超聲波檢測技術(shù)在電力設(shè)備絕緣診斷中的應(yīng)用
引 言

電力設(shè)備是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中zui重要的裝置之一， 一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，就有可能引起工業(yè)系統(tǒng)的癱瘓，造成重大經(jīng)濟損失。目前，我國電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備，主要按照《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》定期進行預(yù)防性試驗，以診斷絕緣狀態(tài)，確定設(shè)備是否可以繼續(xù)投入運行。這些方法對保證電力系統(tǒng)安全運行起到了重要的作用。但是，隨著電氣設(shè)備的發(fā)展和經(jīng)濟需求的變化，這些傳統(tǒng)的絕緣診斷方法顯得不再適應(yīng)，被測試的設(shè)備在測試期間要斷電，這樣就不能完全真實地反映設(shè)備在運行狀態(tài)下的電場、溫度、環(huán)境等的影響作用，不容易發(fā)現(xiàn)設(shè)備在運行狀態(tài)下絕緣缺陷，并且存在“檢測過度”的缺點。因此，目前國內(nèi)外都十分重視設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測技術(shù)的研究。在線監(jiān)測可在不變動設(shè)備接線，不影響設(shè)備運行的情況下，快速、方便地進行，減輕了試驗、檢修人員的勞動強度，提高了測試效率。更為重要的是，在線監(jiān)測能更真實地反映設(shè)備絕緣運行中的狀態(tài)，更容易發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣的隱患。已被越來越多的電力部門所采用。超聲波檢測技術(shù)作為設(shè)備狀態(tài)檢測的主要手段已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，發(fā)揮了重要的作用。在高壓設(shè)備絕緣在線狀態(tài)監(jiān)測中，它以非接觸，遠(yuǎn)距離檢測為主要優(yōu)點，正好克服了高壓設(shè)備在線監(jiān)測中不易靠近，不易接觸的困難，保證了檢測人員和檢測設(shè)備的安全，對高壓設(shè)備的正常運行又不產(chǎn)生影響，是理想的檢測手段。

一、電力高壓絕緣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測的現(xiàn)狀

近年來，狀態(tài)監(jiān)測在電力系統(tǒng)中越來越受到有關(guān)管理、科研、運營和工程技術(shù)人員的重視?？梢钥隙ǖ卣f，廣泛采用狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)是電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。隨著科技的發(fā)展和用戶的需求，目前電力系統(tǒng)中的一些技術(shù)和裝置，已涉及狀態(tài)監(jiān)測，例如一些在線監(jiān)測系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)。雖然這些系統(tǒng)能起到一定的狀態(tài)監(jiān)測的目的，但還不能完全滿足狀態(tài)監(jiān)測的要求。針對不同的電力設(shè)備，已經(jīng)提出了眾多狀態(tài)監(jiān)測方法，其中有許多是通用的，如振動分析法、油中氣體分析法、局部放電檢測法、絕緣恢復(fù)電壓法等。在高壓設(shè)備絕緣狀態(tài)監(jiān)測方面，局部放電檢測法是主要的檢測手段。局部放電既是設(shè)備絕緣系統(tǒng)老化的征兆，也是造成絕緣老化的一個重要機理。所以局部放電的測量成為高壓設(shè)備絕緣性能檢測的主要特征。專門對局部放電進行測量是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的一個重要方面。常用的局部放電檢測方法有聲學(xué)檢測、光學(xué)檢測、化學(xué)檢測、電氣測量等方法。國外zui常用的一種在線局部放電檢測法是聲學(xué)檢測法。

二、電力高壓絕緣設(shè)備非接觸檢測的方法

非接觸檢測方法的zui大特點是傳感器與被測物無需接觸和電線連接，所以非接觸檢測在高溫、高壓、遠(yuǎn)距離等人不易接近的地方有其獨特的優(yōu)勢。通常非接觸檢測的通信媒介主要有：聲波、電波、光波、射線等在空氣中可傳輸?shù)牟āz測的物理量主要也是：聲波、電波、光波、射線等被檢測物輻射的物理量。

非接觸檢測對象主要具有如下特征：

(1)遠(yuǎn)距離物體；

(2)高溫或高壓狀態(tài)下的物體；

(3)運動中的物體；

(4)密封裝置中的物體；

(5)大量分布的物體；

(6)特殊環(huán)境下無法接觸的物體。

通常處于高壓狀態(tài)下的電力高壓設(shè)備，對它的檢測作業(yè)及檢測系統(tǒng)，必須采取絕緣措施。所以，從安全性和經(jīng)濟方面考慮，采用非接觸的檢測方式是高壓設(shè)備檢測的zui佳選擇。電力高壓設(shè)備的非接觸檢測中，采用的檢測方式主要有聲波、光波、熱能、電波、氣體等。

三、超聲波檢測技術(shù)在高壓設(shè)備絕緣狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用

