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检测方法的实施例，包括：

步骤101、搭建基于超声纵波反射检测的盆式绝缘子界面缺陷检测平台。

如图2所示，本发明实施例中的超声检测对象是126kV三相共箱盆式绝缘子7，由金属嵌件71(中心导体)、环氧绝缘72及金属法兰73 构成，中心导体与环氧绝缘材料交界面处产生的界面缺陷主要是由于装配过程中人为失误或GIS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，界面效应突出，易出现界面缺陷，且盆式绝缘子的尺寸会随GIS电压等级的变化而变化。

本发明中搭建的基于超声纵波反射检测的盆式绝缘子界面缺陷检测平台如图2所示，包括超声探伤仪、示波器、PC机和被测126kV三相共箱盆式绝缘子，超声探伤仪通过探头连接线连接有超声发射探头和超声接收探头，两探头经探头连接线与超声探伤仪相连，超声探伤仪的信号同步端经高阻抗传输线与示波器相连。在一个实施例中。为增强接触效果，探头与试样接触面使用水基型超声耦合剂进行耦合。

探头连接线是匹配超声探伤仪与超声探头的信号线，具有高阻抗、抗干扰能力强等特点，保证超声探伤仪的输出电信号能够高质量地被超声探头接收，且保证超声探头接收的超声信号转换成的电信号能高质量地返回到超声脉冲发生器的接收端。

高阻抗传输线是杂散电感较小、电阻较小的传输线，缩短了高频信号在传输过程中相位延迟，保证示波器接收到的电信号与超声脉冲发生器信号输出端的电信号实时同电位、同相位，极大地减小了检测误差，保证了检测精度。

超声探伤仪是负方波激励、方波幅度及宽度可调的具有低噪声响应、增益可调的超声发射和接收装置，可调节宽带响应及检测近表面分辨率，能够用于对声速衰减性强材料缺陷的检测和测量。

超声发射探头和超声接收探头的结构如图3所示，采用圆形复合材料压电晶片11，探头底面为圆形，其直径为D，考虑到盆式绝缘子表面为圆弧面，为了增加探头与绝缘子被测位置的接触效果，提高检测精度，探头底面直径D 越小越好，但较小的探头底面要求圆形复合材料压电晶片很小，探头发出的超声波能量也很小。超声探头的频率越高，被检测材料的衰减系数越大，声束传播特性效果越差，综合考虑检测特性、检测效率和制作成本，在一个实施例中超声探头底面直径D为6mm，频率为2.5MHz。

步骤102、将盆式绝缘子界面缺陷检测平台的超声发射探头放置在被测 126kV三相共箱盆式绝缘子的环氧绝缘上表面，将超声接收探头放置在被测 126kV三相共箱盆式绝缘子的盆体下表面，搭建界面缺陷检测的超声传播模型，并基于超声纵波反射法检测原理获得界面缺陷检测范围和界面缺陷深度的计算公式。

本发明实施例中搭建的界面缺陷检测的超声传播模型如图4所示，超声发射探头放置在环氧绝缘上表面，超声波垂直环氧绝缘入射，到达环氧绝缘与中心导体嵌件界面，根据斯涅耳(snell)定律，一部分超声波会在界面发生反射，反射波由盆体下表面放置的探头接收。当检测缺陷界面时，由于三相共箱盆式绝缘子几何结构对称，斜面上各个检测位置的超声传播路径长度相等。如图4所示，图4中，M为金属嵌件外侧延长线(线NO的延长线)与线L_k L₀延长线的交点，目的是为了构建MNL_j三角形计算缺陷位置；P为探头放置在L₀处时，发出的超声波入射到金属嵌件界面上的位置，即探头处在最上边缘检测位置时对应嵌件界面的最边缘检测位置；O为金属嵌件与环氧绝缘交界处的最上部点位置；Q为探头放置在L_k处时，发出的超声波入射到金属嵌件界面上的位置，即探头处在最下边缘检测位置时对应嵌件界面的最边缘检测位置；探头沿检测方向从起始位置L₀移动到L_i，设定此范围内无缺陷，超声接收波(记为图5中的B₁，图5中的F表示探头发出波)衰减较小；探头从L_i移动到L_j过程中，设定此范围界面存在缺陷，超声波在缺陷与环氧界面发生反射，能量衰减大，超声接收波(记为图5中的B₂)幅值相较于无缺陷时接收波B₁小。该检测路径下，缺陷的深度H可根据三角形MNL_j各边的三角函数关系得出：

界面缺陷深度为：

其中，l为嵌件顶部结合处的环氧绝缘弧长，l可取值为7mm，δ为盆体倾斜于水平的角度，δ可取值为45°，L₀为探头初始移动位置，L₀可取值为0mm， L_j为探头移动过程中的任意位置，L_k为探头能检测到最大范围缺陷对应的绝缘件表面位置。

