一种126kV三相共箱盆式绝缘子界面缺陷相控超声检测方法
阅读说明：本技术 一种126kV三相共箱盆式绝缘子界面缺陷相控超声检测方法 (126kV three-phase common-box basin-type insulator interface defect phase control ultrasonic detection method ) 是由 杨旭 张长虹 黎卫国 黄忠康 高超 周福升 黄若栋 熊佳明 杨芸 王国利 郑尧 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种126kV三相共箱盆式绝缘子界面缺陷相控超声检测方法,利用超声相控检测系统对被测126kV三相共箱盆式绝缘子的环氧树脂-嵌件界面进行缺陷检测,建立了界面缺陷超声相控阵传播模型,对被测126kV三相共箱盆式绝缘子进行超声相控检测,以归一化回波峰值为缺陷表征量,形成界面区域超声检测图像,判断被测126kV三相共箱盆式绝缘子是否存在界面缺陷,并确定界面缺陷区域。解决了使用X射线成像法进行盆式绝缘子界面缺陷检测存在的对宽度较小的缺陷灵敏度不高,且设备体积庞大,不便于携带,价格昂贵,X射线对人体存在辐射性危害的技术问题,具有检测成本低、检测精度高、体积小、对人体无X射线辐射危害的优点。(The invention discloses an ultrasonic detection method for interface defects of a 126kV three-phase common-box basin-type insulator, which is characterized in that an ultrasonic phase control detection system is utilized to detect the defects of an epoxy resin-insert interface of the 126kV three-phase common-box basin-type insulator to be detected, an interface defect ultrasonic phased array propagation model is established, ultrasonic phase control detection is carried out on the 126kV three-phase common-box basin-type insulator to be detected, an ultrasonic detection image of an interface area is formed by taking a normalized echo peak value as a defect representation quantity, whether the 126kV three-phase common-box basin-type insulator to be detected has interface defects or not is judged, and the interface defect area is determined. The technical problems that the defect detection of the basin-type insulator interface by using an X-ray imaging method is low in defect sensitivity to small width, large in equipment size, inconvenient to carry and high in price, and X-rays have radiation damage to a human body are solved, and the method has the advantages of being low in detection cost, high in detection precision, small in size and free of X-ray radiation damage to the human body.)
技术领域
本发明涉及盆式绝缘子界面缺陷检测技术领域，尤其涉及一种126kV三相共箱盆式绝缘子界面缺陷相控超声检测方法。
背景技术
盆式绝缘子是气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal-enclosedswitchgear，GIS)的关键部件，由金属嵌件、环氧绝缘及金属法兰构成，起着电气绝缘、隔离气室、支撑导体的作用，同时，盆式绝缘子也是气体绝缘金属封闭开关设备中最薄弱的绝缘环节。由盆式绝缘子导致的故障在气体绝缘金属封闭开关设备绝缘故障中占有相当大的比例，其中，盆式绝缘子中心导体与环氧绝缘材料交接面处产生的界面缺陷主要是由于装配过程中，人为失误或气体绝缘金属封闭开关设备中心导体的机械运动等原因造成的，中心导体-环氧绝缘交界面是电、热、力比较集中的区域，结构复杂，界面效用突出，易出现界面缺陷，引发盆式绝缘子的局部放电和绝缘破坏，直接威胁气体绝缘金属封闭开关设备的正常运行。因此，检测盆式绝缘子中心导体-环氧树脂交界面处是否存在缺陷对保障电力系统安全运行具有重要意义。
