绝缘子表面裂纹激光超声检测第一期

绝 缘 子 表 面 裂 纹激 光 超 声 检 测
侯汝 锋 ， 王 文 洪 ， 莫 润 阳 ， 郭 维
（ １ ． 广东电网公 司 东莞供 电局变电管理二所 ， 东莞 ５ ２ ３ １ ２ ０ ； ２ ． 陕西 师范大学 物理 学与信息 技术 学院 陕西 省超声
学重点 实验室 ， 西安 ７ １ ０ ０ ６ ２ ）
摘 要 ：为 了实现在役绝缘子 裂纹的带 电检测 ， 采 用脉 冲激光 非接触方 式在 瓷瓶表 面激励超 声波 ， 用宽 带超声 换能器接 收声 波 ， 并用 这种 非接触发射一 接触接 收声 波的方法 ， 对 含有人工刻 槽的棕釉 高压瓷质 绝缘子表 面裂纹进
行 了检测实验 ， 通过可视化 成像 检测系统 ， 对声 波在被检样 品中传播 的动态 波形 进行 了实时观察 ， 获得缺 陷最大振 幅 图。结果表 明 ， 该方法在 绝缘子裂纹远程检测方 面具有 适用性 ， 且检测不受绝 缘子复杂曲面形状的影响 。 关键 词 ：激光物理 ； 无 损检测 ； 激光超 声 ； 绝缘子 ； 裂纹
［ ３ ］ Ｚ Ｈ ＡＮ Ｇ Ｙ Ｑ，Ｌ Ｉ Ｚ ｈ Ｘ．Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ ｃ ｒ ｅ ｅ ｐ ｉ ｎ ｇ ｗ ａ ｖ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ｄ ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｓ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ［ Ｊ ］ ． Ｙ ｕ ｎ ｎ ａ ｎ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ， ２ ０ ０ ９ ，
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ３ — ２ ９ ； 收 到修 改稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ６ — １ ９
３ ８
激
光
技
术
２ ０ １ ４年 １月
ｐ ｏ ｒ ｃ ｅ ｌ ａ ｉ ｎ ｂ ｕ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ［ Ｍ］ ．Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ ：Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ
电力 系 统 的安全 运行 ， 据 国家 电力公 司统 计 ， 因瓷 瓶
测需求 ； 另外 ， 随着智能电网工作的开展和企业状态 监 测方 面工 作 的深 化 ， 对 电力设 备 的带 电检 修技 术
要 求越 来越 高 ， 迫切 需 要 发 展 非接 触 的远 程 检测 技
术。
断 裂引起 的事故 目前 已成为 电力 系统 故 障 率 的第 １
位¨ 』 。瓷 瓶裂 纹 的 检 测 技 术 一 直 备 受 瓷 瓶 生 产 企
激 光超 声 （ 简称光 声 ） 检 测 技术 因其 、 非 接 触 和 可 在不 利环 境 中工 作 、 对 平 面 和 异形 表 面可 高 速 扫
业、 电厂 和 变 电所 关 注 。瓷 瓶 裂 纹 常 规 超 声 波 检 测
７１ ０ ０ ６ ２，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａ ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｗ ａ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｎ ｏ ｎ — ｄ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｏ ｆ ｐ ｏ ｒ ｃ ｅ ｌ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ．Ａ ｂ ｒ ｏ ｗ ｎ ｇ ｌ ａ ｚ ｅ ｐ ｏ ｒ ｃ ｅ ｌ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｍｅ ｎ ｗｉ ｔ ｈ ａ ｎ ａ ｒ ｔ ｉ ｉ ｆ ｃ ｉ ａ ｌ ｓ ｌ ｉ ｔ ｗａ ｓ ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｅ ｄ ｂ ｙ ａ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｏｒ ｆ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｕ ｎ ｄ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ａ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｗａ ｖ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｄ ｂ ｙ ａ ｉ ｆ ｘ ｅ ｄ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｄ ｕ ｃ ｅ ｒ ．Ｔ ｈ ｅ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｗ ａ ｖ ｅ ｏｒ ｆ ｍ ｗ ａ ｓ ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｓ ｌ ｉ ｔ ｗ ｅ ｒ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ．Ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｂ ｌ ｅ ｏｒ ｆ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ａ ｔ ｌ ｏ ｎ ｇ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｓ ｎ ｏ ｔ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｄ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ； ｎ ｏ ｎ — ｄ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ； ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｕ ｎ ｄ； ｐ ｏ ｒ ｃ ｅ ｌ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ； ｃ ｒ ａ ｃ ｋ
第３ ８卷
第 １ 期
激
光
技
术
Ｖｏ １ ． ３ ８， Ｎｏ ． １
２ ０ １ ４年 １月
ＬＡＳＥＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｊ ａ ｎ ｕ ａ ｒ ｙ， ２ ０ １ ４
文章 编号 ：１ ０ ０ １ — ３ ８ ０ ６ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ３ ５ — ０ ４
