高压电力设备绝缘诊断的声学检测技术

齐欣，李思彬（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，沈阳110006）



高压电力设备绝缘诊断的声学检测技术

齐欣，李思彬
（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，沈阳110006）

摘要：做好绝缘老化机理的研究，对绝缘缺陷进行有效的检测是至关重要的。而声学检测技术的出现已经成为当前绝缘状态诊断最具有前景的一种技术手段。通过对高压电力设备绝缘诊断的声学检测技术进行分类，对各类声学检测技术的原理及其优缺点进行粗浅的阐述，显示出绝缘状态诊断低频超声检测技术的优越性，以供参考。

关键词：高压；电力设备；绝缘诊断；声学检测技术

目前我国的高压电力设备，在绝缘上主要使用的是聚合物复合材料，但由于聚合物复合材料在实际的制造加工过程中，难免会存有气泡。而这些气泡在高压设备的运行过程中又极易引起局部放电，不仅会加速绝缘老化，还会造成绝缘击穿等问题。也正因如此，做好绝缘老化机理的研究，对绝缘缺陷进行有效检测则显得至关重要。而声学检测技术的出现已经成为当前绝缘状态诊断最具有前景的一种技术手段。

1 声学检测技术

1.1 声学敲击检测技术

作为一种最为常见的对绝缘缺陷进行检测的方法，声学敲击检测技术因其检测简单易行，所以常常作为其他检测方法的补充手段。其原理在于利用物体轻轻叩击被测试材料，以此判断被测试材料是否存在缺陷问题。存在缺陷的被测试材料，其叩击声响与完好材料声响不同，频率较低。很久以来，都是依靠检测人员的经验，利用人耳对叩击声响进行分辨，因此，在准确度上也容易存在一定的偏差。而随着我国科学技术的飞快发展，数字信号处理技术也得到了十分迅猛的发展，因此，利用该检测技术原理经过现代技术的融合，制作出用声传感器，以此提高声学敲击检测技术在实际检测中的准确性。根据实际试验结果证明，声学敲击检测技术能够检测出因绝缘老化而产生的气隙、分层等缺陷。但是，不可避免地会受到检测现场声波的干扰。

1.2 声发射技术

声发射现象，是由于材料受到的外力或者是内部残余应力过于集中，使材料发生变形、破坏等问题，而作用在材料上的很多现象都是由于多余的弹性波释放。声发射技术主要是指在电力设备中通过声波发射而进行监测的技术，主要通过运用数字信号处理检测信号，通过此规律来判定绝缘规律、发展规律，从而进行研究的一种技术。尤其是在电应力的作用下，局部放电脉冲电流持续时间较短，伴有超声波能量释放。因此，利用声发射技术能够对绝缘性能的好坏进行测量。虽然目前国内外都已经先对变压器声发射法局部放电定位展开了研究，局部放电发射技术在理论上已经十分成熟，但是由于在实际应用过程中，变压器油中会有多个放电源存在，因此，其数字信号处理十分复杂，极易给后期的结果分析带来巨大的困难。

1.3 超声检测

超声检测技术，主要依靠的是超声波在物体传播中的物理特性（当超声波遇到界面时，就会相应的发生反射、折射现象），而对现物体内部不连续性进行发现的一种方法。目前，我们以超声波波形为分类点，可将超声波检测分为横波检测法、纵波检测法两种。

第一，横波检测法。磁盘绝缘子、发电机定子绝缘缺陷检测是横波检测法最为主要的两种模式。而正是因为瓷盘绝缘子在实际的制作过程中，极易出现亚表面裂纹问题，尤其是这些裂纹又往往隐匿在表面釉层之内。因此，使用常规的检测方法是很难准确检测到的。而超声横波检测，因其能够在绝缘内部发出深度达到一个波长的横波，并且通过反射波的传播时间，对瓷盘内的亚表面裂缝进行检测。实验证明，如若没有缺陷，那么在一定位置上探伤仪的荧光屏就会出现瓷圆柱体断面的反射波，而有裂纹时，瓷圆柱体的断面则会出现缺陷波。定点发电机的缺陷主要是超声横波测试，对于斜探头的检测主要是针对超声横波的发射，另外一个则负责接收。图1是入射角为θ0的超声波在定子线棒中的传播示意图。而通过试验证明，在热循环的加速老化作用下，定子线棒会产生脱壳缺陷，两个探头接收到的超声波幅值均会明显减小。如图1所示。

