相控陣超聲波檢測復(fù)合絕緣子內(nèi)部缺陷

閆軍帥

摘要：對于電網(wǎng)的安全維護來說，若要規(guī)避由硅橡膠復(fù)合絕緣子內(nèi)部缺陷帶來的問題，針對其在常規(guī)對接、硅橡膠中端氣孔漏缺及斷面缺縫、芯棒和傘裙護套相融差等四類狀況，通過相控陣超聲波探傷設(shè)備實施無損測試。然后針對復(fù)合絕緣子在三類缺陷形式下超聲波脈沖回波反射（A 掃描） 圖像與相控陣扇形掃描（S掃描）圖像進行比較分析，得出通過超聲波相控陣方法可以更精準、有效地確定缺陷信息。再整理出復(fù)合絕緣子在常規(guī)對接、缺陷狀態(tài)下的相控陣超聲波圖像的屬性區(qū)別，證實了在對復(fù)合絕緣子內(nèi)部缺陷信息進行測試時，相控陣超聲波測試法發(fā)揮的作用，以此能夠明確一個全新的檢測方向。

關(guān)鍵詞：復(fù)合絕緣子；無損檢測；超聲波；相控陣；超聲脈

對于電力系統(tǒng)的安全維護來說，復(fù)合絕緣子屬于一個非常重要設(shè)備，其功能是：懸置導(dǎo)線，將高壓線與桿塔進行隔絕。其質(zhì)量的好壞和電力系統(tǒng)的安全維護存在一定的關(guān)聯(lián)性。從二十世紀五十年代之后，絕緣子得以順利研制，其優(yōu)勢是：體積小、自重輕、抗污性強、絕緣性高等，對此得到全面應(yīng)用。不過，考慮到絕緣子加工技術(shù)等因素而造成護套內(nèi)氣孔斷裂、芯棒和護套分離等現(xiàn)象，對此，隱匿型缺陷則會對電網(wǎng)系統(tǒng)的安全維護帶來不利的干擾。所以，必須在對絕緣子內(nèi)部缺陷進行測試的過程中，一定要找到一個更精準、更有效的測試方法。

1 相控陣超聲波檢測工作機制

對于超聲波檢測法來說，假若必須對物體中的特定區(qū)域進行顯像，那么則可選擇聲束掃描法。對于相控陣成像來說，則是利用管理陣列換能儀里相關(guān)陣元的激勵和接收脈沖的時間推后，以此調(diào)整相關(guān)陣元發(fā)射（接收）聲波抵至物體中特定位置時的相位關(guān)系，達到聲束位置、凝聚點的調(diào)整，以此來合成相控波束，進行顯像。對于常規(guī)超聲波脈沖回波掃描的換能儀構(gòu)成元素來說，則是若干個晶振片。而對于相控陣超聲換能儀來說，其創(chuàng)建理論是以惠更斯為基礎(chǔ)形成的，經(jīng)若干個彼此獨立的壓電晶片創(chuàng)建陣列，各晶片代表著一個單元，根據(jù)特定時序通過電子系統(tǒng)進行激發(fā)管理，讓陣列里每個單元發(fā)射的超聲波進行合成，以此構(gòu)建一個全新的波陣面。并且，當反射波在接收期間，根據(jù)特定時序?qū)邮諉卧M行管理，且合成信號，然后把合成結(jié)果進行顯像。

2 相控陣超聲波檢測試驗

2.1 聲阻抗匹配

當換能儀的壓電晶片透聲層的寬度是1/4 波長條件下，透射率最高，則可以讓聲強實現(xiàn)百分之百透射。把耦合劑均勻地涂抹在硅橡膠和超聲探頭的對接面處，能夠讓超聲波聲強最大程度地運輸至硅橡膠護套中，可以降低聲強在首界面的反射受損。在進行試驗期間，所用到的相控陣超聲波探頭的透聲層寬度是1/4波長，可選擇直接碰觸方法，所選有的耦合劑是機油（質(zhì)量密度920kg/m3，聲速1.39km/s，聲阻抗率1.28MPas/m）

2.2 試驗試品

若滿足超聲探傷設(shè)備探頭的徑度要求，該試驗選用試品是：空心復(fù)合絕緣子；其中環(huán)氧樹脂玻璃纖維纏繞管是由芯棒制成的，高溫硫化硅橡膠是由傘裙制成的。其絕緣子的徑長是1520mm，套筒的外內(nèi)徑各是330mm和300mm，大小傘徑長各是484mm和424mm，大小傘距各是96mm和32.5mm，傘裙護套尺寸是3mm。

