利用超声波探伤技术对瓷绝缘子进行检测

利用超声波探伤技术对瓷绝缘子进行检测摘要：本文对超声波探伤技术的基础理论作了简要说明，并结合几个典型案例，对变电站内瓷制绝缘子发生断裂事故的原因作了初步分析，就超声波探伤技术在变电站瓷制绝缘子检测工作中的实际发现的问题作了介绍，对从事检测工作的人员要求上也提出了几点建议。

关键词：超声波超声波探伤探伤仪的工作灵敏度纵波

爬波声耦合剂底波缺陷波 rtv

中图分类号：tm216 文献标识码：a 文章编号：1672-3791（2012）08（c）-0247-02

瓷制绝缘子是电网设备的重要组成部件，由于其长期运行在强电场、强机械应力、风雷雨雪天气、环境污染严重等恶劣条件下，以及瓷绝缘子本身在生产制造过程中产生的内部缺陷，都使瓷质部件存在着很大的断裂风险。近年来，国内已多次发生变电运行或检修工作人员由于绝缘子断裂导致伤亡的事故，严重影响了电网设备的安全运行，也给电力职工的人身安全造成了严重威胁。为了防患未然，尽力避免发生此类事故，国家电网公司已专门成立了高压支柱绝缘子事故调查小组，对近年的多起事故进行调查分析并提出整改方案。华北电网有限公司制定了《高压支柱绝缘子超声波检测导则》及超声波探伤检测人员培训方案，逐步将超声波探伤技术应用于实际的生产工作中。

超声波探伤是目前应用最广泛的无损探伤方法之一。超声波是

一种机械波，机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。而超声波探伤中，主要涉及到几何声学和物理声学中关于声波的反射、折射、波形转换、波的叠加、干涉、绕射、惠更斯原理等知识。如果能熟练的掌握相关知识，对于在实际工作中分析和解决各种问题将是十分有益的。

1 基本概念解释及检测设备选择要求

1.1 基本概念解释

超声波是一种机械波，机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。超声波探伤就是利用超声波的指向性和传播规律来检查工件中存在的缺陷情况。此类探伤工作需要使用专用的检测工具即探伤仪才能进行，而探伤仪在一定条件下探测缺陷大小的能力被称为探伤仪的工作灵敏度，它是决定探伤仪能否准确的发现被检测设备缺陷的重要因素。

利用超声波对瓷制绝缘子探伤最常用到的两种方法就是小角度纵波检测和爬波检测。所谓纵波，是指介质质点振动方向与波的传播方向一致的波。爬波是指表面下纵波，是当第一介质之中的纵波入射角位于第一临界角附近时在第二介质中产生的表面下纵波。常用的小角度纵波检测和爬波检测都是利用了纵波的传播特性来进

行工作。

为了把超声波探伤仪的探头发射的超声波射入被测品，避免探头和探伤接触面之间造成空隙而需要施加一种介质即声耦合剂（如水、机油、纤维素合成物等）。在检测过程中，探伤仪所装备的显

示屏上会实时的显示出各种信号，其中包含有由于工件底面引起的反射波（底波）信号和由于缺陷引起的反射波（缺陷波）信号等。由于目前许多瓷制绝缘子表面都涂有一种用来提高设备憎水性和

电绝缘性的涂料（rtv），其对超声波检测有一定的影响，有时会由于喷涂时产生的问题，会在探伤仪上显示出一些干扰波信号。检测人员必须能清楚地分辨各种波的信号，并根据信号判断是否存在缺陷。

1.2 超声波探伤设备基本要求

对于用来进行探伤工作的超声波探伤仪，在《中华人民共和国机械行业标准——超声波探测瓷件内部缺陷（jb/t 9674—1999）》中有明确的规定。

超声波探伤仪应满足以下要求。

（1）仪器工作频率应包括1～5mhz。

（2）仪器标称探测深度应不小于被试品的高度。

（3）具有总衰减量不小于50db，衰减调节精度为±1db以下的衰减器。

（4）当探伤发射功率较大，且电源电压在标称电压±10%范围内变化时，水平线性下不应有明显的变化。

超声波探伤仪所使用的探头应满足下列要求。

（1）采用单直探头，根据需要在-5mhz范围内选择探头频率，推荐为1.25mhz或2.5mhz。探头晶片直径可根据需要选择。

（2）探头发射的超声波主声束在垂直方向偏向角应不大于2°。

对试品的规定如下。

瓷件两端面的平行度和主体轴线直线度应符合gb 772的规定。探测面应平滑，其粗糙度应不大于10μm。

对耦合剂的规定如下。

应采用良好的声耦合剂，如水、机油等，且必须保持耦合剂的清洁。

在实际的工作中，我所在公司使用的广东汕头超声电子股份有限公司生产的cts-9008型陶瓷绝缘子超声探伤仪。该设备是针对电力行业中高压支柱瓷绝缘子及瓷套检测的专用数字式超声波探伤仪，设备要求符合国家标准，抗电磁干扰能力强，而且携带比较方便，对测试结果的显示也很清楚明白。目前已经大量装备于唐山供电公司及其各分公司。

2 典型事故案例分析及绝缘子检测相关规定

随着电网的迅速发展，使用瓷支柱绝缘子数量逐年加大，高压瓷支柱绝缘子断裂引发的事故时有发生。据来自山东电网的不完全统计，自1999年来共发生220kv瓷支柱绝缘子折断7起，3次全站停电，对电网的安全生产特别是人身安全构成极大威胁。

2.1 典型事故情况

（1）2002年4月12日，莱芜电厂220kvⅱ母线、泉莱线、莱山线春季停电清扫、预试，当拉开#3923-3刀闸（gw4/220），刀闸头相距80cm时，开关侧b相支柱瓷绝缘子下节法兰根部断裂，上节掉落，相邻的ta接线板在引线作用下断开，未造成停电和人员

伤害。断裂的支柱绝缘子为1981年普通强度瓷产品，断面有黄芯，分析为产品质量问题。

（2）2004年3月13日，临沂温水站将220kv#1母线负荷并列倒至#2母线运行，拉开201-1刀闸，当导电摺架下落至中间位置时，201-1刀闸b相支持支柱绝缘子断裂，造成220kv#2母线a、b相相间短路，并将a相支柱瓷瓶拉断，全站失压进而使温云线单电源供电的220kv云蒙站全站停电。断裂支柱绝缘子为1995年普通强度瓷产品，折断部位在下节支柱的上法兰根部，上、下节抗弯强度6kn，而实有2.5kn。分析为上、下节装配不对，下节应具备倒装试验要求。

（3）2012年5月8日17：13，陕西电网330kv延安变进行110kv 母线倒闸操作过程中，110kv1116延马1线ii母侧刀闸支柱瓷瓶断裂，110kv母差保护动作，两条110kv母线跳闸，致使马家湾、吴起、志丹、东郊4座110kv变电站失压，损失负荷8.1万千瓦。

2.2 断裂原因分析

2.2.1 生产管理和制造工艺存在缺陷

（1）用来制造瓷绝缘子的原材料的质量是影响绝缘子质量的基本因素。原材料必须具备化学、物理和矿源稳定性。化学成分的不稳定将影响瓷质的均匀程度。例如：电瓷原料中sio2含量过高，烧成时残余石英颗粒将相应增加，残余石英颗粒与其周围的玻璃间常存在微裂纹，这将缩短瓷质的疲劳寿命。部分生产厂家由于经济实力或采购问题，选购原材料产地矿源不稳定，管理不严，各原料