核心詞：
高壓 電纜 MYJV22-10KV 鎧裝 電力 電纜 瓷絕緣子是電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成設(shè)備,起著支撐導(dǎo)線(xiàn)、斷路器和高壓開(kāi)關(guān)作用。絕緣子在運(yùn)行中受著電、熱和機(jī)械應(yīng)力及實(shí)際工作環(huán)境的影響,性能會(huì)逐漸下降、劣化。如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)支柱絕緣子各種裂紋及機(jī)械強(qiáng)度降低等缺陷,可能導(dǎo)致電力設(shè)備發(fā)生故障引發(fā)突發(fā)性的電力事故。因此,及時(shí)發(fā)現(xiàn)支柱絕緣子在運(yùn)行中出現(xiàn)的缺陷是避免事故發(fā)生的關(guān)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(lái)石、石英和長(zhǎng)石等組成,基體與石英粒子線(xiàn)膨脹系數(shù)不同,導(dǎo)致瓷件內(nèi)部容易出現(xiàn)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(kuò)展從而導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。支柱瓷絕緣子在運(yùn)行中承受電、熱和機(jī)械應(yīng)力以及惡劣的工作環(huán)境,其性能會(huì)逐漸下降、劣化,裂紋是導(dǎo)致瓷絕緣子機(jī)械性能下降而失效的最主要、最危險(xiǎn)的缺陷。大量研究表明,支柱瓷絕緣子在運(yùn)行和操作中受傷、制造工藝落后、產(chǎn)品質(zhì)量不高均是導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生原因。瓷支柱絕緣子的結(jié)晶成分越高則絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度就越強(qiáng),結(jié)晶粒子在絕緣子的制造過(guò)程中會(huì)承受拉伸應(yīng)力的作用,在瓷制品煅燒后的冷卻情況時(shí),應(yīng)力作用可能導(dǎo)致結(jié)晶粒子、玻璃狀基體和邊界上出現(xiàn)微裂紋。另外,瓷絕緣子在燒結(jié)過(guò)程中也可能出現(xiàn)氣孔等制造缺陷,使得在絕緣子長(zhǎng)期運(yùn)行中產(chǎn)生裂紋。同時(shí)根據(jù)支柱瓷絕緣子開(kāi)裂事故統(tǒng)計(jì),損壞發(fā)生在瓷柱下部情況占總數(shù)的60%以上,且多發(fā)生在下法蘭和第一瓷沿之間。這主要是由于絕緣子使用過(guò)程中,環(huán)境溫差可能會(huì)使絕緣子承受巨大的內(nèi)應(yīng)力,且端部是機(jī)械力比較集中的部位,因此導(dǎo)致該部位更容易出現(xiàn)裂紋缺陷。通過(guò)對(duì)大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)瓷絕緣子裂紋具有如下特性。絕緣子在外力作用下會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力,使得新的結(jié)晶粒子受到損傷,導(dǎo)致微裂紋倍增。超聲波在從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)會(huì)在兩介質(zhì)的交界面會(huì)發(fā)生反射、折射,利用超聲波的指向性和傳播規(guī)律可以探查設(shè)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(guò)在瓷支柱絕緣子表面發(fā)射始脈沖,當(dāng)絕緣子內(nèi)部存在缺陷時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射波,根據(jù)反射波的幅值和位置可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)出絕緣子內(nèi)部點(diǎn)狀缺陷和對(duì)稱(chēng)側(cè)裂紋,但檢測(cè)耗時(shí)較長(zhǎng);爬波探傷法對(duì)絕緣子表面下裂紋較敏感,檢測(cè)速度較快,但檢測(cè)深度有限。超聲波檢測(cè)的準(zhǔn)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(lèi)、位置、深度、表面粗糙度等,并且操作比較復(fù)雜,需要專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行操作。最突出的問(wèn)題是超聲波探傷不能用于帶電檢測(cè),必須在停電狀態(tài)下進(jìn)行。而實(shí)際運(yùn)行中瓷支柱絕緣子很有可能由于缺陷無(wú)法及時(shí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn),未到停電檢修時(shí)間已經(jīng)發(fā)生斷裂事故。
