高壓電氣設(shè)備絕緣診斷聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)

劉增博 吳川 楊博

【摘 要】眾所周知，當(dāng)今電力行業(yè)迅速發(fā)展，大量的高壓電氣設(shè)備被應(yīng)用到電力系統(tǒng)發(fā)電側(cè)和輸配電單元中，其安全可靠性對(duì)電網(wǎng)正常運(yùn)行起著非常重要作用，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)保障。為了確保設(shè)備與工作人員的安全，這些電氣設(shè)備使用了大量的聚合物復(fù)合絕緣材料，雖然此類(lèi)絕緣材料相比傳統(tǒng)絕緣而言，其性能更加優(yōu)異，但是也存在著弊端，如：絕緣件在加工時(shí)會(huì)出現(xiàn)氣泡、夾雜雜質(zhì)等，如果處理不當(dāng)，均會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備在運(yùn)行中產(chǎn)生局部放電、加速老化等，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行埋下安全隱患。

【關(guān)鍵詞】高壓電氣設(shè)備；絕緣診斷；聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)

引言

聚合物復(fù)合材料被廣泛用于高壓電氣設(shè)備的絕緣系統(tǒng)中。復(fù)合絕緣制作加工過(guò)程中，絕緣-導(dǎo)體界面或絕緣內(nèi)稍有不慎就會(huì)殘留有氣泡。高壓電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)，氣泡引起局部放電，加速絕緣老化，絕緣內(nèi)逐漸形成分層、裂紋或樹(shù)狀的導(dǎo)電通道等絕緣缺陷，最終貫穿整個(gè)絕緣結(jié)構(gòu)時(shí)，造成絕緣擊穿。復(fù)合絕緣不透明，不能肉眼檢查絕緣缺陷，通常用局部放電測(cè)量來(lái)評(píng)估。但是，局部放電測(cè)量無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別缺陷形態(tài)、量化缺陷大小、定位缺陷位置，無(wú)法研究絕緣老化過(guò)程中缺陷的發(fā)生和擴(kuò)展等物理或化學(xué)過(guò)程。近來(lái)，動(dòng)態(tài)力學(xué)分析和聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)成為絕緣老化機(jī)理研究和絕緣缺陷檢測(cè)的有力手段。

1高壓電氣設(shè)備絕緣診斷概述

以往的絕緣診斷試驗(yàn)項(xiàng)目中主要有直流泄漏電流、絕緣電阻、介損、直流耐壓以及交流耐壓試驗(yàn)。采用絕緣性能試驗(yàn)?zāi)軌蚨ㄆ跈z測(cè)電氣設(shè)備的絕緣性能，進(jìn)而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)高壓電氣設(shè)備基本的絕緣狀況，分析絕緣老化狀態(tài)。對(duì)于表征絕緣性較差的部分，應(yīng)組織人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷，同時(shí)開(kāi)展檢修工作，保證高壓電氣設(shè)備運(yùn)行的安全性。

絕緣電阻試驗(yàn)的過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)變壓器的吸收比試驗(yàn)不達(dá)標(biāo)，絕緣電阻的絕對(duì)值較高但吸收比較小，則可將變壓器設(shè)備歸為不合格產(chǎn)品。采用極化指數(shù)試驗(yàn)的方式能夠保證判斷的科學(xué)性與準(zhǔn)確性，同時(shí)也為判斷提供了諸多的便利。吸收比試驗(yàn)的時(shí)間為60s，介質(zhì)極化剛剛開(kāi)始，故而其也無(wú)法反映絕緣的實(shí)際情況，檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性較低。極化指數(shù)試驗(yàn)時(shí)間為600s，介質(zhì)極化過(guò)程雖然并未完成，但是其已趨于穩(wěn)定狀態(tài)，因此能夠更加科學(xué)和準(zhǔn)確地檢測(cè)出高壓電氣設(shè)備絕緣的基本情況。

2聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)

2.1聲發(fā)射技術(shù)

