CN114894901A - 一种在役盆式绝缘子缺陷相控阵检测及运行寿命评估方法 - Google Patents

一种在役盆式绝缘子缺陷相控阵检测及运行寿命评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在役盆式绝缘子缺陷相控阵检测及运行寿命评估方法，该方法包括以下步骤：⑴获取待检盆式绝缘子基本信息参数；⑵采用超声相控阵检测仪建立盆式绝缘子超声相控阵检测平台；⑶根据待检盆式绝缘子基本信息，设置并调节检测参数；⑷对待检盆式绝缘子的螺栓孔两侧沿厚度方向自上而下连续检测，形成图像；⑸根据图像中的信号颜色及分布区域判断待检盆式绝缘子的螺栓孔附近是否存有开裂缺陷；若存在开裂缺陷，利用仿真软件模拟计算裂纹应力强度因子K1；然后提取裂纹应力强度因子K1，利用断裂力学Pairs公式计算缺陷疲劳裂纹扩展寿命，并对待检盆式绝缘子运行寿命进行评估。本发明可以在GIS组合电器工作时进行带电检测，方便、实用、效率高。

Description

一种在役盆式绝缘子缺陷相控阵检测及运行寿命评估方法
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种在役盆式绝缘子缺陷相控阵检测及运行寿命评估方法。
背景技术
盆式绝缘子是GIS组合电器的重要部件，其质量状况对电网的安全、稳定运行有着重要影响。盆式绝缘子与GIS筒体通过螺栓连接，螺栓孔附近区域易于发生应力集中，尤其当螺栓预紧力差异明显时，不同螺栓孔附近应力集中不均，应力集中区域易于开裂并扩展，进而引发GIS气室漏气、造成电网严重事故。
目前，盆式绝缘子以X射线和声发射检测为主。然而，X射线检测方法受现场安装区域条件限制，缺陷检测率难以满足实际要求。此外，射线检测劳动强度大、效率低，且易对人体造成辐射伤害。声发射技术以捕捉缺陷扩展信号为前提，对稳态缺陷产生的信号难以捕获，或是对捕捉所得的稳态信号难以精准判断，容易造成漏检、误检。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高效、准确的在役盆式绝缘子缺陷相控阵检测及运行寿命评估方法。
为解决上述问题，本发明所述的一种在役盆式绝缘子缺陷相控阵检测及运行寿命评估方法，包括以下步骤：
⑴获取待检盆式绝缘子基本信息参数；
⑵采用超声相控阵检测仪建立盆式绝缘子超声相控阵检测平台；
⑶根据待检盆式绝缘子基本信息，设置并调节检测参数；
⑷对待检盆式绝缘子的螺栓孔两侧沿厚度方向自上而下连续检测，形成图像；
⑸根据图像中的信号颜色及分布区域判断待检盆式绝缘子的螺栓孔附近是否存有开裂缺陷；若存在开裂缺陷，根据开裂缺陷尺寸及分布特征，利用仿真软件模拟计算裂纹应力强度因子K1；然后提取裂纹应力强度因子K1，利用断裂力学Pairs公式计算缺陷疲劳裂纹扩展寿命，并对待检盆式绝缘子运行寿命进行评估。
所述步骤⑴中检盆式绝缘子基本信息参数包括外径、密封圈槽宽度、密封圈槽两侧深度以及密封圈外侧至外径的距离。
所述步骤⑵中超声相控阵检测仪的探头为自聚焦相控阵探头，频率为2.25MHz，晶片数量为16，晶片间距为0.5mm，晶片长度为10mm。
所述步骤⑶中检测参数按下述方法进行设置并调节：
①输入待检盆式绝缘子的密封圈外侧至外径的距离，即工件厚度；同时调节相应聚焦深度与输入待检盆式绝缘子的密封圈外侧至外径的距离一致；
②将探头放置在待检盆式绝缘子的螺栓孔任意一侧，采用相控阵横波检测方式，利用待检盆式绝缘子的密封圈槽两侧深度进行实际声速校准；
③调节超声相控阵检测仪激发次数、反射次数、声程显示范围及增益dB值，并将密封圈槽两侧深度槽的发射回波调节至满屏80%；
④调节超声相控阵检测仪扇扫扫查角度，将扫查角度设置为端角反射率最高角度范围，即设置为35°~55°。
所述步骤⑸中开裂缺陷按下述方法进行判断：当在聚焦深度范围内存在区域颜色深色显示时，则螺栓孔附近存在开裂缺陷；当聚焦范围内只存在单一底面反射或无反射区域深色显示时，则无开裂缺陷。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用盆式绝缘子超声相控阵检测平台，根据盆式绝缘子基本信息设置并调节超声相控阵检测仪检测参数，从而形成超声相控阵检测图像，进而可以准确判断被检盆式绝缘子螺栓孔附近是否存在缺陷。
2、本发明可以根据开裂缺陷大小，利用仿真软件提取裂纹应力强度因子K1，对运行寿命进行评估，从而及时诊断了解设备的运行状态及使用寿命，实现定期对设备进行检测判断，在设备出现微小缺陷时及时发现，避免了电网事故的发生，保证了电力设备的稳定运行。
3、本发明可以在GIS组合电器工作时进行带电检测，方便、实用、效率高。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例中盆式绝缘子图。其中：左图为正面，右图为背面。
图2为本发明实施例中盆式绝缘子的正面超声图。
具体实施方式
一种在役盆式绝缘子缺陷相控阵检测及运行寿命评估方法，包括以下步骤：
