核心詞：
高壓 電纜 MYJV22-10KV 鎧裝 電力 電纜 瓷絕緣子是電網系統的重要組成設備,起著支撐導線、斷路器和高壓開關作用。絕緣子在運行中受著電、熱和機械應力及實際工作環境的影響,性能會逐漸下降、劣化。如果不及時發現支柱絕緣子各種裂紋及機械強度降低等缺陷,可能導致電力設備發生故障引發突發性的電力事故。因此,及時發現支柱絕緣子在運行中出現的缺陷是避免事故發生的關鍵。瓷支柱絕緣子主要是由分布在玻璃狀基體里的剛玉、莫來石、石英和長石等組成,基體與石英粒子線膨脹系數不同,導致瓷件內部容易出現微裂紋缺陷。由于陶瓷材料是典型的脆性材料,裂紋非常容易擴展從而導致嚴重的后果。支柱瓷絕緣子在運行中承受電、熱和機械應力以及惡劣的工作環境,其性能會逐漸下降、劣化,裂紋是導致瓷絕緣子機械性能下降而失效的最主要、最危險的缺陷。大量研究表明,支柱瓷絕緣子在運行和操作中受傷、制造工藝落后、產品質量不高均是導致裂紋的產生原因。瓷支柱絕緣子的結晶成分越高則絕緣子的機械強度就越強,結晶粒子在絕緣子的制造過程中會承受拉伸應力的作用,在瓷制品煅燒后的冷卻情況時,應力作用可能導致結晶粒子、玻璃狀基體和邊界上出現微裂紋。另外,瓷絕緣子在燒結過程中也可能出現氣孔等制造缺陷,使得在絕緣子長期運行中產生裂紋。同時根據支柱瓷絕緣子開裂事故統計,損壞發生在瓷柱下部情況占總數的60%以上,且多發生在下法蘭和第一瓷沿之間。這主要是由于絕緣子使用過程中,環境溫差可能會使絕緣子承受巨大的內應力,且端部是機械力比較集中的部位,因此導致該部位更容易出現裂紋缺陷。通過對大量現場實例進行統計分析,發現瓷絕緣子裂紋具有如下特性。絕緣子在外力作用下會產生附加應力,使得新的結晶粒子受到損傷,導致微裂紋倍增。超聲波在從一種介質進入另一種介質時會在兩介質的交界面會發生反射、折射,利用超聲波的指向性和傳播規律可以探查設備中的缺陷情況。因此,礦用高壓電纜MYJV22-10KV礦用鎧裝電力電纜礦用高壓電纜MYJV22-10KV礦用鎧裝電力電纜礦用高壓電纜MYJV22-10KV礦用鎧裝電力電纜礦用高壓電纜MYJV22-10KV礦用鎧裝電力電纜
RS485通訊電纜通過在瓷支柱絕緣子表面發射始脈沖,當絕緣子內部存在缺陷時會產生反射波,根據反射波的幅值和位置可實現對絕緣子缺陷情況的判別。絕緣子超聲波探傷主要分為縱波探傷和爬波探傷,縱波探傷法能檢測出絕緣子內部點狀缺陷和對稱側裂紋,但檢測耗時較長;爬波探傷法對絕緣子表面下裂紋較敏感,檢測速度較快,但檢測深度有限。超聲波檢測的準確性受多重因素影響,如儀器及探頭的性能、支柱的形狀和幾何尺寸以及缺陷的種類、位置、深度、表面粗糙度等,并且操作比較復雜,需要專業人員進行操作。最突出的問題是超聲波探傷不能用于帶電檢測,必須在停電狀態下進行。而實際運行中瓷支柱絕緣子很有可能由于缺陷無法及時檢測發現,未到停電檢修時間已經發生斷裂事故。
1、可以識別絕緣子裂紋缺陷 由于裂紋(氣隙)在高電壓的作用下會產生較大的畸變電場,當電場達到一定強度時可以產生放電發光現象,因此通過紫外光學探傷儀觀測因裂紋而產生的放電發光,可以對絕緣子裂紋缺陷進行識別。該方法可以帶電檢測,但僅對瓷支柱絕緣子高壓端裂紋有效,電場較弱達不到起暈電壓的區域由于無法產生電暈放電而成為紫外探傷的盲區。而在瓷支柱絕緣子的實際運行過程中,底部法蘭處由于應力作用時容易形成缺陷,但紫外成像法對此區域的缺陷已失去了判別能力。另外,高壓端支柱鐵瓷結合部位的膠接水泥干裂及表面異物都可能會引起放電發光現象,而其觀測現象與裂紋的觀測結果沒有差別,對紫外觀測的準確性產生了極大的影響。因此,紫外成像法用于瓷支柱絕緣子的檢出率極低,不是非常理想的探傷設備。振動聲學檢測法是利用激發裝置對檢測對象施加振動激勵,通過接收器對其聲學響應特性進行分析來判斷是否存在缺陷。因此,通過向支柱絕緣子底部發射特殊激勵振動波,根據接收到的振動反饋波分析反饋波形的頻譜,可以判斷該絕緣子內外是否有裂紋、裂紋出現的大概部位、機械強度是否降低、絕緣子是否老化等缺陷。該方法操作簡單,并且可以實現帶電檢測。目前,國內外均對振動聲學檢測技術進行了大量研究,并在耐火材料、建材、碳素制品、鐵路機車部件等狀態檢測中進行了一定的應用。但是由于該方法需要積累大量瓷絕緣子的現場檢測數據,獲取不同類型及缺陷瓷支柱絕緣子振動功率譜密度評定圖,以提高瓷支柱絕緣子缺陷分類的準確度,因此該方法還有待于逐步完善。綜述所述,現有的各類瓷支柱絕緣子檢測方法均存在一些不足之處,難以完全滿足對瓷支柱絕緣子進行有效檢測及診斷的需求。
