高压电气设备绝缘诊断声学检测技术

刘增博 吴川 杨博

【摘 要】众所周知，当今电力行业迅速发展，大量的高压电气设备被应用到电力系统发电侧和输配电单元中，其安全可靠性对电网正常运行起着非常重要作用，是经济发展的重要基础保障。为了确保设备与工作人员的安全，这些电气设备使用了大量的聚合物复合绝缘材料，虽然此类绝缘材料相比传统绝缘而言，其性能更加优异，但是也存在着弊端，如：绝缘件在加工时会出现气泡、夹杂杂质等，如果处理不当，均会导致电气设备在运行中产生局部放电、加速老化等，對电力系统的安全运行埋下安全隐患。

【关键词】高压电气设备；绝缘诊断；声学检测技术

引言

聚合物复合材料被广泛用于高压电气设备的绝缘系统中。复合绝缘制作加工过程中，绝缘-导体界面或绝缘内稍有不慎就会残留有气泡。高压电气设备运行时，气泡引起局部放电，加速绝缘老化，绝缘内逐渐形成分层、裂纹或树状的导电通道等绝缘缺陷，最终贯穿整个绝缘结构时，造成绝缘击穿。复合绝缘不透明，不能肉眼检查绝缘缺陷，通常用局部放电测量来评估。但是，局部放电测量无法准确识别缺陷形态、量化缺陷大小、定位缺陷位置，无法研究绝缘老化过程中缺陷的发生和扩展等物理或化学过程。近来，动态力学分析和声学检测技术成为绝缘老化机理研究和绝缘缺陷检测的有力手段。

1高压电气设备绝缘诊断概述

以往的绝缘诊断试验项目中主要有直流泄漏电流、绝缘电阻、介损、直流耐压以及交流耐压试验。采用绝缘性能试验能够定期检测电气设备的绝缘性能，进而准确预测高压电气设备基本的绝缘状况，分析绝缘老化状态。对于表征绝缘性较差的部分，应组织人员及时发现设备的缺陷，同时开展检修工作，保证高压电气设备运行的安全性。

绝缘电阻试验的过程中，若发现变压器的吸收比试验不达标，绝缘电阻的绝对值较高但吸收比较小，则可将变压器设备归为不合格产品。采用极化指数试验的方式能够保证判断的科学性与准确性，同时也为判断提供了诸多的便利。吸收比试验的时间为60s，介质极化刚刚开始，故而其也无法反映绝缘的实际情况，检测结果的准确性与可靠性较低。极化指数试验时间为600s，介质极化过程虽然并未完成，但是其已趋于稳定状态，因此能够更加科学和准确地检测出高压电气设备绝缘的基本情况。

2声学检测技术

2.1声发射技术

声发射现象，是由于材料受到的外力或者是内部残余应力过于集中，使材料发生变形、破坏等问题，而作用在材料上的很多现象都是由于多余的弹性波释放。声发射技术主要是指在电力设备中通过声波发射而进行监测的技术，主要通过运用数字信号处理检测信号，通过此规律来判定绝缘规律、发展规律，从而进行研究的一种技术。尤其是在电应力的作用下，局部放电脉冲电流持续时间较短，伴有超声波能量释放。因此，利用声发射技术能够对绝缘性能的好坏进行测量。虽然目前国内外都已经先对变压器声发射法局部放电定位展开了研究，局部放电发射技术在理论上已经十分成熟，但是由于在实际应用过程中，变压器油中会有多个放电源存在，因此，其数字信号处理十分复杂，极易给后期的结果分析带来巨大的困难。

