发布时间 : 星期日 文章第15章 声学振动检测 - 图文更新完毕开始阅读f2b49d767ed5360cba1aa8114431b90d6c85894c
单、可方便与PC机通讯等特点。
探伤仪外观结构及组成如图15-2所示。
图15-2 声学振动检测仪外观结构图
1）发射器探针：用于发送振动信号； 2）接收器探针：用于接收振动信号；
3）记录存储单元：用于存储采集到的振动数据。 （二）声学振动检测仪工作原理
声学振动检测仪的基本工作原理方框图见图15-3所示，嵌入式系统控制DA输出端口产生一连串具有特定功能的复杂信号，此信号涵盖瓷柱绝缘子的所有振动频率，先经滤波器滤波处理，将电源引入的干扰信号滤除掉、经功率放大器放大至所需的功率后，进行隔离升压用以驱动激振器产生激振信号，此信号经发射探针施加到被测瓷绝缘子上。同时利用接收探针接收此信号，嵌入式系统对此信号进行采集、放大、处理，将其转换为数字信号，存储到内部FLASH中，至此采样完毕。嵌入式系统中嵌入的专业分析软件对此信号进行分析，以功率图谱的形式在显示器上显示出来，同时自动分析绝缘子的机械性能，即时语音播报检测结果。当需要打印检测报告或导出原始数据时，可利用仪器上的USB接口将数据上传给PC机，计算机中的分析软件对此信号进行进一步分析，并自动生成测试报告。
图15-3 声学振动检测仪原理方框图 第三节 声学振动检测及诊断方法
一、检测方法
支柱瓷绝缘子的基本检测方法是按照评估支柱绝缘子的机械强度状况准则，对支柱瓷绝
缘子施加一定的激励脉冲信号，使支柱瓷绝缘子受到激发产生振动，采集并记录工件的振动特征，并通过频谱分析得到其振动频谱，据此可以判断支柱瓷绝缘子是否开裂破损。其基本的检测示意图如图15-4所示。
图15-4 声学振动检测示意图
声学振动检测的基本流程为：正确将绝缘杆与仪器相连接—接通电源—手持绝缘杆，将仪器触头与绝缘子法兰相接触—对绝缘子施加一定的力，使其产生激发信号，并保持1-6S—待听到提示音后，方可停止激发，信号采集完毕—将采集到的信号导入电脑中的分析软件，并转换成反应频谱图—对转换后的频谱图进行判读，判定绝缘子合格与否。
在对支柱瓷绝缘子进行振动检测过程中，要严格符合相关带电作业规定，配备绝缘杆、绝缘手套等，严禁在雷雨天进行作业；此外，检测时应保证激发触头与绝缘子进行良好的接触，并且尽量保持垂直，从而实现对绝缘子有效激发；信号采集时要尽量对绝缘子的不同部位进行采集；并注意做好记录，发现有疑问时应及时进行复查。 二、诊断方法
（一）缺陷判定准则
对于任何系统来讲，其振动都出现在阻抗最小的路径上，尤其是在某些谐振频率上出现的那些自由振动（严格地讲是接近谐振频率的，因为在谐振频率上的机械振动是极其不稳定的）。由具有宽频带脉冲声波激发绝缘子的自由振动，能够产生在驻波频率上的振动载荷。驻波是在分布系统里出现的振动（例如在弹性介质中）由幅度相等而传播方向相反的两个行波干涉造成的（驻波不同于行波不携带能量）。绝缘子里的驻波频率由其长度和制作绝缘子材质中的声速所决定。用在电压110kV-500kV的瓷绝缘子，其驻波频率在4000Hz-4500Hz左右。
当上部或下部法兰区域存在缺陷（裂纹），假设裂纹使其刚度降低50%，裂纹前后质量分布为1/10的情况下，通过对底部法兰施加一定的载荷激发使绝缘子振动，比较有缺陷和没有缺陷绝缘子的动态特性。为此，依公式(1-10), (1-11)计算有缺陷和没有缺陷绝缘子频率比，得出的结果表明，裂纹出现在底部法兰导致出现带有明显振幅的低于基础频率（频率≈4500Hz）45%的附加频率。也就是说，伴随基础频率出现了完全低于基础频率的附加频率（1000-2000 Hz）。而在上部法兰出现裂纹时导致出现带有明显振幅的基础频率2倍以上的附加频率（8000-10000Hz）。
以上所述能够形成绝缘子工作能力的评价判据。支柱式绝缘子保持机械强度的基本判据乃是其特征频率在时间上的不变化特性（即振幅－频率特性的不变性），高于和低于绝缘子振动驻波频率分量的存在都表明在上部或下部法兰存在缺陷。
完好的绝缘子不论是哪个国家生产、哪个工厂制造、也不管环境温度怎样，都有在频域3000-6000Hz（典型值4500Hz）的振动功率谱密度评定图（实际上绝缘子是由铁法兰、绝缘体及水泥构成的组合体，并非真正的一个整体，因此在我们实际测量时，往往会有多个波谱的存在，恰恰反映了加工工艺，在该频域范围内属于正常）。如果测出的频谱图在2000Hz以下有明显的波峰即说明下法兰部位存在缺陷，在8000Hz以上出现即说明上法兰部位存在缺陷。
（二）检测图形分析
1．机械状况良好的绝缘子频谱图
完好的支柱瓷绝缘子，在其振动功率谱密度评定图上会出现频域3000-6000Hz（典型值4500Hz）的波峰，如图15-5所示。
图15-5 完好绝缘子振动功率谱密度评定图。
2．底部法兰有缺陷的绝缘子频谱图
底法兰有缺陷损伤的绝缘子，在振动功率谱密度图上，除了频域3000-6000Hz的基本（决定性的）峰外，还有低于2000Hz频率区域的峰值，如图15-6所示。
图15-6 底部法兰有裂纹的绝缘子振动功率谱密度评定图
3．顶部法兰有缺陷的绝缘子频谱图
顶部法兰有缺陷的绝缘子，在振动功率谱密度图上，除了频率4500Hz的基本（决定性的）峰外，还有高于9000Hz频率区域的峰值，见图15-7。
图15-7 顶部法兰有裂纹的绝缘子振动功率谱密度评定图
第四节 典型声学振动检测案例分析
一、案例一 1.案例经过
冀北电力有限公司承德供电公司小营变电站110kV5号母线5-9隔离开关，型号为GW5-110ⅡD2W，出厂日期为2004年10月，投运日期为2005年3月19日。2013年8月7日对该站隔离开关进行支柱绝缘子声学振动探伤测试时发现110kV5号母线5-9隔离开关A相支柱绝缘子测试图谱异常。9月24日，组织人员又对该支柱绝缘子进行了复测，复测结果显示该绝缘子存在同样问题。
为确保设备安全运行，2013年11月18日对存在问题的隔离开关支柱绝缘子进行了更换处理。经检查，绝缘子上、下法兰与瓷质部分连接位置出现瓷瓶裂纹。