一種變電站支柱絕緣子強度檢測裝置及方法
2023-05-07 19:16:11
一種變電站支柱絕緣子強度檢測裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種變電站支柱絕緣子強度檢測裝置及方法，包括採集儀、振動傳感器組、計算機和激振力錘，所述的振動傳感器組固定於支柱絕緣子上，採集儀通過線纜分別通信連接振動傳感器組和計算機，所述的激振力錘的控制端通信連接採集儀並在採集儀的控制下對支柱絕緣子進行激振。本發明方法建立了支柱絕緣子強度檢測方法，優化檢測參數，分別對新支柱絕緣子和在役支柱絕緣子提出檢測技術標準，新支柱絕緣子頻率比值大於90％、在役支柱絕緣子頻率比值大於85％評定為強度合格。該方法通過絕緣子頻率變化評判各類缺陷(裂紋、內部燒結缺陷、膠合部位腐蝕等)對其強度的影響，檢測可靠性高、效率高。
【專利說明】一種變電站支柱絕緣子強度檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於變電站結構檢測技術，具體涉及一種變電站支柱絕緣子強度檢測裝置 及方法。
【背景技術】
[0002] 支柱絕緣子強度直接影響支持型母線結構的安全。由於母線防風振設計的不合 理，且2000年前生產的支柱絕緣子質量不可靠，目前在役變電站支持式母線結構存在巨大 的安全隱患。另外母線停電不易且時間短，對支柱絕緣子開展損傷檢測尤為必要！
[0003] 目前支柱絕緣子無損檢測較為成熟的方法為超聲波檢測。超聲波檢測有明確的 操作規範，見標準JB/T 9674-1999《超聲波探測瓷件內部缺陷》。超聲檢測技術是利用材 料本身或內部缺陷對超聲波傳播的影響來判斷結構內部及表面缺陷的大小、形狀和分布情 況。超聲用於無損檢測技術中，主要原因是：（1)超聲在介質中傳播時，遇到界面會發生反 射；⑵超聲波具有良好的指向性，頻率越高，指向性越好；⑶超聲的能量大，對各種材料 的穿透力較強。其檢測適應性較強，檢測靈敏度較高，對人體無害、使用靈活、設備比較方便 操作、設備較便宜。在用於檢測支柱絕緣子時，主要是對法蘭盤相鄰瓷裙間的掃描。但是超 聲波檢測也存在以下缺點：（1)不能開展帶電檢測；（2)未膠裝時可檢測裂紋、氣孔、夾渣等 缺陷，對膠裝之後的絕緣子僅能檢測表面裂紋，對其它膠合質量不能有效檢測；（3)檢測受 法蘭盤與第一基傘裙間的距離影響。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種變電站支柱絕緣子強度檢測裝置及方法，以實現對變電 站支柱絕緣子強度的檢測。
[0005] 實現本發明目的採用的技術方案是：
[0006] -種變電站支柱絕緣子強度檢測裝置，包括採集儀、振動傳感器組、計算機和激振 力錘，所述的振動傳感器組固定於支柱絕緣子上，採集儀通過線纜分別通信連接振動傳感 器組和計算機，所述的激振力錘的控制端通信連接採集儀並在採集儀的控制下對支柱絕緣 子進行激振。
[0007] 所述的一種變電站支柱絕緣子強度檢測裝置，所述的振動傳感器組包括兩個振動 傳感器。
[0008] 所述的一種變電站支柱絕緣子強度檢測裝置，所述的振動傳感器組固定於支柱絕 緣子的中部法蘭上，且其中一個傳感器採集方向為平行於支柱絕緣子的母線方向，另一個 傳感器採集方向垂直於支柱絕緣子的母線方向。
[0009] 所述的一種變電站支柱絕緣子強度檢測裝置，所述的兩個振動傳感器布置在支柱 絕緣子徑向截面的邊緣上，且兩個振動傳感器分別與截面圓心的連線所形成的圓心角的度 數為90°。
[0010] 所述的一種變電站支柱絕緣子強度檢測裝置，所述的激振力錘所敲擊的水平方向 位置為兩個振動傳感器所形成的圓心角的中點，堅直方向位置為支柱絕緣子下部法蘭往上 第三個傘裙處。
[0011] 一種變電站支柱絕緣子強度檢測方法，採用所述的裝置進行檢測，包括以下步 驟：