2.2声学敲击检测技术

声学监测技术的发展也是颇为坎坷的，自其出现至今，虽然采用过多种技术改进，但是声学敲击检测技术却是一直在使用，声学敲击监测技术能够使用至今，主要是因为其检测操作过程简单便捷，但是也因为其简单的性质，在检测时可能会出现检测结果与实际不相符等情况，所以，一般不会将该技术使用在大型的检测中，而是将其作为辅助手段，在使用其他技术检测完成时进行补充。声学敲击检测技术的原理非常简单，首先要确定检测位置，然后使用工具对检测物体进行敲击，从敲击的声音来判断被检测物体是否存在缺陷，在敲击检测前，通常会先敲击正常设备，然后根据正常设备发出的声音来判断被检测设备是否存在缺陷。但是通过该方法检测及结果比较容易出错。随着信息化技术的愈加完善，将信息化的技术运用到声学敲击技术中，大大提高了该技术的检测准确性，主要是在声传感器中加入数字信号处理技术。经过多次的实验证明，将数字化信号技术应用到声学敲击检测技术中，能够准确检测出绝缘设备存在的缺陷，但是该技术也存在着些许不足，因为声音传感器对于声音较为敏感，所以容易受到其他声音的干扰而影响检测结果。

2.3超声检测技术

在瓷盘绝缘子和发电机定子绝缘缺陷检测中，主要应用横波检测的方式，在制作瓷盘绝缘子的过程中容易出现亚表面裂纹问题，故而常规的检测方式无法保证检测的效果。超声波检测能够在绝缘内部发出一个波长的横波，并利用反射波传播的时间检测瓷盘内亚表面裂缝。若在检查中没有出现明显的缺陷，则探伤仪屏幕上就会出现瓷圆柱体断面的反射波。若检测中发现裂纹，瓷圆柱的断面就会产生缺陷波。在定点发电机缺陷检测的过程中，主要采用超声横波测试，斜探头检测主要涉及到超声横波发射和接收两个方面。试验证明，受到热循环的影响，定子线棒会出现脱壳现象，探头所接收到的超声波幅值也会有所减小。超声探头能够对电气设备中的多种微观缺陷进行有效的检测。在试验中发现，纵波检测法对厚度为70-80mm的合成树脂绝缘材料具有良好的检测效果，同时可对厚度为20-30mm的树脂浸渍纸的绝缘气隙和裂纹进行检测，且可实现较为理想的检测效果。

3高压电气设备绝缘状态诊断的低频超声监测技术

将声学监测技术运用到高压电气设备的绝缘检测中，虽然大幅度的提高了检测质量水平，但是，在长时间的使用经验表明，声学检测检测技术可以非常便捷的检测出绝缘设备存在的缺陷，但是在诊断方面却存在着问题。科学研究表明，绝缘体的老化存在着较多的原因，除了长时间经过电流侵蚀外，主要是其本身的材料原因，众所周知，无论材料有着多么大的优点，均存在着或大或小的缺陷，绝缘体的缺陷除了其本身性能缺陷之外，还有这微观方面的缺陷。所以，为了能够更好的掌握高压电气设备运行安全状态，必须要加强绝缘设备的检测技术，近年来，出现了低频超声检测技术，经过专业人士测试发现，将该技术运用在高电压绝缘设备的检测中，将会具有非常良好的效果。超声波是声波的一中，首次发现于蝙蝠的身上，蝙蝠通过超声波来判断前方是否有物体阻碍前行，人类通过对其研究发现了超声波技术，目前该技术被用于多个领域，均有建设性的发展，在高压电气设备的绝缘检测中，采用低频监测技术，不仅可以对绝缘体进行检测，还能够对其进行诊断，其结论可以为相关管理部门提前采取措施提供依据。低频超声检测技术的绝缘测量指标有两种，首先是低频超声波在绝缘体中的传播速度，其次是低频超声波的衰减系数等，且检测项目较多，但判断标准主要是绝缘体的密度及弹性。将低频超声波运用到高压电气设备的绝缘检测中，不仅让高压电气设备能够持续稳定供电，而且其诊断技术可以让相关管理部门防患于未然，大大提高了电力管理部门的工作效率，为我国电力企业的稳定可持续发展提供了助力。

结语

不同的声学检测技术特点也有所不同，在现阶段的检测工作中，我们依然要解决一些困扰检测工作发展的问题，同时有关人员也应积极采取有效措施推动高压电气设备绝缘诊断技术的发展，从而使其能够充分地发挥自身的作用与价值，提高电网的运行质量。

参考文献：

[1]齐欣，李思彬.高压电气设备绝缘诊断的声学检测技术[J].黑龙江科学，2016，7（09）：22-23

（作者单位：西安热工研究院有限公司）