CN110376286B - 一种在役盆式绝缘子智能自动化超声检测***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在役盆式绝缘子智能自动化超声检测***和方法。本发明的检测***包括检测工艺库、自适应数据采集模块和智能数据分析模块；所述的检测工艺库包括典型结构的绝缘子部件以及常用检测工艺，为自适应数据采集模块提供所需要设置的工艺参数，为智能数据分析模块提供绝缘子的几何结构参数；所述的自适应数据采集模块为智能数据分析模块提供检测数据；所述智能数据分析模块根据检测几何结构参数与检测数据的对应关系，实现缺陷的自动定位；本发明利用智能自动化超声检测***对在役盆式绝缘子的内部缺陷进行检测。本发明实现了盆式绝缘子内部气孔、裂纹等缺陷的准确、快速的检出与定位。

Description

一种在役盆式绝缘子智能自动化超声检测***和方法
技术领域
本发明属于电气绝缘设备安全在线监测技术领域，特别是一种在役盆式绝缘子内部缺陷的智能自动化超声检测***和方法。
背景技术
盆式绝缘子是变电站气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)的重要部件，起着隔离相邻气室、支撑导体及绝缘的重要作用，是保证电网安全可靠运行的基础。由于绝缘子内部缺陷的存在以及现场安装紧固作业不规范等因素，绝缘子破裂并导致GIS漏气的事故时有发生，极大地影响了电网设备的安全稳定运行。
目前盆式绝缘子内部缺陷的检测主要有出厂检验和在役检验两类。出厂检验主要采用X射线成像技术来检出内部气孔，但是当盆式绝缘子在变电站安装固化之后，由于透照面被封在GIS壳体内部，因而射线检测不在适用。在役检验主要是通过其进行局部放电监测和SF6气体在线监测来实现，但是局部放电检测只是对靠近中心导体的缺陷比较敏感，而对位于盆式绝缘子边缘的缺陷不敏感；SF6气体在线监测尽管包含了丰富的绝缘状态信息，但是未能直接用于评价盆式绝缘子的结构完整性，无法准确地判断和更换故障部件。因此，开发出在不拆卸状态下无损伤地检测绝缘器件的无损检测方法，对保障电气设备安全具有重要意义。
超声波检测技术是固体材料内部缺陷检测的重要手段，但是对于盆式绝缘子来说，存在几个难点：(1)盆式绝缘子内部存在金属嵌件、通气孔等结构，这些结构会对超声传播信号产生反射，出现结构干扰信号，从而影响缺陷判别；(2)盆式绝缘子种类多样，内部结构及外径等都是变化的，单靠人工分析存在效率低下、定位不准以及漏判等问题，现场检测需要快速、准确和可靠的评定方法；(3)盆式绝缘子的材料一般是由环氧树脂和三氧化二铝颗粒构成的复合材料体系，对超声波的衰减大，当盆式绝缘子的外径较大时，必须要超声波具有足够的能量。因此，需要综合考虑并解决如何通过自动化的超声扫查和成像，实现缺陷信号的智能判别，以及如何通过高能量的超声信号发射控制，实现盆式绝缘子全覆盖的检测等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以实现在役盆式绝缘子内部缺陷的智能自动化超声检测***和方法，以实现盆式绝缘子内部气孔、裂纹等缺陷的准确、快速的检出与定位。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:一种在役盆式绝缘子智能自动化超声检测***，所述智能自动化超声检测***包括检测工艺库、自适应数据采集模块和智能数据分析模块；所述的检测工艺库包括典型结构的绝缘子部件以及常用检测工艺，为自适应数据采集模块提供所需要设置的工艺参数，为智能数据分析模块提供绝缘子的几何结构参数；所述的自适应数据采集模块为智能数据分析模块提供检测数据；所述智能数据分析模块根据检测几何结构参数与检测数据的对应关系，实现缺陷的自动定位；
所述自适应采集模块包括高能超声脉冲收发装置、自动扫查装置、超声换能器、数据采集卡、控制卡以及计算机，所述的计算机分别与数据采集卡和控制卡连接，所述的数据采集卡、高能超声脉冲收发装置和自动扫查装置依次串接，自动扫查装置上装有超声换能器；所述的控制卡与自动扫查装置连接，用于控制自动扫查装置。
本发明还采用如下技术方案:一种利用在役盆式绝缘子智能自动化超声检测***的检测方法，其利用智能自动化超声检测***对在役盆式绝缘子的内部缺陷进行检测，所述的检测方法具体包括步骤：
1)测量检测对象，获取盆式绝缘子的直径、中心嵌件的位置坐标及直径、通孔的位置坐标及直径、所有螺纹孔的位置坐标及直径；
2)从检测工艺库中选择盆式绝缘子的结构形式，并将所测量的几何参数导入，形成检测对象的二维截面图，依据换能器主声线与代表盆式绝缘子内部的螺纹孔、通孔及中心嵌件的圆形相交情况，计算主声线的覆盖面积；