⑴获取待检盆式绝缘子基本信息参数。检盆式绝缘子基本信息参数包括外径、密封圈槽宽度、密封圈槽两侧深度以及密封圈外侧至外径的距离。
⑵采用超声相控阵检测仪建立盆式绝缘子超声相控阵检测平台。 超声相控阵检测仪的探头为自聚焦相控阵探头，频率为2.25MHz，晶片数量为16，晶片间距为0.5mm，晶片长度为10mm。
⑶根据待检盆式绝缘子基本信息，设置并调节检测参数。具体过程如下：
①输入待检盆式绝缘子的密封圈外侧至外径的距离，即工件厚度；同时调节相应聚焦深度与输入待检盆式绝缘子的密封圈外侧至外径的距离一致；
②将探头放置在待检盆式绝缘子的螺栓孔任意一侧，采用相控阵横波检测方式，利用待检盆式绝缘子的密封圈槽两侧深度进行实际声速校准；
③调节超声相控阵检测仪激发次数、反射次数、声程显示范围及增益dB值，并将密封圈槽两侧深度槽的发射回波调节至满屏80%；
④调节超声相控阵检测仪扇扫扫查角度，将扫查角度设置为端角反射率最高角度范围，即设置为35°~55°。
⑷对待检盆式绝缘子的螺栓孔两侧沿厚度方向自上而下连续检测，形成图像。
⑸根据图像中的信号颜色及分布区域判断待检盆式绝缘子的螺栓孔附近是否存有开裂缺陷。开裂缺陷的判断方式如下：当在聚焦深度范围内存在区域颜色深色显示时，则螺栓孔附近存在开裂缺陷；当聚焦范围内只存在单一底面反射或无反射区域深色显示时，则无开裂缺陷。
若存在缺陷，根据开裂缺陷尺寸及分布特征，利用仿真软件模拟计算裂纹应力强度因子K1；然后提取裂纹应力强度因子K1，利用断裂力学Pairs公式计算缺陷疲劳裂纹扩展寿命，并对待检盆式绝缘子运行寿命进行评估。
Figure 730023DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 398902DEST_PATH_IMAGE002
；
Figure 454582DEST_PATH_IMAGE003
；
式中：a为裂纹深度或宽度；N为应力循环次数；ΔK为应力强度因子变化范围；a 0初始裂纹长度；a c 临界裂纹长度；F为几何修正因子，可由应力强度因子手册查出；
Figure 271229DEST_PATH_IMAGE004
为循环应力幅值 C和m均为材料相关参数；K c 为材料断裂韧性。
若K1＞△K，盆式绝缘子会发生突然断裂危险，需及时停电更换；若K1＜△K，盆式绝缘子不会发生突然断裂危险，需评估计算其实用寿命。
实施例 以110kV变电站中GIS组合电器盆式绝缘子为例，如图1所示。
一种在役盆式绝缘子缺陷相控阵检测及运行寿命评估方法，包括以下步骤：
⑴获取待检盆式绝缘子基本信息参数：外径为680mm，密封圈槽宽度10mm，密封圈槽两侧深度各为8mm，厚度为60mm，密封圈外侧至外径的距离为50mm。
⑵采用超声相控阵检测仪建立盆式绝缘子超声相控阵检测平台。 超声相控阵检测仪的探头为自聚焦相控阵探头，频率为2.25MHz，晶片数量为16，晶片间距为0.5mm，晶片长度为10mm。
⑶将透声性好、且粘稠不易流动的工业浆糊涂在盆式绝缘子侧面，保证探头与工件耦合，减少声波进入不同界面时的能量损失。
根据待检盆式绝缘子基本信息，设置并调节检测参数。具体过程如下：
①将密封圈外侧至外径的距离为50mm输入超声相控阵检测仪工件厚度，同样调节相应聚焦深度与输入盆式绝缘子密封圈外侧至外径50mm的距离一致；
②利用待检盆式绝缘子的密封圈槽两侧深度进行实际声速校准。即：探头放在在盆式绝缘子侧面，利用超声相控阵检测仪中的A超对准两侧任意深度槽，调解超声相控阵检测仪深度显示范围，直到与密封圈外侧至外径50mm的距离一致时，此时声速为盆式绝缘子实际声速。
③调节超声相控阵检测仪激发、反射次数为1.5、声程显示范围为100mm，并将密封圈槽两侧深度槽的发射回波调节至满屏80%；
④调节超声相控阵检测仪扇扫扫查角度，将扫查角度设置为端角反射率最高角度范围，即设置为35°~55°。
⑷对待检盆式绝缘子的螺栓孔两侧沿厚度方向自上而下分段连续检测，形成图像，如图2所示。
⑸图2中出现颜色较低波深色区域为缺陷，缺陷位于始波与低波之间，因相控阵探头放置位置在螺栓孔一侧，因此可以判断出螺栓孔附近盆式绝缘子存在开裂缺陷，通过测量颜色较深区域可测量缺陷大小。
⑹利用COMSOL5.6仿真软件模拟计算，则裂纹应力强度因子K1=2.01MPa·mm1/2。
F=1.12，a=a0=0.5mm，
Figure 70557DEST_PATH_IMAGE004
=σmax-σmin =4.2MPa；K c =1.9MPa·mm1/2
ΔK=Kmax-Kmin=1.12
Figure 593943DEST_PATH_IMAGE005
=0.589MPa·mm1/2
Figure 86104DEST_PATH_IMAGE006
=0.052m，C=4×10-12；m=3；
Figure 327729DEST_PATH_IMAGE002
。
当m≠2时，
Figure 602853DEST_PATH_IMAGE007
=2.78×109次循环。