2、具有極大的安全性和經濟效益 因此,研究一種可靠性高、現場適應性強的帶電檢測方法對瓷支柱絕緣子的性能進行評估是當前的迫切要求,具有十分重大的安全及經濟效益。絕緣子的劣化必然伴隨著絕緣子內、外的電場的重新分布,如果能尋找到各種絕緣子的絕緣劣化和其周圍空間中電場重新分布的關系,礦用高壓電纜MYJV22-10KV礦用鎧裝電力電纜并且準確測量到空間中的電場分布變化情況,就能通過電場測量的手段來表征絕緣子的劣化情況。目前,開展了大量電場測量法應用于輸電線路絕緣子缺陷檢測的研究,也取得比較大的進展。但將電場法在瓷支柱絕緣子表面缺陷檢測的應用研究卻很少,這主要是由于當瓷柱表面裂紋尺寸小于致使支柱瓷絕緣子斷裂的臨界尺寸時(約為5mm),沿著絕緣支柱軸向的整體電場分布與正常絕緣子表面的電場分布沒有非常明顯差異,難以通過目前應用與輸電線路的檢測方式實現對支柱絕緣子裂紋缺陷的檢測。但是根據斷裂事故的多發部位的局部電場分析得到,與正常情況下的電場相比,裂紋處電場強度會有明顯的增大,如圖2～3所示。
3、深度為5mm 根據計算,一個深度為5mm、寬度為1mm的裂紋對局部電場的畸變影響程度為100%～200%,這種影響可以通過技術手段測量得到。由于裂紋會導致支柱絕緣子局部電場發生比較明顯的畸變,因此可以通過局部電場測量分析來判斷支柱絕緣子是否存在缺陷。但是由于裂紋的尺寸非常小,如何實現對局部電場的準確檢測是將方法應用與實際檢測的關鍵。根據電場法應用于支柱瓷絕緣子表面裂紋的檢測的靈敏度分析,裂紋越深對電場分布的影響越大,也越容易檢測出裂紋缺陷,當裂紋寬度為1mm,深度在1～5mm時,裂紋處電場的畸變率(畸變率=(缺陷情況下的電場畸變最大值—良好情況下的電場值)/良好情況下的電場值,計算時均采用電場強度的軸向分量)分別為75～190%;裂紋寬度越小對電場分布的影響越大,也越容易檢測出裂紋缺陷,當裂紋深度為1mm,寬度在0.2～0.8mm時,裂紋處電場的畸變率分別為75～150%。根據近表面缺陷對支柱絕緣子電場畸變的影響分析,缺陷距離絕緣子表面越近對電場分布的影響越大,而且僅對非?？拷е砻娴目紫缎腿毕菥哂邢鄬^高的靈敏度。
4、但靈敏度較低 根據分析可知,電場檢測方法對支柱瓷絕緣子表面的微小裂紋具有很高的靈敏度和抗干擾能力,對進表面的孔隙缺陷可測,但靈敏度較低。因此,為了能夠在實際檢測中發現裂紋缺陷,必須選擇合適的傳感器和適當的操作方法。為了能捕捉到絕緣子表面的微小裂紋局部電場,提取空間毫米級尺度范圍內的軸向測量信號,本文采用MEMS電場敏感芯片,通過設計電場敏感芯片的封裝方案和滿足環境適應性的傳感器的整體結構,研制了一種微型空間電場傳感器,如圖4所示。
通過將傳感器探頭、芯片驅動電路、模擬解調電路、數據處理模塊、預警模塊、WiFi發射模塊、電源模塊和上位機進行集成,實現對瓷支柱絕緣表面軸向電場的高精度測量。為了能捕捉到絕緣子表面的微小裂紋,必須對絕緣子表面電場進行全面的掃描檢測。本文設計的瓷支柱絕緣子的電場檢測裝置由絕緣升降裝置、電場檢測裝置、控制系統和通訊系統等構成,如圖5所示。操作人員通過控制絕緣升降裝置使得電場檢測裝置能夠沿著支柱絕緣子軸向移動并精確定位,實現對對瓷柱絕緣子軸向的層級化電場掃描。電場檢測系統結構如圖6所示,當電場檢測裝置定位于每一層時,電場檢測裝置的探頭可以圍繞瓷柱進行周向式運行,實現周向式的掃描任務,最終通過配合完成對瓷支柱絕緣子表面電場的全面掃描。本文通過實現對瓷支柱絕緣表面電場的全面掃描和分析,為發現表面裂紋缺陷和近表面裂紋缺陷提供了一種新型可靠的帶電檢測解決方案。
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