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电网在役支柱瓷绝缘子及瓷套超声波检测(标准讲解）蒋云华东电力试验研究院有限公司2012-3讲解主要内容一、绝缘子及瓷套图片展示二、标准编制背景介绍三、标准（条款）解读一、绝缘子及瓷套图片■用途■失效特征■制造过程图一、变电站（220KV）隔离开关支柱瓷绝缘子图二、变电站断路器支柱瓷绝缘子及瓷套2010年广西某500KV变电站主变爆炸起火检测第三节支柱绝缘子上部检测第一节支柱绝缘子末裙下与法兰交界处现场超声波检测图四、退役的支柱瓷绝缘子图五、断裂的隔离开关支柱瓷绝缘子图六、断裂的隔离开关支柱瓷绝缘子断裂的支柱瓷绝缘子制造过程加工成型的毛坯力学性能试验主要制造过程上釉干燥主要制造过程高温烧结超声波检测瓷绝缘子制造不良缺陷支柱瓷绝缘子制造不良缺陷二、标准编制背景■目的、意义试验研究可靠的检测方法，开展并加强对电网在役支柱及瓷套的检测，保障电网安全、可靠、经济运行。■依据▲借鉴国外经验▲国内研究成果及其应用经验▲编制小组的试验研究结果及其应用实践■过程▲立项申报（2005年）▲立项批准（2008年）▲编制：2009年6月完成征求意见稿；2010年7月完成送审稿；2010年11月完报批稿。三、标准（条款）解读关于标准名称的变更原名：电网支柱绝缘子及瓷套超声波检验技术导则现名：电网在役支柱瓷绝缘子及瓷套超声波检测技术原因：■“电网支柱绝缘子”用语表述不够明确■“超声波检验技术导则”用词不够规范且略显繁琐■与有关规程和标准的符合性1范围■本标准规定的适用范围■主要依据▲《国家电网公司金属技术监督规定》第二章金属技术监督的范围第八条电网设备（五）瓷质绝缘子、套管▲依据国网公司《72.5KV及以上电压等级支柱绝缘子技术监督规定》第四条、第十四条、第二十三条的规定，标准满足使用单位安全管理和安装现场检测验收即允许检修后检测的要求。2规范性引用文件■本标准中涉及到文件和标准（共7个）■其他相关技术标准和规程3一般要求3.1无损检测人员■培训考核■资质要求3.2安全及工作环境■遵守电力安全工作规定■现场安全作业条件和本标准的检测工艺符合性3.3检测设备3.3.1超声波探伤仪保证满足现场使用要求：■选用数字式探伤仪（专用的数字式探伤仪）■仪器性能基本要求■应具有产品合格证明文件3.3.2超声波探头■探头的型式选择■探头性能要求3.3.3探伤仪和探头组合的系统性能组合频率和公称频率误差小于±10%。3.4试块3.4.1校准试块（共3款)■校准试块的作用用于探伤仪系统性能校准和检测校准。■校准试块的制作（材料、特性）采用与瓷绝缘子及瓷套声速相近的铝-铜-镁硬铝合金制作，特点轻便、易加工并耐磨。■校准试块的声速（6350m/s,差异补偿）3.4.12参考试块■参考试块的作用-检测到缺陷是进行比对试验■参考试块的制作-按高强瓷的配方烧结成瓷柱，再在外壁加工深度为1、2、3mm模拟裂纹。3.5检测一般方法3.5.1检测准备3.5.1.1关于产品的标识■检查核对、做好记录■如无，则应做好标识，以便记录和核查3.5.1.2耦合剂的选择■耦合剂的的作用-保证探头与瓷件的良好耦合。■良好的透声性能和润湿能力，无害易清除（甘油、机油或水质浆糊等）专用校准试块、模拟裂纹试块3.5.1.3检测区域■检测的重点区域△瓷柱上下端头与铸铁法兰整个胶装区域表面和瓷柱内部△铸铁法兰口内外与瓷体相交区域表面是检测重点胶装线瓷瓶伞裙探头法兰支柱瓷绝缘子超声波检测区域（实物）断裂部位为铸铁法兰与瓷柱结合部位3.5.2声速测定瓷绝缘子瓷体经高温烧结而成，其透声性和声速等物理量与钢近似，因此采用超声波可以灵敏地进行检测瓷绝缘子内外部缺陷。■声速差异（6000~6700m/s)影响灵敏度—与原料、烧结有关■声速与瓷强度的对应关系声速高对应瓷强度高（一般称高强瓷）声速低对应瓷强度低（一般称普通瓷）■声速的测定方法使用卡尺测出直径，将数据输入仪器；采用5MHz、直径10mm探头，将底波调到80%波高，并使其进入闸门，仪器将自动显示声速值。■声速差异的灵敏度补偿以6700m/s为基准，增益（dB值相对为零），↑2dB/每↓100m/s。