[0012] 步驟1 :隨機挑選多個未使用的新支柱絕緣子進行檢測，在支柱絕緣子上設置傳 感器，然後使用激振力錘敲擊支柱絕緣子，得到每個支柱絕緣子在垂直母線方向和平行母 線方向的兩個振動頻率f n或fi2;
[0013] 步驟2 :將檢測得到的所有支柱絕緣子的垂直母線方向振動頻率和平行母線振動 頻率分別計算算術平均值J1和i，然後分別計算每個測量值L或f i2與相應的平均值石 或；的比值尺/ Z或乂2/旯；
[0014] 步驟3 :兩個振動頻率中任一或二的比值小於90%的支柱絕緣子判定為不合格。
[0015] 所述的一種變電站支柱絕緣子強度檢測方法，步驟1中所挑選的支柱絕緣子數量 不少於8個。
[0016] 一種變電站支柱絕緣子強度檢測方法，採用所述的裝置進行檢測，包括以下步 驟：
[0017] 步驟1 :隨機挑選多個在役的設置於中間母線或背風部位的支柱絕緣子進行檢 測，在支柱絕緣子上設置傳感器，然後使用激振力錘來敲擊支柱絕緣子，得到每個支柱絕緣 子在垂直母線方向和平行母線方向的兩個振動頻率；
[0018] 步驟2 :在得到的兩個振動頻率中分別挑選頻率數據最大值fmaxl和f_2 ;
[0019] 步驟3 :對位於風口或母線邊緣的在役的支柱絕緣子進行檢測，獲取相應的垂直 母線方向頻率數據L和平行母線方向頻率數據fi2 ;
[0020] 步驟4 :分別計算每個測量值fn或fi2與相應的最大值的比值fn/f maxl或fn/fmaxl ;
[0021] 步驟5 :兩個振動頻率中任一或二的比值小於85%的支柱絕緣子判定為不合格。
[0022] 所述的一種變電站支柱絕緣子強度檢測方法，步驟1中，挑選的設置於中間母線 或背風部位的支柱絕緣子的數量不少於6個。
[0023] 所述的一種變電站支柱絕緣子強度檢測方法，所述的得到振動頻率的步驟包括：
[0024] 步驟一：使用激振力錘敲擊支柱絕緣子，敲擊的次數至少為一次；
[0025] 步驟二：將所有收集到的垂直母線方向和平行母線方向的兩個振動頻率分別求平 均值，作為每個支柱絕緣子在垂直母線方向和平行母線方向的兩個振動頻率。
[0026] 本發明方法建立了支柱絕緣子強度檢測方法，優化檢測參數，分別對新支柱絕緣 子和在役支柱絕緣子提出檢測技術標準，新支柱絕緣子頻率比值大於90%、在役支柱絕緣 子頻率比值大於85%評定為強度合格。該方法通過絕緣子頻率變化評判各類缺陷（裂紋、 內部燒結缺陷、膠合部位腐蝕等）對其強度的影響，檢測可靠性高、效率高。
[0027] 下面結合附圖對本發明作進一步說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028] 圖1為支柱絕緣子檢測裝置示意圖；
[0029] 圖2支柱絕緣子示意圖；
[0030] 圖3傳感器布置投影圖；
[0031] 圖中：1為支柱絕緣子、2為力錘、3為採集儀、4為微機、5為傳感器、6為中部法蘭、 7為傘裙。
【具體實施方式】
[0032] 本發明所採用的裝置包括採集儀、振動傳感器組、計算機和激振力錘，振動傳感器 組固定於支柱絕緣子上，採集儀通過線纜分別通信連接振動傳感器組和計算機，激振力錘 的控制端通信連接採集儀並在採集儀的控制下對支柱絕緣子進行激振。
[0033] 本實施例中採用的採集儀應符合性能穩定、採集精度高，同時攜帶輕便的特點，採 樣頻率應達到50kHz以上，同時應具備頻譜分析功能，通道數大於等於8。
[0034] 選用的激振力錘量程應不超過5000N，諧振頻率應大於22kHz，為了不對支柱絕緣 子產生過大的剛性衝擊而造成結構損壞，可優先選用尼龍錘頭的激振力錘。
[0035] 振動傳感器組包括兩個振動傳感器，傳感器優先選用高頻傳感器，頻響範圍在 1?IOkHz左右，靈敏度為lmv/ms-2,接口為ICP型。