3 特殊缺陷圖像鑒別和研究

3.1 傘裙護套和芯棒融合良好狀況

該試驗扇掃范圍-20—20，縱坐標是指波長度；若要更直觀地觀察圖像，通過調(diào)整聲速的手段，讓縱坐標值變成真實值的十倍。A掃圖和扇掃圖間的色帶從高到低是指回波強度的從高到低，也就是扇掃圖像的顏色愈偏向紅色，那么代表著此位點的回波幅度愈大。在探頭周圍存在一個紅色高亮區(qū)，即被測物表層1mm代表著掃描盲區(qū)。當對A掃圖像進行分析時，在1-2.5mm范圍內(nèi)是白色，無回波，由此來看，這位點并未缺陷。當長度是2.6mm時，形成幅度極大的回波，這就是玻璃纖維芯棒和傘裙護套的隔絕處，有一個底面回波。而對于扇形掃描圖像來說，在2.6mm周圍形成紅色高亮區(qū)，這屬于玻璃纖維芯棒和傘裙護套的隔絕點。

3.2 護套中端氣孔缺陷

對于芯棒和傘裙護套中間的區(qū)域來說，形成一個徑長是0.5mm的氣孔缺陷。因為硅橡膠是存在彈性的，在檢測期間可將針置于缺陷處，以此確保缺陷外型固定。對于相控陣扇形掃描圖像來說，能夠發(fā)現(xiàn)在芯棒和傘裙護套間（0-2.8mm區(qū)域）的1.7mm處形成一個色帶，其缺陷在圖像中極不清晰，其根源是：第一缺陷范圍?。坏诙撫樅凸柘鹉z的聲阻抗值相似。則在此處兩端也形成不明顯的色帶，其根源是因為探頭表層是水平，不過被測物的表層形成特定曲率，對此，這并非屬于絕對的融合而造成的影響；并且，當人為形成缺陷時，針孔附近形成微弱裂孔，A型掃描圖像在1.7mm周圍形成極弱的回波幅度，由此來看，其氣孔缺陷徑長極小。和S掃圖像比較發(fā)現(xiàn)，A 掃波形幅值不大，很難被察覺。

3.3 硅橡膠中端斷面缺陷的相控陣圖像特性研究

當硅橡膠中斷形成斷裂缺陷時，通過相控陣扇掃圖得出，在其2.0-2.5mm范圍內(nèi)可形成缺陷圖，也就是說形成多層斷面缺陷，最顯著的屬于兩層斷面，其圖像里包括兩條顯著的色帶?？紤]到缺陷的形成，在芯棒附近顏色逐漸淡化。不過A掃圖像對此也會形成相同波形，且在2.1與 2.4mm處最明顯。

3.4 傘裙護套和芯棒融合不良的相控陣圖像特性研究

通過相控陣圖像分析，能夠發(fā)現(xiàn)，在試品的2.7-3.0mm周圍形成一些脫黏情況，且在2.2-2.5mm周圍形成中斷斷裂缺陷。經(jīng)過扇掃圖像分析，其形成兩條色帶（其一是亮綠色；其二是亮黃色），并且它們之間的路徑在右邊扇形區(qū)比左邊扇形區(qū)大，代表著左邊區(qū)更適應(yīng)芯棒和傘裙護套融合不良，同時缺陷有片狀特點。而右邊區(qū)域則屬于橡膠中端斷裂缺陷。

4 結(jié)論

（1）相控陣超聲法可更精準地發(fā)現(xiàn)絕緣子氣孔缺陷、中端斷裂缺陷、芯棒和護套脫黏缺陷等；

（2）選擇相控陣超聲法可發(fā)現(xiàn)絕緣子徑長是0.5mm的極小缺陷，精確度高；

（3）相控陣超聲法可以在探頭固定時測試復(fù)雜物料。其扇掃圖像具有二維特征，和A 掃圖像對比，可以有效地找到缺陷的徑長與位點，能夠定量分析缺陷的大小與性狀。

（4）相控陣超聲法能夠精確地發(fā)現(xiàn)絕緣子的內(nèi)在缺陷，不過針對徑長極小的懸式絕緣子的測試，需全面分析。

參考文獻：

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