聲發(fā)射現(xiàn)象，是由于材料受到的外力或者是內(nèi)部殘余應(yīng)力過(guò)于集中，使材料發(fā)生變形、破壞等問(wèn)題，而作用在材料上的很多現(xiàn)象都是由于多余的彈性波釋放。聲發(fā)射技術(shù)主要是指在電力設(shè)備中通過(guò)聲波發(fā)射而進(jìn)行監(jiān)測(cè)的技術(shù)，主要通過(guò)運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)此規(guī)律來(lái)判定絕緣規(guī)律、發(fā)展規(guī)律，從而進(jìn)行研究的一種技術(shù)。尤其是在電應(yīng)力的作用下，局部放電脈沖電流持續(xù)時(shí)間較短，伴有超聲波能量釋放。因此，利用聲發(fā)射技術(shù)能夠?qū)^緣性能的好壞進(jìn)行測(cè)量。雖然目前國(guó)內(nèi)外都已經(jīng)先對(duì)變壓器聲發(fā)射法局部放電定位展開(kāi)了研究，局部放電發(fā)射技術(shù)在理論上已經(jīng)十分成熟，但是由于在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，變壓器油中會(huì)有多個(gè)放電源存在，因此，其數(shù)字信號(hào)處理十分復(fù)雜，極易給后期的結(jié)果分析帶來(lái)巨大的困難。

2.2聲學(xué)敲擊檢測(cè)技術(shù)

聲學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展也是頗為坎坷的，自其出現(xiàn)至今，雖然采用過(guò)多種技術(shù)改進(jìn)，但是聲學(xué)敲擊檢測(cè)技術(shù)卻是一直在使用，聲學(xué)敲擊監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠使用至今，主要是因?yàn)槠錂z測(cè)操作過(guò)程簡(jiǎn)單便捷，但是也因?yàn)槠浜?jiǎn)單的性質(zhì)，在檢測(cè)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際不相符等情況，所以，一般不會(huì)將該技術(shù)使用在大型的檢測(cè)中，而是將其作為輔助手段，在使用其他技術(shù)檢測(cè)完成時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充。聲學(xué)敲擊檢測(cè)技術(shù)的原理非常簡(jiǎn)單，首先要確定檢測(cè)位置，然后使用工具對(duì)檢測(cè)物體進(jìn)行敲擊，從敲擊的聲音來(lái)判斷被檢測(cè)物體是否存在缺陷，在敲擊檢測(cè)前，通常會(huì)先敲擊正常設(shè)備，然后根據(jù)正常設(shè)備發(fā)出的聲音來(lái)判斷被檢測(cè)設(shè)備是否存在缺陷。但是通過(guò)該方法檢測(cè)及結(jié)果比較容易出錯(cuò)。隨著信息化技術(shù)的愈加完善，將信息化的技術(shù)運(yùn)用到聲學(xué)敲擊技術(shù)中，大大提高了該技術(shù)的檢測(cè)準(zhǔn)確性，主要是在聲傳感器中加入數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)證明，將數(shù)字化信號(hào)技術(shù)應(yīng)用到聲學(xué)敲擊檢測(cè)技術(shù)中，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出絕緣設(shè)備存在的缺陷，但是該技術(shù)也存在著些許不足，因?yàn)槁曇魝鞲衅鲗?duì)于聲音較為敏感，所以容易受到其他聲音的干擾而影響檢測(cè)結(jié)果。

2.3超聲檢測(cè)技術(shù)

在瓷盤(pán)絕緣子和發(fā)電機(jī)定子絕緣缺陷檢測(cè)中，主要應(yīng)用橫波檢測(cè)的方式，在制作瓷盤(pán)絕緣子的過(guò)程中容易出現(xiàn)亞表面裂紋問(wèn)題，故而常規(guī)的檢測(cè)方式無(wú)法保證檢測(cè)的效果。超聲波檢測(cè)能夠在絕緣內(nèi)部發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)的橫波，并利用反射波傳播的時(shí)間檢測(cè)瓷盤(pán)內(nèi)亞表面裂縫。若在檢查中沒(méi)有出現(xiàn)明顯的缺陷，則探傷儀屏幕上就會(huì)出現(xiàn)瓷圓柱體斷面的反射波。若檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)裂紋，瓷圓柱的斷面就會(huì)產(chǎn)生缺陷波。在定點(diǎn)發(fā)電機(jī)缺陷檢測(cè)的過(guò)程中，主要采用超聲橫波測(cè)試，斜探頭檢測(cè)主要涉及到超聲橫波發(fā)射和接收兩個(gè)方面。試驗(yàn)證明，受到熱循環(huán)的影響，定子線棒會(huì)出現(xiàn)脫殼現(xiàn)象，探頭所接收到的超聲波幅值也會(huì)有所減小。超聲探頭能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備中的多種微觀缺陷進(jìn)行有效的檢測(cè)。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，縱波檢測(cè)法對(duì)厚度為70-80mm的合成樹(shù)脂絕緣材料具有良好的檢測(cè)效果，同時(shí)可對(duì)厚度為20-30mm的樹(shù)脂浸漬紙的絕緣氣隙和裂紋進(jìn)行檢測(cè)，且可實(shí)現(xiàn)較為理想的檢測(cè)效果。

