赵鑫成
国网福建检修公司 福建福州 350013
摘要：绝缘子是电网中的大部件，其质量直接关系到电网的安全运行。由于高压运行的长期运行和露天环境的侵蚀，在役绝缘子不可避免地失效。在不损坏支柱绝缘子的前提下，采用超声波监测技术，借助先进的技术和设备器材，对绝缘子的内部及表面的结构，性质，状态进行检查和测试，可以及时发现绝缘子存在的缺陷，避免绝缘子断裂事故的发生。
关键词：支柱绝缘子 超声波检测 电力系统
1.概述
绝缘子是电网中的大部件，其质量直接关系到电网的安全运行。由于高压运行的长期运行和露天环境的侵蚀，在役绝缘子不可避免地失效。在国内外电网中，由于绝缘子失效，导致绝缘子发生脆性或击穿事故，造成了严重的经济损失。
检测刚从工厂运出或未在电网上使用的绝缘子相对容易。然而，故障基本上是现场绝缘子，在通电后经历了长期的风吹日晒、雨水侵蚀和应力集中的经验。产生裂缝和其他缺陷，然后更可能导致电源故障。如何对在用绝缘子进行超声波探伤?在不损坏支柱绝缘子的前提下，采用超声波监测技术，借助先进的技术和设备器材，对绝缘子的内部及表面的结构，性质，状态进行检查和测试，可以及时发现绝缘子存在的缺陷，避免绝缘子断裂事故的发生。
2.超声检测工作原理
目前使用的绝缘子按材质分为陶瓷绝缘子、复合绝缘子和玻璃绝缘子，按用途分为变电站绝缘子和线路绝缘子。在役各类绝缘子的无损检测效果不仅与检测方法有关，而且与在役绝缘子失效的特点和位置密切相关。超声检测工作原理为发射电路受触发产生高频窄脉冲，加至探头，激励压电晶片振动，产生超声波。超声波在绝缘子中传播，遇到缺陷或底面发生反射，返回探头，又被压电晶片转变为电信号，经接收电路放大和检波，在水平扫描线的相应位置上产生缺陷波和底波。根据缺陷波的位置可以确定缺陷的埋藏深度，根据缺陷波的幅度可以估算缺陷当量的大小。
3.超声波检测方法
根据所采用超声波的波型，超声波检测方法可分为纵波法、横波法、表面波法和爬波法等，下面对支柱绝缘子超声波检测主要采用的纵波法，表面波及爬波法进行介绍。
一是纵波法。使用纵波进行检测的方法称为纵波法。在相同介质中，纵波的传播速度最大，穿透能力强，对晶界反射或散射的敏感性不高，因此纵波法可检测厚度是所有波型中最大的，且可用于粗晶材料的检测。纵波直探头检测时，若探头波束轴线无偏离，则发现缺陷时缺陷位于中心轴线上，可根据缺陷反射波最高时探头位置及仪器显示的缺陷反射波声程。
二是表面波及爬波法。使用表面波进行检测的方法称为表面波法，由于表面波仅沿表面传播，而且衰减较大，因此表面波法可以用于表面光滑的瓷绝缘子表面缺陷的检测。当纵波入射角位于第一临界角附近时在瓷绝缘子中产生的表面下纵波称为爬波，利用爬波进行检测的方法即爬波法，这种方法对于检测表面比较粗糙的瓷绝缘子的表面缺陷具有比表面波法更高的灵敏度和分辨力。表面波及爬波检测时缺陷定位方法与纵波检测基本相同，只是缺陷位于绝缘子表面，并正对探头中心轴线。
4.探头的选择
超声波检测时，超声波的发射和接收都是通过探头来实现的。探头的种类很多，结构形式也不一样。检测前应根据被检绝缘子的结构尺寸、声学特性和检测要求来选择探头。探头的选择包括探头形式、频率、晶片尺寸和斜探头K值的选择等。
