CN204422482U - 复合绝缘子的超声波自动旋转探伤装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种超声波自动旋转探伤装置，包括：电气控制机构、转轮机构、探伤设备、扫查机构、双滑轮定位结构；电气控制机构与转轮机构控制连接，转轮机构同时与被测复合绝缘子固定连接，转轮机构由电气控制机构控制进行转动以带动被测复合绝缘子旋转；探伤设备，包括一探头，该探头通过双滑轮定位结构固定于扫查结构上；扫查机构，位于被测复合绝缘子的上方，可升降双滑轮定位结构以调整探头与检测面的距离。本实用新型利用双滑轮定位结构对探头定位，在检测时可下降滚轮使其轻压复合绝缘子的表面，从而保证探头垂直于复合绝缘子表面且距离保持不变，有效保证了检测的准确性。

Description

复合绝缘子的超声波自动旋转探伤装置

技术领域

本实用新型涉及复合绝缘子的检测技术领域，尤其涉及一种复合绝缘子的超声波自动旋转探伤装置。 

背景技术

复合绝缘子，由于其质量轻，污闪性能好，不易破损等特点，逐渐取代传统的玻璃与电瓷绝缘子，被大量应用在电力系统中。作为电网的关键性设备，复合绝缘子运行的稳定性与可靠性直接影响了整个电网的安全。现有的运行经验表明，虽然复合绝缘子整体运行情况良好，但是仍有部分复合绝缘子出现事故。为了有效避免复合绝缘子出现及其严重的故障，造成巨大的经济损失，早期无损监测手段必不可少。 

超声检测是应用最广泛的无损检测技术，具有检测速度快，对设备损伤小，定位精确等优点。其基本原理是利用超声波在界面(声阻抗不同的两种介质的结合面)处的反射和折射以及超声波在介质中传播过程中的衰减，由发射探头向被检件发射超声波，由接收探头接收从界面(缺陷或本底)处反射回来的超声波(反射法)或透过被检件后的透射波(透射法)，以此检测被检件内部是否存在缺陷，并对缺陷状况进行定位、定性与定量判断。 

对于复合绝缘子内部可能存在的缺陷，其一般垂直于超声波的入射方向，因此利用超声波对复合绝缘子进行无损检测从原理上是非常适合的。 

在检测过程中，探头不能接触检测面以免对绝缘子的护套表面进行损伤，同时还要始终最近距离地靠近检测面以增加耦合面积，因而探头的定位方式直接影响着检测结果的准确性，然而传统的定位方式满足不了此要求，所以亟需对其进行改进。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种复合绝缘子的超声波自动旋转探伤装置，通过双滑轮定位结构对探头进行准确定位，保证检测过程中探头在垂直于检测面的同时能够始终保持与检测面的最近距离。 

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。 

一种超声波自动旋转探伤装置，包括：电气控制机构、转轮机构、探伤设备、扫查机构、双滑轮定位结构； 

所述电气控制机构与转轮机构控制连接，转轮机构同时与被测复合绝缘子的一端固定连接，所述转轮机构由电气控制机构控制进行转动以带动被测复合绝缘子以其芯棒为转轴进行旋转； 

所述探伤设备，包括一用于向被测复合绝缘子的检测面发射超声波并检测该检测面的首次反射波的探头，该探头通过双滑轮定位结构固定于扫查结构上； 

所述扫查机构，位于被测复合绝缘子的上方，可升降所述双滑轮定位结构以调整探头与被测复合绝缘子的检测面的距离。 

优选地，所述双滑轮定位结构包括：安装支架、固定于安装支架上并呈水平间隔排列的第一滚轮和第二滚轮； 

所述探头固定于安装支架上，探头的中心轴线垂直于第一滚轮和第二滚轮的中心连线且该探头位于第一滚轮和第二滚轮之间的中间位置，探头的底面高 于第一滚轮和第二滚轮的底面。 

优选地，所述探头的底面与第一滚轮和第二滚轮的底面的竖直距离为1-2mm。 

优选地，在检测过程中，所述双滑轮定位结构通过扫查机构下降至被测复合绝缘子的检测面之上，且第一滚轮和第二滚轮的底面与检测面相接触。 

优选地，该装置还包括： 

用于对所述被测复合绝缘子进行支撑以使其呈水平状态的托轮装置； 

用于对所述被测复合绝缘子进行水煮实验的绝缘子水煮池。 

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于： 

本实用新型利用双滑轮定位结构对探头进行定位，在检测时可直接下降滚轮使其轻压复合绝缘子的表面，从而保证探头垂直于复合绝缘子表面且距离保持不变，有效保证了检测的准确性。 

