变电站支柱瓷绝缘子超声波检测工艺方法的选择和试验分析

    支柱瓷绝缘子主要是对变电站和发电厂升压站的母线和开关刀闸起到支撑和隔离绝缘的作用,是发电厂和变电站的重要组成设备。近年来,国家电网公司和各省区供电系统先后发生了数起因支柱绝缘子断裂导致的停电事故以及检修人员被突然断裂的绝缘子砸死和砸伤的事故,不但经济损失巨大,而且严重影响供电系统的安全稳定运行。

    目前我国电力系统所用的支柱瓷绝缘子都是在高温下烧结而成的无机绝缘电瓷材料,其表面一般覆盖一层玻璃质的平滑薄层釉。陶瓷材料的脆性较大,其断裂特点是在室温拉伸下不出现塑性变形,弹性变形结束后即发生脆性断裂。由于绝缘子断裂破坏的突然性,因此必须在破坏前将其内外部裂纹和空隙贯通等缺陷检测出来,及时消除隐患,以保证电网的安全供电[1]。

    由于瓷绝缘子材料与金属材料不同,而且由于其运行工作位置和方式的特殊性,导致许多无损检测方法都不适用。目前国内外采用的红外线、紫外线和激光对绝缘子进行的带电巡查,只对瓷绝缘子串和支柱绝缘子感应电压高的上部的能见部分有效,而且还受到绝缘子表面污秽程度、负荷、辐射角度、方向、距离和天气等因素的综合影响。采用不同探头相结合的超声波检测方法对瓷绝缘子的内外部裂纹和内部空隙缺陷进行检测具有检出率高、方便快捷的优点,而且不受以上诸因素的影响,只需在停电检修时,通过使用不同功能的换能器就可以实现对绝缘子容易失效断裂的部位进行全面质量检测,所以能从根本上杜绝和减少绝缘子断裂失效事故的发生,对整个电网的安全稳定供电意义重大[2]。

 1　支柱瓷绝缘子超声波检测工艺的选择

    根据美国西屋研究试验室的Clark和Logsdon用线弹性断裂力学方法研究的绝缘子等陶瓷材料的应力强度因子表达式,可以得出不同形状的表面缺陷的临界裂纹尺寸,经计算其最小临界裂纹尺寸为5 mm。又由于支柱瓷绝缘子透声性能和声速与钢近似,其2.5 MHz的纵波波长约为2.41 mm,纵波检测灵敏度约为1.2 mm。同时,波的纵波声速大于横波声速,满足前述支柱瓷绝缘子断裂临界尺寸5 mm的检出要求。这就为对绝缘子进行超声波检测时选择探伤方法和确定灵敏度提供了技术依据支柱瓷绝缘子的断裂失效原因较为复杂,主要有产品的质量、设计、安装运输、支柱瓷绝缘子老化和运行维护等问题。青海省电力试验研究所有关技术人员对现场断裂的支柱瓷绝缘子进行了大量的统计分析,发现支柱瓷绝缘子的断裂主要发生在底座金具(铸铁法兰)和瓷绝缘子结合部位,因为该部位受力最大,是整个绝缘子的应力集中区。该部位是由陶瓷、水泥和金具紧密粘结在一起,而三种材料的线性膨胀系数和导热系数都是不同的。所以,除了瓷绝缘子本身制造质量严重不合格以外,绝大部分瓷绝缘子的断裂破坏都是由此处产生的裂纹导致的。所以,瓷绝缘子超声波检测工艺的选择原则就是将绝缘子易发生破坏的应力集中区的内外部缺陷检测出来,其中主要是裂纹缺陷^[3]