纵波直探头声束轴线垂直于检测面，主要用于检测与检测面平行或近似平行的缺陷。表面波和爬波探头主要用于检测表面缺陷，双晶探头用于检测近表面缺陷。频率的高低对检测有很大影响。频率高，灵敏度和分辨力高，指向性好，对检测有利。但另一方面，频率高，近场区长度大，衰减大，又对检测不利。在实际检测中应综合考虑各方面因素，合理选择频率。通常在保证检测灵敏度的前提下尽可能选择较低频率。
对于晶粒较细的工件，由于衰减较小，可选用较高频率，常用2.5~5MHz。而对于晶粒较粗的工件，由于晶界对声波的散射，若频率过高，则衰减严重，产生林状回波，信噪比下降，严重时甚至无法检测，因此应选择较低频率，常用0.5～2.5MHz。晶片大小影响声束指向性、近场区长度和远距离缺陷检出能力。实际检测中，检测面积范围大时，为了提高检测效率，宜选用晶片尺寸较大的探头。检测厚度大时，为了有效发现远距离缺陷，也应选用晶片尺寸较大的探头。而对于小型绝缘子，为了减小近场区长度，增大有效检测范围，应选用晶片尺寸较小的探头。对于检测面不太平整、曲率较大的位置时，为了保证探头与工件良好接触、减小耦合损失，也应选用晶片尺寸较小的探头。
5.探伤仪的调节
在实际检测中，为了在确定的探测范围内发现规定大小的缺陷，并准确对缺陷定位和定量，必须在检测前正确调节仪器。仪器的调节通常包括扫描速度的调节和灵敏度的调节。
一是扫描速度的调节。仪器示波屏上时基扫描线的水平刻度值与实际声程的比例关系称为扫描速度或时基扫描线比例。 对于数字式探伤仪，缺陷位置参数是根据超声波传播时间、材料声速、探头折射角由仪器计算并显示出来的，仪器调节主要是零位调节、声速调节和探头折射角调节。
通常利用已知声程的参考反射体的回波来调节仪器。首先根据参考反射体的声程选择合适的扫描范围，一般选择为100mm（即示波屏满刻度代表声程100mm），并大致设定声速，然后利用具有不同声程的两个参考反射体回波，反复调节仪器的声速和零位，使两个回波的前沿分别位于示波屏上与其声程相对应的水平刻度处，最后根据实测结果设定探头折射角，并根据实际检测范围调整合适的扫描范围。必须指出的是，对于数字式探伤仪，扫描范围（时基扫描线比例）只是影响示波屏的显示范围，在检测中可以根据需要任意调节，并不影响缺陷位置参数的正确显示。纵波检测一般利用具有不同厚度的试块的底面反射来调节仪器；表面波检测采用不同声程的端角反射来调节；爬波检测常采用表面加工有线切割槽的试块进行调节。
二是检测灵敏度的调节。调整检测灵敏度的目的在于发现工件中规定大小的缺陷，并对缺陷定量。检测灵敏度太高或太低都对检测不利。灵敏度太高，示波屏上杂波多，判断困难。灵敏度太低，容易引起漏检。实际检测中，在粗探时为了提高扫查速度而又不致引起漏检，常常将检测灵敏度适当提高，这种在检测灵敏度的基础上适当提高后的灵敏度叫做搜索灵敏度或扫查灵敏度。调整检测灵敏度的常用方法有试块调整法和工件底波调整法两种。调整检测灵敏度一般采用试块调整法，根据待检测绝缘子对灵敏度的要求选择相应的试块，将探头对准试块上的人工缺陷，调整仪器上的有关灵敏度旋钮，使示波屏上人工缺陷的最高反射回波达基准高。必要时考虑对待检测绝缘子与试块因耦合和衰减不同而引起的声能传输损耗差进行补偿。
参考文献：
[1]何喜梅;闫斌;邓大勇;王志惠;李生平;;在役支柱瓷绝缘子超声波检测波形分析[J];青海电力;2011年03期
[2]李晓红;王敏;吴敏;陈开路;;支柱瓷绝缘子的超声检测有效性[J];中国电机工程学报;2006年09期
[3]李晓红;郭慧英;刘云;李静;;基于振动法检测的瓷绝缘子损伤探讨[J];高压电器;2009年01期