相控陣超聲波檢測(cè)復(fù)合絕緣子內(nèi)部缺陷

閆軍帥

摘要：對(duì)于電網(wǎng)的安全維護(hù)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(duì)其在常規(guī)對(duì)接、硅橡膠中端氣孔漏缺及斷面缺縫、芯棒和傘裙護(hù)套相融差等四類狀況，通過相控陣超聲波探傷設(shè)備實(shí)施無損測(cè)試。然后針對(duì)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(jìn)行比較分析，得出通過超聲波相控陣方法可以更精準(zhǔn)、有效地確定缺陷信息。再整理出復(fù)合絕緣子在常規(guī)對(duì)接、缺陷狀態(tài)下的相控陣超聲波圖像的屬性區(qū)別，證實(shí)了在對(duì)復(fù)合絕緣子內(nèi)部缺陷信息進(jìn)行測(cè)試時(shí)，相控陣超聲波測(cè)試法發(fā)揮的作用，以此能夠明確一個(gè)全新的檢測(cè)方向。

關(guān)鍵詞：復(fù)合絕緣子；無損檢測(cè)；超聲波；相控陣；超聲脈

對(duì)于電力系統(tǒng)的安全維護(hù)來說，復(fù)合絕緣子屬于一個(gè)非常重要設(shè)備，其功能是：懸置導(dǎo)線，將高壓線與桿塔進(jìn)行隔絕。其質(zhì)量的好壞和電力系統(tǒng)的安全維護(hù)存在一定的關(guān)聯(lián)性。從二十世紀(jì)五十年代之后，絕緣子得以順利研制，其優(yōu)勢(shì)是：體積小、自重輕、抗污性強(qiáng)、絕緣性高等，對(duì)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(hù)套內(nèi)氣孔斷裂、芯棒和護(hù)套分離等現(xiàn)象，對(duì)此，隱匿型缺陷則會(huì)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全維護(hù)帶來不利的干擾。所以，必須在對(duì)絕緣子內(nèi)部缺陷進(jìn)行測(cè)試的過程中，一定要找到一個(gè)更精準(zhǔn)、更有效的測(cè)試方法。

1 相控陣超聲波檢測(cè)工作機(jī)制

對(duì)于超聲波檢測(cè)法來說，假若必須對(duì)物體中的特定區(qū)域進(jìn)行顯像，那么則可選擇聲束掃描法。對(duì)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(lì)和接收脈沖的時(shí)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(shí)的相位關(guān)系，達(dá)到聲束位置、凝聚點(diǎn)的調(diào)整，以此來合成相控波束，進(jìn)行顯像。對(duì)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(gè)晶振片。而對(duì)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(gè)彼此獨(dú)立的壓電晶片創(chuàng)建陣列，各晶片代表著一個(gè)單元，根據(jù)特定時(shí)序通過電子系統(tǒng)進(jìn)行激發(fā)管理，讓陣列里每個(gè)單元發(fā)射的超聲波進(jìn)行合成，以此構(gòu)建一個(gè)全新的波陣面。并且，當(dāng)反射波在接收期間，根據(jù)特定時(shí)序?qū)邮諉卧M(jìn)行管理，且合成信號(hào)，然后把合成結(jié)果進(jìn)行顯像。

2 相控陣超聲波檢測(cè)試驗(yàn)

2.1 聲阻抗匹配

當(dāng)換能儀的壓電晶片透聲層的寬度是1/4 波長(zhǎng)條件下，透射率最高，則可以讓聲強(qiáng)實(shí)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(duì)接面處，能夠讓超聲波聲強(qiáng)最大程度地運(yùn)輸至硅橡膠護(hù)套中，可以降低聲強(qiáng)在首界面的反射受損。在進(jìn)行試驗(yàn)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(zhǎng)，可選擇直接碰觸方法，所選有的耦合劑是機(jī)油（質(zhì)量密度920kg/m3，聲速1.39km/s，聲阻抗率1.28MPas/m）

2.2 試驗(yàn)試品

若滿足超聲探傷設(shè)備探頭的徑度要求，該試驗(yàn)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(zhǎng)是1520mm，套筒的外內(nèi)徑各是330mm和300mm，大小傘徑長(zhǎng)各是484mm和424mm，大小傘距各是96mm和32.5mm，傘裙護(hù)套尺寸是3mm。

3 特殊缺陷圖像鑒別和研究

3.1 傘裙護(hù)套和芯棒融合良好狀況

該試驗(yàn)扇掃范圍-20—20，縱坐標(biāo)是指波長(zhǎng)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(biāo)值變成真實(shí)值的十倍。A掃圖和扇掃圖間的色帶從高到低是指回波強(qiáng)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(diǎn)的回波幅度愈大。在探頭周圍存在一個(gè)紅色高亮區(qū)，即被測(cè)物表層1mm代表著掃描盲區(qū)。當(dāng)對(duì)A掃圖像進(jìn)行分析時(shí)，在1-2.5mm范圍內(nèi)是白色，無回波，由此來看，這位點(diǎn)并未缺陷。當(dāng)長(zhǎng)度是2.6mm時(shí)，形成幅度極大的回波，這就是玻璃纖維芯棒和傘裙護(hù)套的隔絕處，有一個(gè)底面回波。而對(duì)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(hù)套的隔絕點(diǎn)。

3.2 護(hù)套中端氣孔缺陷

對(duì)于芯棒和傘裙護(hù)套中間的區(qū)域來說，形成一個(gè)徑長(zhǎng)是0.5mm的氣孔缺陷。因?yàn)楣柘鹉z是存在彈性的，在檢測(cè)期間可將針置于缺陷處，以此確保缺陷外型固定。對(duì)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(hù)套間（0-2.8mm區(qū)域）的1.7mm處形成一個(gè)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?yàn)樘筋^表層是水平，不過被測(cè)物的表層形成特定曲率，對(duì)此，這并非屬于絕對(duì)的融合而造成的影響；并且，當(dāng)人為形成缺陷時(shí)，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(zhǎng)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(dāng)硅橡膠中斷形成斷裂缺陷時(shí)，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(duì)此也會(huì)形成相同波形，且在2.1與 2.4mm處最明顯。

3.4 傘裙護(hù)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(hù)套融合不良，同時(shí)缺陷有片狀特點(diǎn)。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(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)絕緣子氣孔缺陷、中端斷裂缺陷、芯棒和護(hù)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(zhǎng)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(shí)測(cè)試復(fù)雜物料。其扇掃圖像具有二維特征，和A 掃圖像對(duì)比，可以有效地找到缺陷的徑長(zhǎng)與位點(diǎn)，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(duì)徑長(zhǎng)極小的懸式絕緣子的測(cè)試，需全面分析。

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