[0036] 為了達到較好的採集效果，振動傳感器組固定於支柱絕緣子的中部法蘭上，且其 中一個傳感器採集方向為平行於支柱絕緣子的母線方向，另一個傳感器採集方向垂直於支 柱絕緣子的母線方向。兩個振動傳感器布置在支柱絕緣子徑向截面的邊緣上，且兩個振動 傳感器分別與截面圓心的連線所形成的圓心角的度數為90°。其中提及的母線是固定在支 柱絕緣子頂部的一根細長杆件，和絕緣子的軸向是垂直的。由於支柱絕緣子上部的支撐母 線有垂直母線方向的振動，也有垂直母線方向的振動，一般母線在70m左右，故垂直母線方 向的振動較平行母線方向的振動更易發生，也即垂直母線方向為支柱絕緣子和母線結構的 弱軸方向。而在支柱絕緣子中部法蘭固定兩個方向的傳感器，可以測試得到弱軸和強軸方 向的振動特性，節省檢測工作量的同時使得測試結果更具可判別性。
[0037] 為了激振力錘在敲擊後所產生的振動能夠被兩個振動傳感器分別準確的採集到， 激振力錘所敲擊的水平方向位置為兩個振動傳感器所形成的圓心角的中點，堅直方向位置 為支柱絕緣子下部法蘭往上第三個傘裙處。選擇在錘擊點位於兩傳感器形成1/4圓弧的中 間部位激振，由於激振力可以沿兩個傳感器方向進行分解，故可同時對垂直母線和平行母 線兩個方向激振，達到兩個傳感器有效採集兩個方向振動量的目的。
[0038] 變電站支柱絕緣子強度檢測方法，其檢測對象是尚未投入使用的新支柱絕緣子， 採用上述裝置進行檢測，包括以下步驟：
[0039] 步驟1 :隨機挑選多個未使用的新支柱絕緣子進行檢測，在支柱絕緣子上設置傳 感器，然後使用激振力錘敲擊支柱絕緣子，得到每個支柱絕緣子在垂直母線方向和平行母 線方向的兩個振動頻率f n或fi2 ;
[0040] 步驟2 :將檢測得到的所有支柱絕緣子的垂直母線方向振動頻率和平行母線振動 頻率分別計算算術平均值石湘居，然後分別計算每個測量值或f i2與相應的平均值石 或^的比值A / Zi或麼/ Z2;
[0041] 步驟3 :兩個振動頻率中任一或二的比值小於90%的支柱絕緣子判定為不合格。
[0042] 為了達到較為準確的檢測效果，步驟1中所挑選的支柱絕緣子數量不少於8個。
[0043] 變電站支柱絕緣子強度檢測方法，其檢測對象是已投入使用的支柱絕緣子，採用 上述裝置進行檢測，包括以下步驟：
[0044] 步驟1 :隨機挑選多個在役的設置於中間母線或背風部位的支柱絕緣子進行檢 測，在支柱絕緣子上設置傳感器，然後使用激振力錘來敲擊支柱絕緣子，得到每個支柱絕緣 子在垂直母線方向和平行母線方向的兩個振動頻率；
[0045] 步驟2 :在得到的兩個振動頻率中分別挑選頻率數據最大值fmaxl和f_2 ;
[0046] 步驟3 :對位於風口或母線邊緣的在役的支柱絕緣子進行檢測，獲取相應的垂直 母線方向頻率數據L和平行母線方向頻率數據fi2 ;
[0047] 步驟4 :分別計算每個測量值fn或fi2與相應的最大值的比值fn/f maxl或fn/fmaxl ;
[0048] 步驟5 :兩個振動頻率中任一或二的比值小於85%的支柱絕緣子判定為不合格。
[0049] 為了得到較為準確的結果，步驟1中，挑選的設置於中間母線或背風部位的支柱 絕緣子的數量不少於6個。步驟3中只選取位於風口或母線邊緣的支柱絕緣子進行檢測， 由於一般使用中，出現損壞較多的都是處於不利位置的支柱絕緣子，出於檢測成本的考慮， 故只選取處於不利位置的支柱絕緣子進行檢測。
[0050] 上述得到振動頻率的步驟包括：步驟一：使用激振力錘敲擊支柱絕緣子，敲擊的 次數至少為一次；步驟二：將所有收集到的垂直母線方向和平行母線方向的兩個振動頻率 分別求平均值，作為每個支柱絕緣子在垂直母線方向和平行母線方向的兩個振動頻率。
[0051] 根據上述方法，選取某一變電站更換後的220kV母線支柱絕緣子進行檢測分析。 該批次絕緣子共計9組，編號為#1?#9,運行時間約20年。
[0052] 檢測裝置附圖所示。在支柱絕緣子中間法蘭連接處布置兩個加速度傳感器，一個 傳感器布置在母線平行方向，另一個傳感器與前一傳感器成90°布置，分別測量順母線和 垂直母線兩個方向絕緣子的頻率值。在兩個傳感器之間的半角方向採用力錘敲擊。
