爬波法在支柱绝缘子探伤中的运用与展望

摘 要：电力系统高压瓷支柱绝缘子断裂事件的发生，给电网的稳定运行和人身的安全带来了严重危害。在役的支柱绝缘子如若发生断裂情况，可导致变电站设施的损坏，电网停电，更严重可引起人身的伤亡。支柱绝缘子爬波检测，是无损检测技术在电力行业的一项新运用。笔者结合自己从事电力行业无损探伤的实际工作体会，总结了导致其失效的因素及爬波技术在支柱绝缘子检测中的实际应用。

关键词：支柱绝缘子；裂纹；超声波；爬波

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.162

1 绝缘子的结构和特性

绝缘子是由金具、瓷柱和水泥等物料粘结而成的，瓷柱是由铝硅酸盐按一定比例配比，在高温下烧制成的无机绝缘材料，表面复盖一层光滑的釉。棒型支柱瓷绝缘子主要在户外露天环境中使用，外壁伞的作用是用来增大沿面放电距离，同时在雨、雪天气能够隔断水流，使绝缘子在恶劣的雨、雪天气下稳定的工作。

2 支柱绝缘子断裂的特点和分析

（1）制造质量不过关。在制造环节中，存在原料混用、錯用；瓷体烧制工艺不当、烧成差（过烧、欠烧）；胶装工艺差；胶装部位没有密封或密封不良等问题，在外界因素作用下导致其断裂；

（2）设计不完善。由于设计过程中安全系数取值过小，造成绝缘子运行过程中断裂。

（3）安装、调试质量不当。对管母线来说，因安装时中心线偏移导致支柱绝缘子受较大应力；对隔离刀闸来讲，存在错位别劲的问题，因热胀冷缩作用产生较大应力，导致断裂。

（4）运行、检修、操作不当。检查和保养工作不到位，造成母线、隔离开关出现锈蚀、卡滞、卡死等现象；或操作不当使绝缘子承受大峰值的短时应力导致断裂。

（5）外部环境变化引起的断裂。由于粘合剂、瓷柱与铸铁法兰材料之间的线性膨胀和导热系数均不相同。当外界温度改变时，粘结处受力最大，在长时间外力作用下导致断裂。

据资料表明， 目前支柱绝缘子断裂的特征是：断裂部位95%以上都是在法兰口内 3 cm 和第一瓷沿之间，此位置为重点检测部位。常规的无损检测方法有：磁粉检测、涡流检测、渗透检测、射线检测、超声波检测。瓷性材料无法采用涡流与磁粉检测方法。渗透法只能检测表面开口缺陷，同时着色剂会污染绝缘子密封面； 绝缘子直径较大， 射线较难穿透， 且法兰附近有多种材质， 影响射线检测结果， 不具备可操作性[1]

3 爬波的原理与探头设计

3.1 爬波的声学原理

爬波又可以称为表面下纵波。探头中晶片倾斜角度与第一临界角相等时，在试件中产生爬波。由Snell定律可知，当入射角等于第一临界角时，试件中存在几种复杂的波型：A、直接入射的横波；B、直接入射的纵波； C、爬波）；D、头波，其入射点往前漂移。采用爬波法对支柱绝缘子检测，爬波仅在瓷柱近表面传播，对瓷柱的表面粗糙度不敏感，特别适合法兰与瓷体结合处浅表裂纹等缺陷的检测，且检测速度较快，对表面下 1～9 mm 内的裂纹特别敏感，因此适合现场实际工作。

3.2 支柱绝缘子用爬波探头的特点及设计

因为爬波在传播途中不停地进行纵波-横波的波形转换，所以爬波的能量在传播途中快速衰减， 因此波的有效声程范围相对有限。基于此因素，探头应采用大的晶片尺来提高声束的能量。因法兰到第一伞裙之间的距离比较短，实际探测面距离很有限，所以探头的纵向尺寸越小越有利。爬波探头采用一收一发两个晶片，晶片可以布置为串列式或并列式两种形式。由于串列式探头晶片前后布置，做成的探头尺寸较大，不利于大尺寸晶片的采用，所以现场工作更适用并列式。在确保检测灵敏度的条件下，一般探头频率在2MHz～5 MHz之内选择。因扫查面为圆弧形，为满足探头与扫查面良好的耦合，确保爬波顺利发射和接收，探头需做成与绝缘子外径曲率相同。扫查时，爬波探头应尽可能向法兰侧前移，扫查速度不宜过快，移动时要始终保持探头与检测面的稳定接触，探头作周向 360°扫查。

3.3 现场实际检测应用

某发电厂500KV升压站50002隔离开关刀闸高压支柱绝缘子检修现场， 采用CTS-9008型陶瓷绝缘子超声波探伤仪，使用爬波法对刀闸A、B、C三相绝缘子的法兰部位进行探伤（图1），耦合剂选用甲基纤维素水溶液，探头选用频率2. 5 M Hz、晶片尺寸8mm×12mm双晶并列布置。检测中发现该刀闸 A相下支柱的下部粘结处内侧存在一处缺陷；，采用半波高度法测得缺陷长度为 15 mm，最高反射波幅超过DAC曲线7.2dB（图2），根据标准，该缺陷评定为不合格

4 爬波检测技术应用展望

电网支柱瓷绝缘子的在役检测还有许多其他手段，如： 红外热象检测、振动声学法等等，其各有特点。虽然爬波探测深度仅为表面和近表面，对检修工期紧张、工程量大的集中检验来讲，因其具有检测速率快的特点，仍是首选的检验手段。目前爬波检测范围仅仅局限在法兰口处，对于瓷体本身缺陷无法检测，且爬波检测对于缺陷的深度难以确定，同样受结构的限制，存在部分绝缘子法兰位置间距过小无法放置探头的情况，笔者相信在所有无损检测人员的致力下， 爬波检测技术的远景必将越来越广阔。

参考文献：

[1]季昌国.超声爬波法在支柱瓷绝缘子在役检测中的应用[B].华北电力技术，2008-07-35.

作者简介：代兴亮（1988-），男，主要从事电力行业无损检测及材料检验工作。endprint