電力設(shè)備中高壓絕緣體發(fā)生劣化時會發(fā)生局部放電，從而產(chǎn)生超聲波。當(dāng)發(fā)電設(shè)備材料發(fā)生龜裂，電站蒸氣管道出現(xiàn)泄漏，機器運行產(chǎn)生異常的振動，這時也會發(fā)出超聲波信號。通過對超聲的檢測可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障。通常使用被動的檢測方式能夠檢測出導(dǎo)體和絕緣體的老化、污穢的程度、表面的放電、開關(guān)裝置的輕微振動、導(dǎo)線的節(jié)點等的在線故障。使用主動的檢測方式，向機器和材料發(fā)射一定頻率的超聲波，通過檢測其反射波的強度，相位和頻譜可以檢測導(dǎo)體和絕緣體的內(nèi)部損傷和絕緣內(nèi)部的空隙。傳統(tǒng)的非接觸高壓絕緣狀態(tài)檢測方法是使用紅外熱成像儀或紅外測溫儀顯示絕緣的發(fā)熱點。但是在高壓絕緣設(shè)備中，電暈，火花放電并不一定產(chǎn)生大的熱量，絕緣體周圍的高溫可能會掩蓋這些發(fā)熱點，給檢測帶來困難。但是，可以肯定的是絕緣體發(fā)生故障時會產(chǎn)生超聲波，使用超聲波檢測技術(shù)能夠檢測到發(fā)出超聲波的故障絕緣位置。目前超聲波測量法已得到廣泛應(yīng)用，如絕緣材料放電的研究，氣隙的放電和樹脂主通道上的放電研究，高壓測量，電力設(shè)備局部放電的測量與定位等。在歐美國家，近年來超聲波檢測技術(shù)在電力設(shè)備的在線監(jiān)測中應(yīng)用越來越多，例如：美國、加拿大利用超聲波檢測技術(shù)診斷電力電容器、GIS、互感器、變壓器的絕緣缺陷，對電力傳輸線路的絕緣子、線路電暈、節(jié)點松懈振動的在線監(jiān)測和定位，對變電站絕緣立柱表面放電，切換開關(guān)觸電放電等的檢測與定位等等。并且這些發(fā)達(dá)國家的技術(shù)專家會同IEEE的相關(guān)專家一起著手起草相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，超聲波檢測技術(shù)作為電力設(shè)備在線檢測的重要手段越來越受到大家的重視。

四、超聲波檢測儀的測量原理

超聲波檢測高壓設(shè)備的絕緣故障是通過檢測絕緣局部放電的輻射信號來進行。無論是電力線路上大的火花或電弧，還是即使靠近也無法聽見的微弱火花放電。通過超聲波檢測儀都可以檢測到這些很小的放電聲。超聲波檢測的基本原理是使用高靈敏度的窄帶超聲波換能器，采用超外差接收機的工作原理，將超聲波高頻信號變換為音頻信號，經(jīng)過一定的信號處理通過音頻放大將信號顯示或播放出來。用于高壓絕緣設(shè)備局部放電測量的超聲波檢測系統(tǒng)，主要分為傳感器、信號變換與放大、信號處理、顯示及數(shù)據(jù)接口五部分。在非接觸測量中，傳感器應(yīng)具有信號收集功能和信號定向功能。一般的超聲波檢測器其方向性很差，無法定位故障位置。但增加了特殊的超聲波收集器（UWC）后，其方向性變得很好，能夠準(zhǔn)確定位故障點，定位精度可以達(dá)到2^°以內(nèi)，很好地解決了非接觸檢測中定位不準(zhǔn)確的問題。在設(shè)計中我們使用高靈敏度的窄帶超聲波換能器，采用雷達(dá)接收機的工作原理，很好地提高了儀器的信號噪聲比。例如對絕緣子在線監(jiān)測中在10 m以內(nèi)可以準(zhǔn)確定位一串絕緣子中哪一片絕緣子發(fā)生故障。

五、結(jié)論

超聲波檢測技術(shù)是一種有效的、低成本的高壓傳輸和配電設(shè)備絕緣狀態(tài)的檢測手段，它測試方法簡便，在線使用，絕緣故障定位準(zhǔn)確。在歐美等發(fā)達(dá)國家超聲波絕緣狀態(tài)檢測的儀器已使用多年。

其優(yōu)點：

1．可以不用與高壓設(shè)備相接觸。

2．可以在線監(jiān)測，不用停電。

3．在安全距離的范圍可以準(zhǔn)確定位。

4．的應(yīng)用是可以準(zhǔn)確定位絕緣子的表面放電位置。

5．的使用是對絕緣子串故障的掃描定位。

6．帶有遠(yuǎn)距離信號收集器（UWC）時檢測距離可達(dá)30m以上。

其缺點：

1．定位容易受到周圍墻體反射的影響。

2．定性檢測，無標(biāo)準(zhǔn)刻度。

超聲波檢測技術(shù)既適合于戶內(nèi)設(shè)備，也適合于戶外變電站，特別是增加了超聲波遠(yuǎn)距離信號收集器，檢測空中高壓傳輸設(shè)備的絕緣已毫無問題。這種方法也可以適用于全封閉組合電器的檢測，使用了頻譜分析技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別技術(shù)后可更加廣泛地使用于電力系統(tǒng)。特別是超聲波檢測儀可以遠(yuǎn)距離，非接觸檢測，對高壓設(shè)備的絕緣檢測更加適用，更加安全。