需要说明的是，以上计算公式适用于盆体倾斜于水平角度δ≤45°的情形，在实际应用中，三相共箱盆式绝缘子盆体倾斜度为35°，因此，以上计算公式可适用于普遍的126kV三相共箱盆式绝缘子。当应用于特殊场景下，盆体倾斜于水平角度δ>45°时，以上计算公式可根据超声反射原理和几何关系另行推导，方法同理，在此不再进行赘述。

步骤103、在界面缺陷检测范围内对各检测点进行扫描式检测，根据各检测点的反射波信号幅值判断被测126kV三相共箱盆式绝缘子是否存在界面缺陷，若是，则根据界面缺陷深度的计算公式计算界面缺陷深度。

沿盆体设置探头不同方向扫查路径，考虑到探头尺寸约束，检测方向的检测点间隔设置为5mm，如图6所示，图6中直线为探头扫描路径。沿检测路径对各检测点进行扫描式检测，记录各检测点位置，检测点投影至二维极坐标系中，获取检测点二维坐标(如图7所示)，通过超声接收探头获得各检测点的反射波信号幅值。126kV三相共箱盆式绝缘子有三个中心导体(即图2中的三个金属嵌件71)，故有三处中心导体与环氧绝缘的交界面，本发明实施例中，设定有缺陷界面为2号界面，无缺陷界面为1号界面和3号界面。对三相共箱盆式绝缘子无缺陷界面进行检测，由于界面各处的回波信号幅值与相位基本相同，故选取图7中极角为0°(360°)、270°、180°、90° (A、B、C、D)四处位置的原始检测回波信号进行分析。

图8为无缺陷的三相共箱盆式绝缘子中心导体嵌件与环氧绝缘交界面的检测回波，图8中四个位置回波信号幅值及相位一致，且发射的波形与接收到的回波幅值衰减较小，声波能量损耗较小，说明三相共箱盆式绝缘子嵌件2、嵌件3处界面无缺陷，盆式绝缘子各方向环氧材料混合均匀。

图9为存在缺陷的三相共箱盆式绝缘子中心导体嵌件与环氧绝缘交界面的检测回波。相较于无缺陷的检测点幅值，D处检测点回波幅值显著更小。超声波在环氧复合绝缘中传播衰减幅度约为10％-14％。A、B、C三个位置的超声回波的幅值、相位、时域宽度一致，而缺陷界面的D处回波幅值约为嵌件2、嵌件3的D处界面回波幅值的50％，根据回波幅值判定嵌件1的D处界面存在缺陷，根据步骤102中的界面缺陷深度的计算公式计算界面缺陷深度。

步骤104、根据各检测点位置的二维极坐标和对应的回波信号幅值，对中心导体-环氧树脂交界面缺陷进行线性差值函数的三维图像显示，确定界面缺陷的位置。

为了使缺陷检测数据更加直观展示，本发明实施例中，将检测数据进行三维处理，采用基于小波变换理论的小波滤波算法对回波信号进行降噪处理，提取回波信号幅值，将检测点位置的二维极坐标与各检测点回波信号幅值构成三维数组，并采用基于线性插值函数形成三维图形，实现盆式绝缘子界面检测幅值、位置数据的三维展示，如图10所示，界面缺陷处及其周围区域二次回波的幅值较小，见图10中明显凹陷处，即为缺陷区域。将计算数据对应到实际绝缘件的检测位置，确定缺陷位于极角为90°的界面，即为图7中的D 处。

步骤105、对界面缺陷区域进行给定步长的扫描采样，记录界面缺陷区域的位置信息，经滤波器处理读取峰值后，进行界面缺陷的时域三维数据成像，并基于底波衰减法确定界面缺陷边界，得到界面缺陷的形态及尺寸。

由界面检测数据确定缺陷位置后，对缺陷区域以1mm的步长移动探头进行扫描采样，见图11所示，并记录采样点位置信息，回波信号经滤波器处理并读取幅值。以缺陷中心为笛卡尔坐标系原点，X轴为缺陷宽度度，Y轴为缺陷长度，Z轴为检测回波信号幅值，对缺陷进行时域三维数据成像，并基于底波衰减法(6dB-drop)的原理确定缺陷边界。

根据上述建立的直角坐标系，对回波信号经降噪处理后读取幅值，利用底波衰减法的原理确定缺陷边界，建立缺陷位置、幅值三维图像，见图12所示。为了确定缺陷的长度和宽度，将三维图像底面投影得到缺陷区域的二维图，如图12所示，可直接观测到缺陷尺寸大小，图13中测得实际界面大小为4mm×6mm。

本发明实施例提供的126kV三相共箱盆式绝缘子界面缺陷检测方法，利用超声纵波反射检测系统对被测126kV三相共箱盆式绝缘子的中心导体-环氧树脂交界面进行缺陷检测，建立了界面缺陷超声传播模型，以幅值为缺陷表征量，将超声探头沿检测路径扫描，确定界面缺陷深度，利用数据三维重建得到界面缺陷的二维、三维图像，进而确定界面缺陷的大小，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。