1、可以識(shí)別絕緣子裂紋缺陷 由于裂紋(氣隙)在高電壓的作用下會(huì)產(chǎn)生較大的畸變電場(chǎng),當(dāng)電場(chǎng)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)可以產(chǎn)生放電發(fā)光現(xiàn)象,因此通過(guò)紫外光學(xué)探傷儀觀測(cè)因裂紋而產(chǎn)生的放電發(fā)光,可以對(duì)絕緣子裂紋缺陷進(jìn)行識(shí)別。該方法可以帶電檢測(cè),但僅對(duì)瓷支柱絕緣子高壓端裂紋有效,電場(chǎng)較弱達(dá)不到起暈電壓的區(qū)域由于無(wú)法產(chǎn)生電暈放電而成為紫外探傷的盲區(qū)。而在瓷支柱絕緣子的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,底部法蘭處由于應(yīng)力作用時(shí)容易形成缺陷,但紫外成像法對(duì)此區(qū)域的缺陷已失去了判別能力。另外,高壓端支柱鐵瓷結(jié)合部位的膠接水泥干裂及表面異物都可能會(huì)引起放電發(fā)光現(xiàn)象,而其觀測(cè)現(xiàn)象與裂紋的觀測(cè)結(jié)果沒(méi)有差別,對(duì)紫外觀測(cè)的準(zhǔn)確性產(chǎn)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(shè)備。振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)法是利用激發(fā)裝置對(duì)檢測(cè)對(duì)象施加振動(dòng)激勵(lì),通過(guò)接收器對(duì)其聲學(xué)響應(yīng)特性進(jìn)行分析來(lái)判斷是否存在缺陷。因此,通過(guò)向支柱絕緣子底部發(fā)射特殊激勵(lì)振動(dòng)波,根據(jù)接收到的振動(dòng)反饋波分析反饋波形的頻譜,可以判斷該絕緣子內(nèi)外是否有裂紋、裂紋出現(xiàn)的大概部位、機(jī)械強(qiáng)度是否降低、絕緣子是否老化等缺陷。該方法操作簡(jiǎn)單,并且可以實(shí)現(xiàn)帶電檢測(cè)。目前,國(guó)內(nèi)外均對(duì)振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了大量研究,并在耐火材料、建材、碳素制品、鐵路機(jī)車(chē)部件等狀態(tài)檢測(cè)中進(jìn)行了一定的應(yīng)用。但是由于該方法需要積累大量瓷絕緣子的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù),獲取不同類(lèi)型及缺陷瓷支柱絕緣子振動(dòng)功率譜密度評(píng)定圖,以提高瓷支柱絕緣子缺陷分類(lèi)的準(zhǔn)確度,因此該方法還有待于逐步完善。綜述所述,現(xiàn)有的各類(lèi)瓷支柱絕緣子檢測(cè)方法均存在一些不足之處,難以完全滿(mǎn)足對(duì)瓷支柱絕緣子進(jìn)行有效檢測(cè)及診斷的需求。
2、具有極大的安全性和經(jīng)濟(jì)效益 因此,研究一種可靠性高、現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性強(qiáng)的帶電檢測(cè)方法對(duì)瓷支柱絕緣子的性能進(jìn)行評(píng)估是當(dāng)前的迫切要求,具有十分重大的安全及經(jīng)濟(jì)效益。絕緣子的劣化必然伴隨著絕緣子內(nèi)、外的電場(chǎng)的重新分布,如果能尋找到各種絕緣子的絕緣劣化和其周?chē)臻g中電場(chǎng)重新分布的關(guān)系,礦用高壓電纜MYJV22-10KV礦用鎧裝電力電纜并且準(zhǔn)確測(cè)量到空間中的電場(chǎng)分布變化情況,就能通過(guò)電場(chǎng)測(cè)量的手段來(lái)表征絕緣子的劣化情況。目前,開(kāi)展了大量電場(chǎng)測(cè)量法應(yīng)用于輸電線(xiàn)路絕緣子缺陷檢測(cè)的研究,也取得比較大的進(jìn)展。但將電場(chǎng)法在瓷支柱絕緣子表面缺陷檢測(cè)的應(yīng)用研究卻很少,這主要是由于當(dāng)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(shí)(約為5mm),沿著絕緣支柱軸向的整體電場(chǎng)分布與正常絕緣子表面的電場(chǎng)分布沒(méi)有非常明顯差異,難以通過(guò)目前應(yīng)用與輸電線(xiàn)路的檢測(cè)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)支柱絕緣子裂紋缺陷的檢測(cè)。但是根據(jù)斷裂事故的多發(fā)部位的局部電場(chǎng)分析得到,與正常情況下的電場(chǎng)相比,裂紋處電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)有明顯的增大,如圖2～3所示。