3)将低频超声换能器固定在自动扫查装置的夹具上面，将自动扫查装置装配到在役盆式绝缘子的外环端面，确保低频超声环能器与绝缘子端面紧贴；
4)根据所选仪器采样频率Fs和盆式绝缘子的半径r，设置仪器采样长度N，沿着盆式绝缘子外环设定M个采样位置点，以自动扫查器的运动步进同步触发高能超声脉冲收发装置的信号发射、接收及存储过程，从而在沿盆式绝缘子圆周扫查完成之后得到结构为N*M的数据矩阵；
5)构造2N*2N的零矩阵，把M个位置点的数据按照其位置点所对应的角度进行顺时针偏转，即第2个采样位置点偏转
Figure BDA0002093871830000031
第3个采样位置偏转
Figure BDA0002093871830000033
直到第M个采样点偏转
Figure BDA0002093871830000032
所有偏转后的数据填入2N*2N的零矩阵，并进行腐蚀和填充，形成与盆式绝缘子二维截面图类似的数据图像，并与二维截面图叠合显示；
6)根据叠合显示界面，评判由螺纹孔、中心嵌件和通孔引起的结构回波，对未与上述结构重合的信号显示，以其最大波幅所在位置，确定其所处的位置角度，如果在该角度的半径线上不存螺纹孔、中心嵌件和通孔，则直接读取并记录最大波幅所在角度及与圆心的距离；如果在该角度的半径线上存螺纹孔、中心嵌件和通孔，则依据声波反射定律，修正该缺陷位置定位。
本发明实现了盆式绝缘子内部气孔、裂纹等缺陷的准确、快速的检出与定位。
进一步地，所述高能超声脉冲收发装置所发出的波为高能超声波，即发射电压最大1200V，脉冲周期数最大5个周期；所述超声换能器为低频传感器，频率范围0.5MHz-2MHz。
进一步地，自动扫查时采样位置点数M的确定原则是：保证两个采样之间的超声换能器发射声场的重叠率不小于50％。
进一步地，所述的超声换能器，为常规超声检测采样用的压电传感器或非接触式超声传感器，如空气耦合超声传感器、激光超声传感器。
本发明的有益效果在于：本发明可以对任意结构形式和任意尺寸的盆式绝缘子的快速扫描与成像，并通过超声二维成像与盆式绝缘子的结构叠合，快速地评定缺陷种类和位置，从而有助于在电网事故未发生之前完成损伤绝缘子的更换。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中智能自动化超声检测***的构成图；
图2为本发明具体实施方式中智能自动化超声检测***检测时的布局示意图；
图3为本发明具体实施方式中存在缺陷时生成的圆形图像的示意图；
图4为本发明具体实施方式中存在缺陷时的圆形图像与绝缘子结构叠合示意图；
图5为本发明具体实施方式中基于叠合图像快速判定缺陷显示信号示意图；
图6为本发明具体实施方式中存在基于超声反射路径对缺陷定位修正原理图。
图中，1-计算机，2-数据采集卡，3-高能超声脉冲收发装置，4-控制卡，5-自动扫查装置，6-超声换能器，7-盆式绝缘子，8-中心嵌件，9-通孔，10-螺纹孔。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作以下详细描述。
实施例1
本实施例提供一种在役盆式绝缘子智能自动化超声检测***，如图1所示，所述智能自动化超声检测***由检测工艺库、自适应数据采集模块和智能数据分析模块组成；所述的检测工艺库包括典型结构的绝缘子部件以及常用检测工艺，为自适应数据采集模块提供所需要设置的工艺参数，为智能数据分析模块提供绝缘子的几何结构参数；所述的自适应数据采集模块为智能数据分析模块提供检测数据；所述智能数据分析模块根据检测几何结构参数与检测数据的对应关系，实现缺陷的自动定位；
如图2所示，所述自适应采集模块包括高能超声脉冲收发装置3、自动扫查装置5、超声换能器6、数据采集卡2、控制卡4以及计算机1，所述的计算机1分别与数据采集卡2和控制卡4连接，所述的数据采集卡2、高能超声脉冲收发装置3和自动扫查装置5依次串接，自动扫查装置5上装有超声换能器6；所述的控制卡4与自动扫查装置5连接，用于控制自动扫查装置。
实施例2
本实施例提供一种在役盆式绝缘子智能自动化超声检测方法，其利用实施例1所述智能自动化超声检测***对在役盆式绝缘子的内部缺陷进行检测，如图2所示，检测方法包括以下步骤：
(1)测量具体检测对象，获取盆式绝缘子7的直径、中心嵌件8的位置坐标及直径、通孔9的位置坐标及直径、所有螺纹孔10的位置坐标及直径；
(2)从检测工艺库中选择盆式绝缘子的结构形式，并将所测量的几何参数导入，形成检测对象的二维截面图，依据换能器主声线与代表盆式绝缘子内部的螺纹孔、通孔及中心嵌件的圆形相交情况，计算主声线的覆盖面积；
(3)将低频超声换能器固定在自动扫查装置的专用夹具上面，将自动扫查装置装配到在役盆式绝缘子的外环端面，确保低频超声环能器与绝缘子端面紧贴；