附图说明

图1为本实用新型实施例中超声波在异质界面反射示意图； 

图2为本实用新型实施例中双滑轮定位结构的结构示意图； 

图3为本实用新型实施例中弧面探头的结构示意图； 

图4为本实用新型实施例中超声波自动旋转探伤装置的结构示意图； 

图5为本实用新型实施例中复合绝缘子的超声波检测方法流程图； 

图6为本实用新型实施例中对标准试样不同孔径的检测结果。 

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

本实用新型中，基于超声波回波相位特征的复合绝缘子检测方法的基本原理如下所述。 

如图1所示，在硅橡胶与芯棒粘接良好的界面上，超声波的反射在介质a(硅橡胶)和介质b(芯棒)的界面上发生；在硅橡胶与芯棒存在脱粘等现象的界面上，超声波的反射在介质a(硅橡胶)和介质c(空气)的界面上发生。 

声压反射率的计算公式如下：

其中，Z₁表示第一介质的声阻抗，Z₂表示第二介质的声阻抗。 

(1)在硅橡胶与芯棒的界面上，反射率计算结果如下： 

芯棒的声阻抗Z₂＝6.6MRayL，硅橡胶的声阻抗Z₁＝1.66MRayL，则反射率R＝(6.6-1.66)/(6.6+1.66)＝0.598。 

(2)在硅橡胶与空气的界面上，反射率计算结果如下： 

空气的声阻抗Z₂＝0.0004MRayL，硅橡胶的声阻抗Z₁＝1.66MRayL，则反射率R＝(0.0004-1.66)/(0.0004+1.66)＝-0.99952。 

从上述的计算可以看出，两种不同界面，声压反射率的差异包括： 

A.相位差：在硅橡胶与芯棒的界面上，反射率为正数；在硅橡胶与空气的界面上，反射率为负数。具体到仪器波形上的显示，一个相位为正(首波为正电平)，一个相位为负(首波为负电平)。 

B.幅度差：反射率绝对值的差异，表现在仪器的波形上，两者之间存在着约4.5dB的幅度差异(20*log10(R1/R2)＝20*log10(0.99952/0.598)＝4.5dB)。 

异质界面相位极性和幅值差异理论上都可以用来检测复合绝缘子内部缺 陷。但是，幅值会受到耦合状况和绝缘子表面状态影响，因为耦合状况和表面状态会影响入射波从探头进入绝缘子护套时的衰减，以及反射回波从护套返回探头时的衰减，也就是影响了反射波强度(幅值)。而相位极性只取决于异质(硅橡胶与空气、硅橡胶当芯棒)界面两侧物质的声阻抗，根据声阻抗来计算折反射系数，从而得到反射波相位极性，所以相位极性不会受到耦合状况和绝缘子表面状态影响。因而，可以以相位极性作为缺陷的主要判定依据，而幅度作为一个辅助的手段。 

基于以上原理，下面使用南方电网科学研究院与广东汕头超声电子股份有限公司超声仪器分公司研制的CTS-1008型超声探伤仪，或与之技术参数相似的探伤仪对复合绝缘子进行超声波回波法检测。 

由于输电线路用复合绝缘子的长度较长(500kV绝缘子均在4m以上)，待检区域较大，因此在检测时需要将复合绝缘子放置在一个自动旋转平台上。以利于快速准确的探伤。超声波自动旋转平台需满足下述要求： 

(1)旋转平稳，在旋转的过程中，要始终保持超声波探头的中心线垂直于绝缘子表面并良好耦合。 

(2)探头固定良好，在检测过程中为避免探头磨损，以及复合绝缘子护套表面被探头划伤，探头不能直接接触护套表面。同时为了保证检测效果，探头与复合绝缘子护套的间距应固定。 

(3)耦合面积大，在确保探头不接触护套表面的前提下，尽可能增大探头与复合绝缘子的接触面积。 

为了保证旋转的平稳，同时保证探头在检测时定位的准确性，本实施例中采用双滑轮定位结构，用两个不锈钢轴承作为滚轮，轻压在复合绝缘子的硅橡 胶表面，随着复合绝缘子旋转而转动，无论是复合绝缘子的跳动、上下起伏、左右扭曲等等变化，始终保持与复合绝缘子的接触。探头03固定在滚轮01和滚轮02的安装支架上，探头03的中心轴线垂直于滚轮01和滚轮02的中心连线，且位于两个滚轮的中间，如图2所示。 

同时为了增大有效耦合面积，采用南方电网科学研究院与广东汕头超声电子股份有限公司超声仪器分公司共同研制的弧面超声探头，如图3所示的弧面探头03。在检测过程中，弧面超声探头与复合绝缘子的距离应保持在1-2mm之间，并且需保证探头与绝缘子表面的间隙内充满水。 

