用当量法和底波高度法，对于缺陷尺寸大于声束截面时采用侧长法。

7 存在的问题及局限性

超声波检测技术在各行业的无损检测中应用较广，电力行业中的应用发展并不迅速，因其具有一定的局限性：（1）对所发现的缺陷做十分准确的定性、定量表征仍有困难（2）探测对缺陷的显示不直观，探测技术难度较大，需要专业的人员进行操作（3）受主客观因素影响较大，检测结果不便保存等。所以此项技术还有较大的发展空间。

8 结论

在电力行业高速发展的今天，随着电网自动化水平的不断提升，电网设备的安全可靠性显得尤为重要，支柱绝缘子及瓷套超声波检测这一技术无疑为电网设备的安全、稳定运行提供了强有力的技术支持。

参考文献：

[1]蒋云，王维东，蔡红生.支柱绝缘子及瓷套超声波检测，中国电力出版社，2010.