ＨＯ Ｕ Ｒ ｕ ｆ ｅ ｎ ｇ ，Ｗ Ａ Ｎ Ｇ Ｗ ｅ ｎ ｈ ｏ ｎ ｇ ， ＭＯ Ｒ ｕ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ ， Ｇ Ｕ Ｏ Ｗ ｅ ｉ
（ １ ． Ｔ ｈ ｅ Ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ Ｓ ｕ ｂ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｄ ｏ ｎ ｇ ｇ ｕ ａ ｎ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ Ｂ ｕ ｒ ｅ ａ ｕ ， Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｇ ｒ ｉ ｄ Ｃ ｏ ｒ ｐ ， Ｄ ｏ ｎ ｇ ｇ ｕ ａ ｎ ５ ２ ３ １ ２ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ．
３ ７ （ ２ ） ： ４ ９ － ５ ０（ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ） ．
Ｂ Ｈ．Ｌ ＥＥ Ｊ Ｋ ，Ｐ ＡＲＫ Ｊ Ｙ．Ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ — ｓ ｏ ｌ ｅ ｎ ｏ ｉ ｄ ｔ ｙ ｐ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｖ ｉ — ［ ４ ］ ＣＨＯ
基金项 目： 国家 自然科学基 金资助项 目（ １ １ ２ ７ ４ ２ １ ６ ） 作者简介 ： 侯 汝锋 （ １ ９ ７ ９ 一 ） ， 男， 电气 工程 师 ， 现 主要从
事 电 力 系 统 的 电压 稳 定 以及 控 制 、 运行 。
Ｅ— ｍａ ｉ ｌ ： ｈ ｏ ｕ ｒ ｆ ｅ ｎ ｇ ＠１ ２ ６ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
引 言
瓷 质 绝 缘 子俗 称 瓷 瓶 ， 是 发 电厂 和变 电站 的 重
方 法包 括爬 波检 测法 ， 小 角度纵 波 检测法 ， 双 晶横 波 探 测法 等 Ｊ 。 这 些 方 法 和 技 术 虽 然 对 检 测 瓷 质 绝 缘 子裂 纹非 常有 效 ， 但 检 测 必 须 在变 电站 停 电的 情 况 下进 行 。随着 电力事业 的快 速发 展 ， 变 电站 不 断 增加 ， 绝缘 子 的数 目也不 断增 加 ， 超声 波检测 的工 作 量会 越来 越大 ， 常 规 检 测 技术 以无 法 满 足 快速 检
要设备部件 ， 对 电气设备或 导体既要起 绝缘作用 ， 又要起固定悬挂作用 ， 其质量主要取决于 电气绝 缘
性能 和力 学性 能 。瓷 瓶 瓷 体 部 分用 材 为 电工 陶瓷 ，
陶瓷是脆性材料 ， 当其表面或 内部存在微小缺陷时， 强度 即显 著 降低 。瓷 瓶 断裂所 引起 的事故 严重 影 响
Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ Ｋｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｙ ｒ ｏ ｆ Ｕｌ ｔ ｒ ห้องสมุดไป่ตู้ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ，Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ Ｎｏ ｒ ｍａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ，Ｘｉ ’ ａ ｎ
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｎ ２ ４ ７ 文 献标 志 码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ７ ５ １ ０ ／ ｊ ￣ ｓ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ３ ８ ０ ６ ． ２ ０ １ ４ ． ０ １ ． ０ ０ ８
Ｌａ ｓ ｅ ｒ ｕｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｕｎ ｄ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｕｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｐ ｏ ｒ ｃ ｅ ｌ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ
Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ， ２ ０ １ ０：１ ５ ３ ． １ ６ ０ （ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ）
ｓ ｔ ｒ ｕ ｅ ｔ ｉ ｖ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ａ ｌ『 Ｄ］ ． Ｗｕ ｈ ａ ｎ ：Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｎ ｏ ｒ ｍ ａ ｌ Ｕ — ｎ ｉ ｖ ｅ ｓ ｒ ｉ ｔ ｙ ． ２ ０ ０ ４： １ ７ （ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ） ．
ｂ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｎ ｏ ｎ － ｄ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉｃ ｒ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ
［ ９］ Ｔ Ａ Ｎ Ｘ Ｌ ．Ｒ ｅ ｓ ｅ ｒｃ ａ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｋ ｅ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ｇ ｏ ｆ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ — ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ — ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ［ Ｄ］ ．Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ： Ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ —
描等突出优越性使其在高压带 电、 有毒腐蚀等恶劣 环境下工作结构的检测中备受关注。本文中采用激
光 远程激 励 瓷质 绝缘 子 产 生 超 声 ， 用 超 声 换 能器 接 收声 波 的方 法对 瓷瓶 缺 陷进 行 检 测 ， 初 步 探讨 该 方 法在 瓷瓶 裂纹 检测 方 面 的适 用性 。