现有的应用于盆式绝缘子界面缺陷检测的方法有电检测法和非电检测法。电检测法检测对象为运行中的GIS设备，主要针对缺陷导致的局部放电现象，通过检测局部放电伴随产生的电磁物理信号来判定故障缺陷类型，但检测信号的强弱与局部放电量有关，且易受其他信号干扰。非电检测法检测对象为非运行状态的GIS设备，其中，X射线成像法技术成熟、检测效率较高，但对宽度较小的缺陷灵敏度不高，且设备体积庞大，不便于携带，价格昂贵，X射线对人体存在辐射性危害。为此，本发明提供了一种126kV三相共箱盆式绝缘子界面缺陷相控超声检测方法，用于使用解决X射线成像法进行盆式绝缘子界面缺陷检测存在的问题。
发明内容
本发明提供了一种126kV三相共箱盆式绝缘子界面缺陷相控超声检测方法，用于解决使用X射线成像法进行盆式绝缘子界面缺陷检测存在的对宽度较小的缺陷灵敏度不高，且设备体积庞大，不便于携带，价格昂贵，X射线对人体存在辐射性危害的技术问题，具有检测成本低、检测精度高、体积小、对人体无X射线辐射危害的优点。
有鉴于此，本发明提供了一种126kV三相共箱盆式绝缘子界面缺陷相控超声检测方法，包括：
搭建盆式绝缘子超声相控检测平台，盆式绝缘子超声相控检测平台包括超声相控探伤仪、PC机和被测126kV三相共箱盆式绝缘子；
设置超声相控探伤仪的检测参数，检测包括扫描类型、聚焦法则、扫描范围和增益大小，其中，扫描类型包括S扫描、A扫描和C扫描；
在超声相控探伤仪的超声探头耦合橡胶薄膜水囊，将耦合橡胶薄膜水囊的超声探头置于被测126kV三相共箱盆式绝缘子的环氧绝缘上表面，搭建盆式绝缘子界面的超声相控阵传播模型；
对被测126kV三相共箱盆式绝缘子进行超声相控检测，获得被测126kV三相共箱盆式绝缘子界面的超声回波信号；
对超声回波信号峰值进行归一化处理，形成界面区域超声检测图像；
根据界面区域超声检测图像判断被测126kV三相共箱盆式绝缘子是否存在界面缺陷，若是，则获取界面区域超声检测图像中的界面缺陷区域。
可选地，超声相控探伤仪的超声探头为线性阵列探头，超声频率为4MHz，阵元数量为16，阵元间距为1.0mm，阵元长度为10mm。
可选地，聚焦法则设置为全聚焦成像，增益大小为50dB。
可选地，橡胶薄膜水囊的厚度为0.03mm。
可选地，获取界面区域超声检测图像中的界面缺陷区域，包括：
根据A扫描图像确定界面缺陷区域的深度信息；
根据C扫描图像确定界面缺陷区域的水平截面形状尺寸。
可选地，根据界面区域超声检测图像判断被测126kV三相共箱盆式绝缘子是否存在界面缺陷，包括：
检测界面区域超声检测图像中对应被测126kV三相共箱盆式绝缘子的环氧绝缘-中心嵌件界面的反射回波峰值是否大于阈值，若是，则被测126kV三相共箱盆式绝缘子存在界面缺陷，否则，被测126kV三相共箱盆式绝缘子不存在界面缺陷。
可选地，还包括：
对界面区域超声检测图像中反射回波峰值大于阈值的区域进行颜色标记。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供了一种126kV三相共箱盆式绝缘子界面缺陷相控超声检测方法，利用超声相控检测系统对被测126kV三相共箱盆式绝缘子的环氧树脂-嵌件界面进行缺陷检测，建立了界面缺陷超声相控阵传播模型，对被测126kV三相共箱盆式绝缘子进行超声相控检测，以归一化回波峰值为缺陷表征量，形成界面区域超声检测图像，判断被测126kV三相共箱盆式绝缘子是否存在界面缺陷，并确定界面缺陷区域，可用于盆式绝缘子的出厂检测也可适用于盆式绝缘子的现场装配检测。本发明提供的126kV三相共箱盆式绝缘子界面缺陷相控超声检测方法解决了使用X射线成像法进行盆式绝缘子界面缺陷检测存在的对宽度较小的缺陷灵敏度不高，且设备体积庞大，不便于携带，价格昂贵，X射线对人体存在辐射性危害的技术问题，具有检测成本低、检测精度高、体积小、对人体无X射线辐射危害的优点。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
图1为本发明实施例中提供的一种126kV三相共箱盆式绝缘子界面缺陷相控超声检测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中检测126kV三相共箱盆式绝缘子界面缺陷的连接示意图；
图3为本发明实施例中提供的盆式绝缘子界面的超声相控阵传播模型示意图；
图4为本发明实施例中提供的被测126kV三相共箱盆式绝缘子超声相控S扫描检测成像图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本发明中提供了一种126kV三相共箱盆式绝缘子界面缺陷相控超声检测方法的实施例，包括：
步骤101、搭建盆式绝缘子超声相控检测平台，盆式绝缘子超声相控检测平台包括超声相控探伤仪、PC机和被测126kV三相共箱盆式绝缘子。
