合成绝缘子内部缺陷的超声检测

　　合成绝缘子是一种新型的复合材料绝缘子,目前已成为我国输电线路上悬挂传送电能导线的重要部件,2000年底挂网运行近45万只[1]。合成绝缘子的基本结构见图1,其芯棒由树脂浸渍的几万根玻璃纤维构成,以保证芯棒有足够高的机械强度;芯棒外部的护套和伞裙一般用硅橡胶材料制作。据文献[2~4]统计报道,合成绝缘子上网运行后,发生的界面击穿和芯棒脆断成为危害最大的故障;此外芯棒的机械强度下降是电网安全运行的潜在威胁。为此研究了用超声波法检测合成绝缘子界面气隙以及芯棒的机械强度下降。

　　1 硅橡胶和芯棒材料的声

　　为了选择和确定超声检测的实验条件以及合适的方法,首先对组成绝缘子的各种材料的声学特点进行了测试研究。

　　1.1 声速和声衰减系数的测试

　　采用HS-400型数字化超声探伤仪,利用不同频率的探头,测得含填料硅橡胶和芯棒的声速、声衰减等特征参数(图2,3)。

　　由图2可知,芯棒中的声速比较高,而硅橡胶中的声速则比较低,并且在一般的频率范围内,声速几乎不随入射的超声频率变化。图3显示出两者的声衰减系数较大,尤其是硅橡胶,随着频率的增加,衰减急剧增加,使进入绝缘子的声波功率大大减少。这应是超声检测合成绝缘子重点关注的问题。

　　1.2 芯棒与硅橡胶的声阻抗

　　在绝缘子上取芯棒和硅橡胶试样,采用称出质量和量出体积的方法,测得绝缘子芯棒和硅橡胶的密度为2.072和1.620g/cm³,根据图2中芯棒和硅橡胶的声速3190和1024m/s,可计算出芯棒和硅橡胶的声阻抗Z分别为6.609X10⁶和1.659X10⁶kg/m².s(Z=ρM;ρ为弹性介质的密度,M为弹性介质的声速)。

　　2 合成绝缘子界面气隙的超声检测

　　在无损检测的诸多手段中,超声波检测具有对面状缺陷十分敏感的特点,且检测速度快。所以重点研究了用超声检测合成绝缘子护套与芯棒之间气隙的方法。

　　2.1 耦合剂与探头的选择

　　硅橡胶和芯棒的衰减系数都比较大,使得超声波穿透困难,虽然可通过提高发射电压来补偿,但会受到探伤仪器发射功率的限制,可采用合适的耦合剂以及一定频率的探头进行补偿。

　　常用耦合剂如机油、水、水玻璃和甘油的声阻抗分别为1.28X10⁶,1.48X10⁶,2.17X10⁶和2.43X10⁶kg/m².s。

　　由上可知,硅橡胶的声阻抗为1.659X10⁶kg/m².s,当分别用机油、水、水玻璃和甘油作为耦合剂时,其声压往复透射率的理论值分别为98134%,99.67%,98.21%和96.44%。比较发现,用水作耦合剂最理想,但现场水浸探伤十分不便,而机油的声压往复透射率仅次于水,且不损害绝缘子,因此选择机油作为探伤的耦合剂。