3高壓電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)診斷的低頻超聲監(jiān)測(cè)技術(shù)

將聲學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)運(yùn)用到高壓電氣設(shè)備的絕緣檢測(cè)中，雖然大幅度的提高了檢測(cè)質(zhì)量水平，但是，在長(zhǎng)時(shí)間的使用經(jīng)驗(yàn)表明，聲學(xué)檢測(cè)檢測(cè)技術(shù)可以非常便捷的檢測(cè)出絕緣設(shè)備存在的缺陷，但是在診斷方面卻存在著問(wèn)題。科學(xué)研究表明，絕緣體的老化存在著較多的原因，除了長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)過(guò)電流侵蝕外，主要是其本身的材料原因，眾所周知，無(wú)論材料有著多么大的優(yōu)點(diǎn)，均存在著或大或小的缺陷，絕緣體的缺陷除了其本身性能缺陷之外，還有這微觀方面的缺陷。所以，為了能夠更好的掌握高壓電氣設(shè)備運(yùn)行安全狀態(tài)，必須要加強(qiáng)絕緣設(shè)備的檢測(cè)技術(shù)，近年來(lái)，出現(xiàn)了低頻超聲檢測(cè)技術(shù)，經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)人士測(cè)試發(fā)現(xiàn)，將該技術(shù)運(yùn)用在高電壓絕緣設(shè)備的檢測(cè)中，將會(huì)具有非常良好的效果。超聲波是聲波的一中，首次發(fā)現(xiàn)于蝙蝠的身上，蝙蝠通過(guò)超聲波來(lái)判斷前方是否有物體阻礙前行，人類(lèi)通過(guò)對(duì)其研究發(fā)現(xiàn)了超聲波技術(shù)，目前該技術(shù)被用于多個(gè)領(lǐng)域，均有建設(shè)性的發(fā)展，在高壓電氣設(shè)備的絕緣檢測(cè)中，采用低頻監(jiān)測(cè)技術(shù)，不僅可以對(duì)絕緣體進(jìn)行檢測(cè)，還能夠?qū)ζ溥M(jìn)行診斷，其結(jié)論可以為相關(guān)管理部門(mén)提前采取措施提供依據(jù)。低頻超聲檢測(cè)技術(shù)的絕緣測(cè)量指標(biāo)有兩種，首先是低頻超聲波在絕緣體中的傳播速度，其次是低頻超聲波的衰減系數(shù)等，且檢測(cè)項(xiàng)目較多，但判斷標(biāo)準(zhǔn)主要是絕緣體的密度及彈性。將低頻超聲波運(yùn)用到高壓電氣設(shè)備的絕緣檢測(cè)中，不僅讓高壓電氣設(shè)備能夠持續(xù)穩(wěn)定供電，而且其診斷技術(shù)可以讓相關(guān)管理部門(mén)防患于未然，大大提高了電力管理部門(mén)的工作效率，為我國(guó)電力企業(yè)的穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展提供了助力。

結(jié)語(yǔ)

不同的聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)也有所不同，在現(xiàn)階段的檢測(cè)工作中，我們依然要解決一些困擾檢測(cè)工作發(fā)展的問(wèn)題，同時(shí)有關(guān)人員也應(yīng)積極采取有效措施推動(dòng)高壓電氣設(shè)備絕緣診斷技術(shù)的發(fā)展，從而使其能夠充分地發(fā)揮自身的作用與價(jià)值，提高電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]齊欣，李思彬.高壓電氣設(shè)備絕緣診斷的聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)[J].黑龍江科學(xué)，2016，7（09）：22-23

（作者單位：西安熱工研究院有限公司）