一种复合绝缘子界面和内部缺陷的超声相控检测模型
技术领域
本发明涉及输变电设备状态检测领域，特别是涉及一种复合绝缘子界面和内部缺陷的超声相控检测模型。
背景技术
复合绝缘子具有防污性能好、体积小、重量轻、机械强度高、免检零、少维护、运输方便等较高等优点，大量应用于高压架空线路。复合绝缘子在运行过程中会因电气、机械类型故障产生内部缺陷，当复合绝缘子芯棒与伞裙护套之间的界面存在内部缺陷，由于缺陷处局部场强大于非缺陷处，导致缺陷处局部放电形成炭化通道，严重时甚至会发展成内绝缘贯穿性击穿(吴广宁.电气设备状态检测的理论与实践[M].北京：清华大学出版社.2005：190-207.)，影响电网运行安全。研究复合绝缘子内部缺陷的无损检测方法具有重要意义。
超声相控检测法是近年来兴起的效率更高、深度检测能力更强的方法。华南理工大学电力学院实验室利用相控阵超声法对护套与芯棒黏接良好、护套存在气孔、硅橡胶中部断面和护套与芯棒黏接不良四种情况下的复合绝缘子进行检测，初步验证了相控阵超声法检测复合绝缘子内部缺陷的可行性(谢从珍，何子兰，凌永兴等.相控阵超声波检测复合绝缘子内部缺陷[J].中国电机工程学报,2012,32(S1):63-68.)。国网湖北省电力有限公司检修公司为更好地检测小管径复合绝缘子，提出了基于超声相控阵的柔性水囊耦合检测方法，护套最小可检测缺陷尺寸达0.8mm，芯棒达1mm(徐天勇，董晓虎，李荣超等.复合绝缘子内部缺陷的超声相控阵检测研究[J].电力工程技术,2018,37(06):75-79.)。华南理工大学的何子兰将存在异常温升故障的复合绝缘子水平浸入水中，以水为耦合介质，用相控阵超声法检测出绝缘子界面存在蚀损缺陷(何子兰.复合绝缘子人工内部缺陷的超声波检测[D].广州:华南理工大学,2013.)。但现有研究仍缺乏在空气中对复合绝缘子内部界面与缺陷的检测，同时缺少相应的方法模型可对检测结果进行比对和评估。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种复合绝缘子界面缺陷和硅橡胶、芯棒内部缺陷的超声相控检测方法模型，适用于各电压等级的复合绝缘子。指导利用超声相控检测仪器识别复合绝缘子内部界面结构和缺陷，可对检测结果进行预测和评估，进而准确定位设备内部缺陷位置，解决之前超声相控检测技术无法同时兼顾操作简便性和准确性的问题。所述方法模型中超声探头可以在空气中完成检测操作，检测结果契合复合绝缘子界面与缺陷的识别模型，实现定位检测。
本发明至少通过如下技术方案之一实现。
一种复合绝缘子界面和内部缺陷的超声相控检测模型，包括探头和待检测的复合绝缘子结构，探头和待检测的复合绝缘子结构之间设有水囊装置，探头通过水囊装置耦合对待检测的复合绝缘子结构上的待测点进行检测；所述待检测的复合绝缘子结构包括待测部件与待测部件内的芯棒。
优选的，所述水囊装置为橡胶材质制成的套管，将水冲入水囊装置后，密封水囊装置。
优选的，所述探头与水囊装置之间、水囊装置与待测部件上的待测点之间均需涂抹凝胶耦合剂。
优选的，所述水囊装置包括水囊、位于水囊上的注水口和位于水囊内的超声锲块。
优选的，所述超声锲块向下一面呈弧形。
优选的，所述水囊为硅橡胶薄膜，薄膜材料为硅橡胶。
优选的，所述超声锲块材料为聚苯乙烯。
优选的，所述待测部件为复合绝缘子材料。
优选的，所述探头的晶片阵列与待测部件轴向相一致。
优选的，所述芯棒的基体材料为环氧树脂，形状为圆柱形。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用超声相控技术在空气中对复合绝缘子界面和内部缺陷进行检测，降低超声相控检测的操作难度和对使用环境的要求；指导利用超声相控技术检测复合绝缘子界面结构与缺陷，便于判断缺陷为界面、硅橡胶内部或是芯棒内部缺陷。超声检测技术为无损检测，本发明提出的方法模型有利于在不对复合绝缘子造成破坏的前提下研究内部不同缺陷对复合绝缘子运行状态的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明实施例一中超声相控检测复合绝缘子实物图；
图2是本发明实施例一中超声检测过程结构示意图；
图3是本发明实施例一中预测检测结果扇扫波形图；
图4是本发明实施例一中实际检测结果扇扫波形图；
图5是本发明实施例二中超声相控检测复合绝缘子实物图；
图6是本发明实施例二中超声检测过程结构示意图；
图7是本发明实施例二中预测检测结果扇扫波形图；
图8是本发明实施例二中实际检测结果扇扫波形图；
图9是本发明实施例三中水囊装置图；
图10是本发明实施例三中水囊装置使用示意图；
图11是本发明实施例四中光电流传感器图；
图12是本发明实施例四中超声检测光电流传感器过程示意图；