Claims (5)

1.一种在役盆式绝缘子缺陷相控阵检测及运行寿命评估方法，包括以下步骤：
⑴获取待检盆式绝缘子基本信息参数；
⑵采用超声相控阵检测仪建立盆式绝缘子超声相控阵检测平台；
⑶根据待检盆式绝缘子基本信息，设置并调节检测参数；
⑷对待检盆式绝缘子的螺栓孔两侧沿厚度方向自上而下连续检测，形成图像；
⑸根据图像中的信号颜色及分布区域判断待检盆式绝缘子的螺栓孔附近是否存有开裂缺陷；若存在开裂缺陷，根据开裂缺陷尺寸及分布特征，利用仿真软件模拟计算裂纹应力强度因子K1；然后提取裂纹应力强度因子K1，利用断裂力学Pairs公式计算缺陷疲劳裂纹扩展寿命，并对待检盆式绝缘子运行寿命进行评估。
2.如权利要求1所述的一种在役盆式绝缘子缺陷相控阵检测及运行寿命评估方法，其特征在于：所述步骤⑴中检盆式绝缘子基本信息参数包括外径、密封圈槽宽度、密封圈槽两侧深度以及密封圈外侧至外径的距离。
3.如权利要求1所述的一种在役盆式绝缘子缺陷相控阵检测及运行寿命评估方法，其特征在于：所述步骤⑵中超声相控阵检测仪的探头为自聚焦相控阵探头，频率为2.25MHz，晶片数量为16，晶片间距为0.5mm，晶片长度为10mm。
4.如权利要求1所述的一种在役盆式绝缘子缺陷相控阵检测及运行寿命评估方法，其特征在于：所述步骤⑶中检测参数按下述方法进行设置并调节：
①输入待检盆式绝缘子的密封圈外侧至外径的距离，即工件厚度；同时调节相应聚焦深度与输入待检盆式绝缘子的密封圈外侧至外径的距离一致；
②将探头放置在待检盆式绝缘子的螺栓孔任意一侧，采用相控阵横波检测方式，利用待检盆式绝缘子的密封圈槽两侧深度进行实际声速校准；
③调节超声相控阵检测仪激发次数、反射次数、声程显示范围及增益dB值，并将密封圈槽两侧深度槽的发射回波调节至满屏80%；
④调节超声相控阵检测仪扇扫扫查角度，将扫查角度设置为端角反射率最高角度范围，即设置为35°~55°。
5.如权利要求1所述的一种在役盆式绝缘子缺陷相控阵检测及运行寿命评估方法，其特征在于：所述步骤⑸中开裂缺陷按下述方法进行判断：当在聚焦深度范围内存在区域颜色深色显示时，则螺栓孔附近存在开裂缺陷；当聚焦范围内只存在单一底面反射或无反射区域深色显示时，则无开裂缺陷。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115308016A (zh) * 2022-08-17 2022-11-08 山东大学 一种盆式绝缘子裂纹预测方法及***
CN116773667A (zh) * 2023-06-15 2023-09-19 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 核电汽轮机的转子叶根槽裂纹安全性监控方法和装置

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