(4)根据所选仪器采样频率Fs和盆式绝缘子的半径r，设置仪器采样长度N，沿着盆式绝缘子外环设定M个采样位置点，以自动扫查器的运动步进同步触发高能超声脉冲收发装置的信号发射、接收及存储过程，从而在沿盆式绝缘子圆周扫查完成之后得到结构为N*M的数据矩阵；
(5)构造2N*2N的零矩阵，把M个位置点的数据按照其位置点所对应的角度进行顺时针偏转，即第2个采样位置点偏转
Figure BDA0002093871830000051
第3个采样位置偏转
Figure BDA0002093871830000053
直到第M个采样点偏转
Figure BDA0002093871830000052
所有偏转后的数据填入2N*2N的零矩阵，并进行腐蚀和填充，形成与盆式绝缘子二维截面图类似的数据图像，如图3，并与二维截面图叠合显示，如图4；
(6)根据叠合显示界面，快速评判由螺纹孔、中心嵌件、通孔等引起的结构回波，对未与上述结构重合的信号显示，以其最大波幅所在位置，确定其所处的位置角度，如果在该角度的半径线上不存螺纹孔、中心嵌件、通孔等结构，则直接读取并记录最大波幅所在角度及与圆心的距离等位置信息，如图5；如果在该角度的半径线上存螺纹孔、中心嵌件、通孔等结构，则依据声波反射定律，修正该缺陷位置定位，如图6。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种在役盆式绝缘子智能自动化超声检测***的检测方法，其特征在于，所述智能自动化超声检测***包括检测工艺库、自适应数据采集模块和智能数据分析模块；所述的检测工艺库包括典型结构的绝缘子部件以及常用检测工艺，为自适应数据采集模块提供所需要设置的工艺参数，为智能数据分析模块提供绝缘子的几何结构参数；所述的自适应数据采集模块为智能数据分析模块提供检测数据；所述智能数据分析模块根据检测几何结构参数与检测数据的对应关系，实现缺陷的自动定位；
所述自适应采集模块包括高能超声脉冲收发装置、自动扫查装置、超声换能器、数据采集卡、控制卡以及计算机，所述的计算机分别与数据采集卡和控制卡连接，所述的数据采集卡、高能超声脉冲收发装置和自动扫查装置依次串接，自动扫查装置上装有超声换能器；所述的控制卡与自动扫查装置连接，用于控制自动扫查装置；
利用智能自动化超声检测***对在役盆式绝缘子的内部缺陷进行检测，所述的检测方法具体包括步骤：
1)测量检测对象，获取盆式绝缘子的直径、中心嵌件的位置坐标及直径、通孔的位置坐标及直径、所有螺纹孔的位置坐标及直径；
2)从检测工艺库中选择盆式绝缘子的结构形式，并将所测量的几何参数导入，形成检测对象的二维截面图，依据换能器主声线与代表盆式绝缘子内部的螺纹孔、通孔及中心嵌件的圆形相交情况，计算主声线的覆盖面积；
3)将低频超声换能器固定在自动扫查装置的夹具上面，将自动扫查装置装配到在役盆式绝缘子的外环端面，确保低频超声环能器与绝缘子端面紧贴；
4)根据所选仪器采样频率Fs和盆式绝缘子的半径r，设置仪器采样长度N，沿着盆式绝缘子外环设定M个采样位置点，以自动扫查器的运动步进同步触发高能超声脉冲收发装置的信号发射、接收及存储过程，从而在沿盆式绝缘子圆周扫查完成之后得到结构为N*M的数据矩阵；
5)构造2N*2N的零矩阵，把M个位置点的数据按照其位置点所对应的角度进行顺时针偏转，即第2个采样位置点偏转θ2＝360/M*1，第3个采样位置偏转θ3＝360/M*2，直到第M个采样点偏转θM＝360/M*(M-1)，所有偏转后的数据填入2N*2N的零矩阵，并进行腐蚀和填充，形成与盆式绝缘子二维截面图类似的数据图像，并与二维截面图叠合显示；
6)根据叠合显示界面，评判由螺纹孔、中心嵌件和通孔引起的结构回波，对未与上述结构重合的信号显示，以其最大波幅所在位置，确定其所处的位置角度，如果在该角度的半径线上不存螺纹孔、中心嵌件和通孔，则直接读取并记录最大波幅所在角度及与圆心的距离；如果在该角度的半径线上存螺纹孔、中心嵌件和通孔，则依据声波反射定律，修正该缺陷位置定位。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述高能超声脉冲收发装置所发出的波为高能超声波，即发射电压最大1200V，脉冲周期数最大5个周期；所述超声换能器为低频传感器，频率范围0.5MHz-2MHz。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，自动扫查时采样位置点数M的确定原则是：保证两个采样之间的超声换能器发射声场的重叠率不小于50％。
4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述的超声换能器，为常规超声检测采样用的压电传感器或非接触式超声传感器。
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