其中，11-超声探头，12-水囊，13-护套，14-芯棒，15-待测复合绝缘子，101-缺陷点，2-水囊装置，21-注水口，22-超声锲块，23-硅橡胶薄膜，3-光电流互感器，31-芯棒，32-法兰。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种复合绝缘子界面和内部缺陷的超声相控检测模型，包括超声探头11、水囊装置2和待检测的复合绝缘子结构。所述待检测的复合绝缘子结构包括待测部件、以及待测部件内部的芯棒14。所述超声探头11与水囊装置2之间、水囊装置2与待测部件上的待测点之间均涂抹凝胶耦合剂，确保超声探头11的晶片阵列与待测部件轴向相一致。检测过程中，超声探头经水囊装置装置进行耦合检测。
检测前的结构示意图形成和扫查波形图像的预测，检测过程中的具体操作方法及检测结果的评估和缺陷情况的确定。利用超声相控技术在空气中对复合绝缘子界面和内部缺陷进行无损检测，降低超声相控检测的操作难度和对使用环境的要求，便于判断缺陷为界面、硅橡胶内部或是芯棒内部缺陷，有利于在不对复合绝缘子造成破坏的前提下研究内部不同位置缺陷对复合绝缘子运行状态的影响。
实施例一：
本实施例中，所述待测部件为复合绝缘子15，复合绝缘子15包括护套13和芯棒14，将复合绝缘子15横向截断后，在远离水囊装置2的一侧人为制造一孔径1.5mm，深约25mm的缺陷点101。
如图2所示，检测前由复合绝缘子结构形成相应的检测示意图，a1为水囊装置2表面，b1为护套上表面，c1为护套与芯棒上交界面，d1为护套与芯棒下交界面，e1为护套下表面。
如图3所示，推导出扇形扫查波形图像。a为水囊装置2表面反射回波，b为护套上表面反射回波，c为护套与芯棒上交界面反射回波，d为护套与芯棒下交界面反射回波，e为护套下表面反射回波，10为人工缺陷反射回波，且推导扇形扫查波形图像从上到下依次为a、b、c、d、10、e。
如图4所示，将超声探头11、水囊装置2与待测复合绝缘子按图1所示的方向摆放，人工缺陷点101位于芯棒14下面，超声探头与装置2之间、装置2与复合绝缘子待测点之间均涂抹凝胶耦合剂，确保超声探头11的晶片阵列与复合绝缘子轴向相一致，调整水囊厚度直至得出检测结果。若检测结果与推导得的扫查波形图像相契合，则可认为检测结果准确，并确定复合绝缘子内部缺陷情况。
对比图3可知两图相契合，可认为检测结果准确，并确定缺陷位置在d1与e1之间，与实际情况相符。
实施例二：
如图9所示，所述水囊装置2包括水囊12、位于水囊2上的两个注水口21、位于水囊12内的超声锲块22。水囊为硅橡胶薄膜23，所述超声锲块22基体材料为聚苯乙烯。使用前通过注水口21注入水，根据复合绝缘子缺陷可能存在位置选择注水量大小。使用时将超声探头11、水囊2与待测复合绝缘子15按图10所示摆放，超声探头与水囊之间、水囊与复合绝缘子待测点之间均涂抹凝胶耦合剂，确保超声探头11的晶片阵列与复合绝缘子15轴向相一致。
实施例三：
如图5所示，将复合绝缘子15横向截断后，在靠近水囊的一侧人为制造一孔径1.5mm，深约25mm的缺陷101。
如图6所示，检测前由复合绝缘子结构形成相应的检测示意图。a1为水囊表面，b1为护套上表面，c1为护套与芯棒上交界面，d1为护套与芯棒下交界面，e1为护套下表面。
推导出如图7所示的扇形扫查波形图像。a为水囊表面反射回波，b为护套上表面反射回波，c为护套与芯棒上交界面反射回波，d为护套与芯棒下交界面反射回波，e为护套下表面反射回波，10为人工缺陷反射回波，且推导扇形扫查波形图像从上到下依次为a、b、10、c、d、e。
将超声探头11、水囊12与待测复合绝缘子15按图5所示摆放，人工缺陷101位于芯棒14下面，超声探头与水囊之间、水囊与复合绝缘子待测点之间均涂抹凝胶耦合剂，确保超声探头11的晶片阵列与复合绝缘子轴向相一致，调整水囊厚度直至得出检测结果，即图8。对比图7可知，除了e，其余反射回波皆与检测结果相契合，推测原因是超声波在经过声阻抗较大的硅橡胶护套、空气间隙以及玻璃芯棒后，绝大部分已在过程中反射回探头或损耗，导致护套下表面的回波能量大幅减少，从而无法明显检测出来。故可认为检测结果较为准确，并确定缺陷位置在b1与c1之间，与实际情况相符。
实施例四：
本发明不局限于复合绝缘子界面与芯棒内部缺陷检测，内部结构与复合绝缘子类似的设备皆可称为检测对象，如光电流互感器(下简称光CT)。图11为光CT的结构示意图，其中光电流互感器3内部设有光电流互感器芯棒31，所述光电流互感器芯棒31材料为环氧树脂，形状为圆柱形。光电流互感器3外部设有法兰32。利用超声相控检测仪对光CT界面和内部缺陷进行检测，操作过程如图12所示，超声探头11与水囊12之间、水囊12与光CT待测点3之间均涂抹凝胶耦合剂，确保超声探头11的晶片阵列与光CT芯棒轴向相一致，调整水囊厚度直至得出检测结果。
以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