[0053] 各絕緣子第一階頻率值如下表所示。
[0054] 表1支柱絕緣子一階頻率（Hz)
[0055]
【權利要求】
1. 一種變電站支柱絕緣子強度檢測裝置，其特徵在於，包括採集儀、振動傳感器組、計 算機和激振力錘，所述的振動傳感器組固定於支柱絕緣子上，採集儀通過線纜分別通信連 接振動傳感器組和計算機，所述的激振力錘的控制端通信連接採集儀並在採集儀的控制下 對支柱絕緣子進行激振。
2. 根據權利要求1所述的一種變電站支柱絕緣子強度檢測裝置，其特徵在於，所述的 振動傳感器組包括兩個振動傳感器。
3. 根據權利要求2所述的一種變電站支柱絕緣子強度檢測裝置，其特徵在於，所述的 振動傳感器組固定於支柱絕緣子的中部法蘭上，且其中一個傳感器採集方向為平行於支柱 絕緣子的母線方向，另一個傳感器採集方向垂直於支柱絕緣子的母線方向。
4. 根據權利要求2所述的一種變電站支柱絕緣子強度檢測裝置，其特徵在於，所述的 兩個振動傳感器布置在支柱絕緣子徑向截面的邊緣上，且兩個振動傳感器分別與截面圓心 的連線所形成的圓心角的度數為90°。
5. 根據權利要求4所述的一種變電站支柱絕緣子強度檢測裝置，其特徵在於，所述的 激振力錘所敲擊的水平方向位置為兩個振動傳感器所形成的圓心角的中點，堅直方向位置 為支柱絕緣子下部法蘭往上第三個傘裙處。
6. -種變電站支柱絕緣子強度檢測方法，其特徵在於，採用權利要求1-5任一所述的 裝置進行檢測，包括以下步驟： 步驟1 :隨機挑選多個未使用的新支柱絕緣子進行檢測，在支柱絕緣子上設置傳感器， 然後使用激振力錘敲擊支柱絕緣子，得到每個支柱絕緣子在垂直母線方向和平行母線方向 的兩個振動頻率fn或f i2 ; 步驟2 :將檢測得到的所有支柱絕緣子的垂直母線方向振動頻率和平行母線振動頻率 分別計算算術平均值％和居，然後分別計算每個測量值或fi2與相應的平均值石或長 的比值/il /Zl或乂 2 步驟3 :兩個振動頻率中任一或二的比值小於90%的支柱絕緣子判定為不合格。
7. 根據權利要求6所述的一種變電站支柱絕緣子強度檢測方法，其特徵在於，步驟1中 所挑選的支柱絕緣子數量不少於8個。
8. -種變電站支柱絕緣子強度檢測方法，其特徵在於，採用權利要求1-6任一所述的 裝置進行檢測，包括以下步驟： 步驟1 :隨機挑選多個在役的設置於中間母線或背風部位的支柱絕緣子進行檢測，在 支柱絕緣子上設置傳感器，然後使用激振力錘來敲擊支柱絕緣子，得到每個支柱絕緣子在 垂直母線方向和平行母線方向的兩個振動頻率； 步驟2 :在得到的兩個振動頻率中分別挑選頻率數據最大值fmaxl和fmax2 ; 步驟3 :對位於風口或母線邊緣的在役的支柱絕緣子進行檢測，獲取相應的垂直母線 方向頻率數據fn和平行母線方向頻率數據fi2 ; 步驟4 :分別計算每個測量值fn或fi2與相應的最大值的比值fn/f maxl或fn/fmaxl ; 步驟5 :兩個振動頻率中任一或二的比值小於85%的支柱絕緣子判定為不合格。
9. 根據權利要求8所述的一種變電站支柱絕緣子強度檢測方法，其特徵在於，步驟1 中，挑選的設置於中間母線或背風部位的支柱絕緣子的數量不少於6個。
10.根據權利要求6或8所述的一種變電站支柱絕緣子強度檢測方法，其特徵在於，所 述的得到支柱絕緣子的振動頻率的步驟包括： 步驟一：使用激振力錘敲擊支柱絕緣子，敲擊的次數至少為一次； 步驟二：將所有收集到的垂直母線方向和平行母線方向的兩個振動頻率分別求平均 值，作為每個支柱絕緣子在垂直母線方向和平行母線方向的兩個振動頻率。
【文檔編號】G01N3/30GK104374651SQ201410602746
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月31日 優先權日:2014年10月31日
【發明者】歐陽克儉, 劉純 申請人:國家電網公司, 國網湖南省電力公司, 國網湖南省電力公司電力科學研究院