针对高压合成绝缘子的超声波自动旋转探伤装置如图4所示，其主要包括以下组成部分： 

电气控制机构1，其面板上有急停按钮、启动按钮、电源指示灯、正转、反转和速度选择档位等，可实现旋转装置的自动或手动控制。 

转轮机构2，可平稳、低噪音、低振动的转动绝缘子。 

扫查机构3，探头通过双滑轮定位结构固定于其上，在检测过程中可以平稳准确的升降超声探头，并保证探头与护套间的距离保持一定。 

探伤设备4，为CTS-2008探伤仪，或与之技术参数相近的超声探伤设备，具有一探头。 

铝框架5，吊轨6等为金属支撑结构。 

托轮装置8，用于支撑样品复合绝缘子7。 

绝缘子水煮池9，用于对绝缘子7进行水煮加速老化。 

如图5所示，应用双滑轮定位结构以及上述超声波自动旋转检测平台进行检测的方法为： 

501、通过电气控制机构1控制转轮机构2转动，从而旋转被测复合绝缘子直至检测面朝上。 

502、上下左右调节扫查机构3，使得其上固定的双滑轮定位结构移至被测复合绝缘子7的正上方且滚轮01和滚轮02轻压在绝缘子护套的表面，此时固定于双滑轮定位结构上的探头03与被测复合绝缘子7的检测面相垂直且竖直距离为预设的1-2mm。 

503、将探伤设备4的探头03与被测复合绝缘子7的检测面耦合. 

504、用所述探头03向被测复合绝缘子7的检测面发射超声波，在检测面上进行扫查； 

505、检测被测复合绝缘子7的检测面的首次反射波，若其相位极性与无缺陷的复合绝缘子的相应区域的首次反射波的相位极性相反，则判定被测复合绝缘子的检测面具有缺陷。 

本实施例中，使用探伤设备对内部存在不同尺寸缺陷的复合绝缘子样品进行探伤，探伤结果如下所述： 

(a)平板样品的检测 

采用与复合绝缘子芯棒材料声阻相同的玻璃钢制作了标准的样品板，其中玻璃钢板上钻有不同大小的孔隙。孔隙直径分别为5mm，4mm，3mm，1.5mm。然后再在玻璃钢板上覆盖与绝缘子护套材料相同的硅橡胶。使用超声检测设备得到的检测结果如图6所示： 

试验结果表明，对于内部含细微缺陷的复合绝缘子样品，其幅值的差异并不明显，考虑到现场绝缘子表面情况更为复杂，过去单纯利用幅值来判断复合绝缘子的缺陷并不可靠，而利用回波相位的来判断更加方便直观，可以对3mm以上缺陷进行判断。 

(b)实际脱粘绝缘子的检测 

对实际已脱粘绝缘子进行检测，可以发现，对于粘接情况存在差异的复合绝缘子，其回波相位将发生明显的反向。 

(c)芯棒上有碳化痕迹的绝缘子 

对于有碳化痕迹的绝缘子进行超声波检测，会发现，出现碳化痕迹的缺陷区域与未出现碳化痕迹的无缺陷区域，其超声波首波极性不同。 

(d)出现局部发热缺陷的绝缘子 

对于现场通过红外检测发现的局部存在温升的复合绝缘子进行超声波检测，同样发现，出现温升的缺陷区域与未出现温升的无缺陷区域，其超声波首波极性不同。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (5)

1.一种超声波自动旋转探伤装置，其特征在于，该装置包括：电气控制机构、转轮机构、探伤设备、扫查机构、双滑轮定位结构；

所述电气控制机构与转轮机构控制连接，转轮机构同时与被测复合绝缘子的一端固定连接，所述转轮机构由电气控制机构控制进行转动以带动被测复合绝缘子以其芯棒为转轴进行旋转；

所述探伤设备，包括一用于向被测复合绝缘子的检测面发射超声波并检测该检测面的首次反射波的探头，该探头通过双滑轮定位结构固定于扫查结构上；

所述扫查机构，位于被测复合绝缘子的上方，可升降所述双滑轮定位结构以调整探头与被测复合绝缘子的检测面的距离。

2.如权利要求1所述的超声波自动旋转探伤装置，其特征在于，所述双滑轮定位结构包括：安装支架、固定于安装支架上并呈水平间隔排列的第一滚轮和第二滚轮；

所述探头固定于安装支架上，探头的中心轴线垂直于第一滚轮和第二滚轮的中心连线且该探头位于第一滚轮和第二滚轮之间的中间位置，探头的底面高于第一滚轮和第二滚轮的底面。

3.如权利要求2所述的超声波自动旋转探伤装置，其特征在于，所述探头的底面与第一滚轮和第二滚轮的底面的竖直距离为1-2mm。

4.如权利要求3所述的超声波自动旋转探伤装置，其特征在于，在检测过程中，所述双滑轮定位结构通过扫查机构下降至被测复合绝缘子的检测面之上，且第一滚轮和第二滚轮的底面与检测面相接触。

5.如权利要求1至4任一所述的超声波自动旋转探伤装置，其特征在于，该装置还包括：

用于对所述被测复合绝缘子进行支撑以使其呈水平状态的托轮装置；

用于对所述被测复合绝缘子进行水煮实验的绝缘子水煮池。