3、深度為5mm 根據(jù)計(jì)算,一個(gè)深度為5mm、寬度為1mm的裂紋對(duì)局部電場(chǎng)的畸變影響程度為100%～200%,這種影響可以通過(guò)技術(shù)手段測(cè)量得到。由于裂紋會(huì)導(dǎo)致支柱絕緣子局部電場(chǎng)發(fā)生比較明顯的畸變,因此可以通過(guò)局部電場(chǎng)測(cè)量分析來(lái)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(shí)現(xiàn)對(duì)局部電場(chǎng)的準(zhǔn)確檢測(cè)是將方法應(yīng)用與實(shí)際檢測(cè)的關(guān)鍵。根據(jù)電場(chǎng)法應(yīng)用于支柱瓷絕緣子表面裂紋的檢測(cè)的靈敏度分析,裂紋越深對(duì)電場(chǎng)分布的影響越大,也越容易檢測(cè)出裂紋缺陷,當(dāng)裂紋寬度為1mm,深度在1～5mm時(shí),裂紋處電場(chǎng)的畸變率(畸變率=(缺陷情況下的電場(chǎng)畸變最大值—良好情況下的電場(chǎng)值)/良好情況下的電場(chǎng)值,計(jì)算時(shí)均采用電場(chǎng)強(qiáng)度的軸向分量)分別為75～190%;裂紋寬度越小對(duì)電場(chǎng)分布的影響越大,也越容易檢測(cè)出裂紋缺陷,當(dāng)裂紋深度為1mm,寬度在0.2～0.8mm時(shí),裂紋處電場(chǎng)的畸變率分別為75～150%。根據(jù)近表面缺陷對(duì)支柱絕緣子電場(chǎng)畸變的影響分析,缺陷距離絕緣子表面越近對(duì)電場(chǎng)分布的影響越大,而且僅對(duì)非?？拷е砻娴目紫缎腿毕菥哂邢鄬?duì)較高的靈敏度。
4、但靈敏度較低 根據(jù)分析可知,電場(chǎng)檢測(cè)方法對(duì)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(duì)進(jìn)表面的孔隙缺陷可測(cè),但靈敏度較低。因此,為了能夠在實(shí)際檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷,必須選擇合適的傳感器和適當(dāng)?shù)牟僮鞣椒?。為了能捕捉到絕緣子表面的微小裂紋局部電場(chǎng),提取空間毫米級(jí)尺度范圍內(nèi)的軸向測(cè)量信號(hào),本文采用MEMS電場(chǎng)敏感芯片,通過(guò)設(shè)計(jì)電場(chǎng)敏感芯片的封裝方案和滿(mǎn)足環(huán)境適應(yīng)性的傳感器的整體結(jié)構(gòu),研制了一種微型空間電場(chǎng)傳感器,如圖4所示。
通過(guò)將傳感器探頭、芯片驅(qū)動(dòng)電路、模擬解調(diào)電路、數(shù)據(jù)處理模塊、預(yù)警模塊、WiFi發(fā)射模塊、電源模塊和上位機(jī)進(jìn)行集成,實(shí)現(xiàn)對(duì)瓷支柱絕緣表面軸向電場(chǎng)的高精度測(cè)量。為了能捕捉到絕緣子表面的微小裂紋,必須對(duì)絕緣子表面電場(chǎng)進(jìn)行全面的掃描檢測(cè)。本文設(shè)計(jì)的瓷支柱絕緣子的電場(chǎng)檢測(cè)裝置由絕緣升降裝置、電場(chǎng)檢測(cè)裝置、控制系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)等構(gòu)成,如圖5所示。操作人員通過(guò)控制絕緣升降裝置使得電場(chǎng)檢測(cè)裝置能夠沿著支柱絕緣子軸向移動(dòng)并精確定位,實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)瓷柱絕緣子軸向的層級(jí)化電場(chǎng)掃描。電場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示,當(dāng)電場(chǎng)檢測(cè)裝置定位于每一層時(shí),電場(chǎng)檢測(cè)裝置的探頭可以圍繞瓷柱進(jìn)行周向式運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)周向式的掃描任務(wù),最終通過(guò)配合完成對(duì)瓷支柱絕緣子表面電場(chǎng)的全面掃描。本文通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)瓷支柱絕緣表面電場(chǎng)的全面掃描和分析,為發(fā)現(xiàn)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(cè)解決方案。
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