超声相控探伤仪通过探头连接线连接有超声发射相控探头和超声接收相控探头，超声相控探伤仪通过数据传输线连接PC机。探头连接线是匹配相控超声探伤仪与线性探头的专用多通道输入信号线，具有高阻抗、抗干扰能力强等特点，保证相控超声探伤仪信号能够高质量被超声探头发射和接收。超声相控探伤仪具有64个检测通道，可自动校准，阻尼为50Ω，采样率达125MHz，延时精度为2.5ns，带宽最高为20MHz，增益最大为80dB，可实现线扫描、A扫描、C扫描、扇形扫描(S扫描)，其中，扇形扫描的角度范围为-89°～89°，扫描移动检测范围最大为1000mm。测量分辨率为0.5mm，扫描可采用编码器或时基触发。图像处理具有动态深度聚焦功能和平滑处理功能，不同深度的缺陷均能达到很好的检测分辨率及优质图像显示，还具有图像缩放及平移实现图像自定义布局，具有闸门扩展功能实现缺陷图像的细微观察。
在一个实施例中，超声相控探伤仪的超声发射相控探头和超声接收相控探头采用线性阵列探头，探头频率为4MHz，阵元数量为16，阵元间距为1.0mm，阵元长度为10mm。线性阵列探头耦合橡胶薄膜水囊，减小声波衰减。
步骤102、设置超声相控探伤仪的检测参数，检测包括扫描类型、聚焦法则、扫描范围和增益大小，其中，扫描类型包括S扫描、A扫描和C扫描。
搭建好盆式绝缘子超声相控检测平台后，需要设定超声相控探伤仪的检测参数扫描类型、聚焦法则、扫描范围和增益大小。扫描类型包括S扫描、A扫描和C扫描。聚焦法则定义为全聚焦，增益调整至50dB，增益过大会导致杂波较多，增益较小会导致缺陷无法识别。
步骤103、在超声相控探伤仪的超声探头耦合橡胶薄膜水囊，将耦合橡胶薄膜水囊的超声探头置于被测126kV三相共箱盆式绝缘子的环氧绝缘上表面，搭建盆式绝缘子界面的超声相控阵传播模型。
一般地，126kV三相共箱盆式绝缘子的外径为665mm，厚度为50mm，中心导体嵌件长度为110mm，直径为80mm，如图2所示，在超声相控探伤仪的超声探头耦合橡胶薄膜水囊，将耦合橡胶薄膜水囊的超声探头置于被测126kV三相共箱盆式绝缘子的环氧绝缘上表面，搭建盆式绝缘子界面的超声相控阵传播模型是指基于绝缘子检测位置建立超声波传播过程中经历的所有界面，盆式绝缘子界面的超声相控阵传播模型如图3所示，该模型包含探头-水囊界面、水囊-环氧绝缘界面、环氧绝缘-中心嵌件界面等。界面缺陷相控超声传播模型需探头与水囊耦合，置于环氧绝缘上表面，超声波先入射至水囊，在探头-水囊界面，一部分超声波反射回到探头内部，另一部分超声波进入水囊；然后，超声波到达水囊-环氧绝缘界面，一部分再反射沿原路返回、另一部分从水囊垂直环氧绝缘表面入射；接着，超声波到达环氧绝缘-中心嵌件界面，此时，一部分再反射沿原路返回、另一部分进入中心嵌件。环氧绝缘-中心嵌件界面存在气隙缺陷，超声波在缺陷与环氧表面发生全反射，超声回波幅值会大于无缺陷时的回波。即通过环氧绝缘-中心嵌件界面的反射回波峰值可以分辨出该界面是否存在缺陷。
在一个实施例中，橡胶薄膜水囊厚度为0.03mm，减小薄膜对声波衰减，且水囊中无气泡，避免气泡影响缺陷检测结果，水囊形状柔软，可实现探头多角度任意方向检测。
步骤104、对被测126kV三相共箱盆式绝缘子进行超声相控检测，获得被测126kV三相共箱盆式绝缘子界面的超声回波信号。
调节超声相控探伤仪对被测126kV三相共箱盆式绝缘子界面进行超声相控检测，记录检测S扫描检测结果、A扫描检测结果和C扫描检测结果。
步骤105、对超声回波信号峰值进行归一化处理，形成界面区域超声检测图像。
基于盆式绝缘子界面的超声相控阵传播模型，对环氧绝缘-嵌件界面的超声回波峰值进行归一化处理，形成界面区域超声检测图像。
步骤106、根据界面区域超声检测图像判断被测126kV三相共箱盆式绝缘子是否存在界面缺陷，若是，则获取界面区域超声检测图像中的界面缺陷区域。
分析界面区域超声检测图像，如果该界面图像存在部分颜色不同于该界面其他颜色的(一般地，界面缺陷区域的颜色深度大于无缺陷区域的颜色深度)，则说明该部分是界面缺陷区域；分析该部分的长度、宽度即可确定此界面缺陷形状、尺寸。具体地，可以根据A扫描图像确定界面缺陷区域的深度信息，根据C扫描图像确定界面缺陷区域的水平截面形状尺寸。
如图4所示为某被测126kV三相共箱盆式绝缘子界面缺陷超声相控S扫描检测成像图，与图3的盆式绝缘子界面的超声相控阵传播模型示意图对比，可以看出在环氧-嵌件界面(扇弧形1/4圈)多数区域是浅色(一般被标记为蓝色)，但中间存在一个深色(一般被标记为红色)的区域，该深色区域即为缺陷的位置，从深色区域的边界可以看出缺陷。
本发明实施例提供的126kV三相共箱盆式绝缘子界面缺陷相控超声检测方法，利用超声相控检测系统对被测126kV三相共箱盆式绝缘子的环氧树脂-嵌件界面进行缺陷检测，建立了界面缺陷超声相控阵传播模型，对被测126kV三相共箱盆式绝缘子进行超声相控检测，以归一化回波峰值为缺陷表征量，形成界面区域超声检测图像，判断被测126kV三相共箱盆式绝缘子是否存在界面缺陷，并确定界面缺陷区域，可用于盆式绝缘子的出厂检测也可适用于盆式绝缘子的现场装配检测。本发明提供的126kV三相共箱盆式绝缘子界面缺陷相控超声检测方法解决了使用X射线成像法进行盆式绝缘子界面缺陷检测存在的对宽度较小的缺陷灵敏度不高，且设备体积庞大，不便于携带，价格昂贵，X射线对人体存在辐射性危害的技术问题，具有检测成本低、检测精度高、体积小、对人体无X射线辐射危害的优点。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。