图1 声波在定子线棒中的传播示意图Fig.1 The transmission sketch map of acoustic wave in stator bar

第二，纵波检测法。超声直探头可以对电气设备的多种绝缘微观缺陷进行检测。图2为超声直探头在电力电缆检测中的示意图。而通过试验结果可以看出：纵波检测法能够对厚度在70mm～80mm的合成树脂绝缘进行很好的检测。可以对厚度在20mm～30mm的树脂浸渍纸进行绝缘的气隙、箔纸分层和裂纹检测。可对厚度在15mm的低密度交联聚乙烯绝缘电缆进行检测。如图2所示。

图2 电力电缆绝缘缺陷超声纵波检测示意图Fig.2 Detector schematic of electric cable insulation defect ultrasonic longitudinal wave

2 高压电力设备绝缘状态诊断的低频超声检测技术

声学检测方法虽然具备对绝缘缺陷进行检测的能力，但却缺乏对绝缘状态进行诊断的能力。尤其是通过实践验证分析，我们可以清楚地知道，造成高压电力设备绝缘老化加速的原因，不仅与绝缘的微观缺陷有着至关重要的联系，更与固体绝缘材料的性能有着本质的关系。对此，绝缘状态下的有效检测和诊断，更需要对绝缘材料进行准确的检测，从而能够及时发现微观缺陷。而目前低频超声纵波检测技术则是绝缘诊断中最具有发展前景的检测技术。

充分利用超声波特性的低频超声纵波检测技术，正是根据其在绝缘物质中的传播速度以及衰减系数等相关参数，对高压电力设备的绝缘密度与弹性进行参数测量。特别是这些绝缘参数会随着绝缘微观结构的变化发生相应的转变，从而能够诊断出绝缘状态。

可以说，基于声波反射特性的低频超声波检测技术，就是利用超声的纵波特性，发挥其在测量上的优势，因此，低频超声波检测技术已经成为当前我国绝缘诊断声学技术中最具发展前景的技术手段。

3 结语

不同的声学检测技术各有利弊，目前仍有许多问题有待进一步解决、开发与研究，我们更应该不断加强对高压电力设备绝缘诊断声学检测技术的研发与完善，使其能够更好地应用在高压电力设备绝缘诊断中，以确保电网的安全稳定运行。

参考文献：

［1］项添春，房向阳，干耀生，等.声学检测技术在电力系统中的应用概况及前景［J］.华北电力技术，2007，(11):92.

［2］郝艳捧，谢恒，高乃奎.大电机主绝缘剩余寿命智能评估的超声技术［J］.高电压技术，2005，(05)：84.

Acoustic detection technology of high voltage electrical equipment insulation diagnosis

QI Xin, LI Si- bin
(State Grid Electric Power Co., Ltd. of Liaoning Province, Electric Power Research Institute, Shenyang110006, China)

Abstract:Study of insulation aging mechanisms has essential significance on effective insulation defect detection. The emergence of acoustic detection technology has become the most promising means for insulation diagnosis. By classifying acoustic detection techniques of high voltage electrical equipment insulation diagnosis, this paper expounded the principles, advantages and disadvantages of various types of acoustic detection techniques, which shows that superiority of low- frequency ultrasound inspection technology.

Key words:High voltage; Electrical equipment; Insulation diagnosis; Acoustic detection technology

中图分类号：TM320

文献标志码：A

文章编号：1674- 8646（2016）09- 0022- 02

收稿日期：2016- 02- 12