3.5.3扫查方式3.5.3.1检测扫查的基本要求■明确探头位置与方向（伞裙与法兰间，探头前沿对准法兰侧）■规定扫查速度（不大于150mm/s)■规定扫查覆盖率（大于探头直径的10%）3.5.3.2爬波法检测扫查■探头尽可能前靠法兰侧-回波与爬波距离衰减特性有关（一般能检测到距探头50mm远的表面和近表面缺陷。■保持稳定（前后不作移动）■周向360度(跳跃式)扫查3.5.3.3纵波斜探头和双晶横波检测扫查■探头作前后移动，以减小检测盲区。■周向360度(连续)扫查3.6探伤仪、探头和系统校准及复核本条包括：一般要求；探伤仪校准和复核；探头测定和复核；探伤仪和探头系统的校准和复核，目的是防止参数变化影响检测结果。■校准及复核时仪器的控制■校准及复核的要求和规定4检测方法本标准推荐下述三种方法，可相互验证，也可用参考试块进行比对。■爬波法及其作用用于绝缘子及瓷套法兰胶装区表面和近表面缺陷的检测■小角度纵波斜入射法及其作用用于绝缘子内部和检测面对称侧表面和近表面缺陷的检测■双晶斜探头横波法及其作用用于绝缘子及瓷套内部和内壁缺陷的检测4.1爬波法爬波检测绝缘子裂纹示意图主要特点：1）检测铸铁法兰胶装区瓷体表面或近表面缺陷2）对表面裂纹敏感3）爬波距离衰减快4）表面状况不敏感5)无法检测内部缺陷4.1.1爬波探头的选择4.1.1.1探头的型式■选用并联式双晶片结构爬波探头（允许其他探头）串联型探头，纵向尺寸大，受移动范围限制；并联式探头横向尺寸大，瓷件曲面影响耦合效果。■探头频率、晶片尺寸的选择为保证有足够的灵敏度，宜选择较大晶片探头。4.1.1.2探头的弧面■为保证耦合效果，探头面必须加工成曲面（8种规格：Ø100、120、140、160、180、200、220及平面）■根据绝缘子规格选择匹配的探头4.1.1.3探头信噪比控制■控制探头的信噪比，以保证较高的分辨率；■探测距离与杂波高度-是指校准试块上深度5mm的模拟裂纹80%波高时的杂波高度。4.1.2扫描时基线比例的调整■调整扫描时基线的作用——缺陷定位■按声程定位法调整（满刻度60mm）4.1.3距离—波幅曲线的绘制■距离—波幅曲线的作用用于缺陷的定量和检测灵敏度调整和校验。■绘制及应用►可绘制在超声仪的示波屏上直接应予以用；►也可预先绘制后储存在仪器中需要时调用。4.1.4扫查灵敏度调整采用校准试块调整扫查灵敏度。同时规定利用距探头前沿10mm、深度为5mm的模拟进行调整。试验结果表明：此灵敏度与瓷件1mm模拟裂纹等效。■基准灵敏度的调整——6700m/s、相对增益0■扫查灵敏度的确定——声速每下降100m/s，提高2dB增益。4.1.5缺陷的检测■定量—凡超过距离-波幅曲线高度的反射波，均判定为缺陷波。当量记为：DAC±（dB）■定位—可根据缺陷反射波的位置直接读出。■指示长度—半波高度（6dB）法。4.2小角度纵波斜入法■小角度纵波是检测支柱瓷绝缘子内部和表面缺陷的一种重要方法。■小角度纵波检测盲区受探头移动范围大小和探头折射角大小影响。小角度纵波探伤法检测示意图主要特点：1）用于检测法兰内、外区域内部缺陷2）用于检测法兰内、外区域表面缺陷3）探头尺寸小，易于放置4）难以检测表面微小裂纹5）尽可能选择较大折射角探头4.2.1探头的选择4.2.1.1探头的型式（纵波单晶斜探头）■探头晶片尺寸的选择（8x10）■探头频率的选择（根据瓷件规格选择（5-2.5MHz）■探头折射角的选择（根据规格：8º~18º）一般根据探头可移动范围来选择，移动范围小，选择较小角度探头，以减小盲区；如大，可选择较大角度探头，以提高检测表面缺陷的分辨率。4.2.1.2探头的弧面选择与被检绝缘子曲面相近的探头，以保证耦合效果。4.2.1.3扫描时基线的调整■按深度定位法调整■扫描比例依据瓷件直径和探头角度确定，最大检测范围至少应达到时基满刻度的60%。4.2.3扫查灵敏度调整采用校准试块调整灵敏度。■基准灵敏度的调整（深40mm、Ø1mm，80%波高）■扫查灵敏度的确定▲外径差异的补偿（2dB/10↑mm）▲声速差异的补偿（2-4dB/＜6100m/s）4.2.4缺陷的检测■定量—记录为Ø1±dB■定位—可根据缺陷反射波显示位置直接读出■测长—半波高度（6dB）法测定，指示长度修整4.3双晶斜探头横波法双晶横波探伤法示意图特点：1）主要检测瓷套内部和内壁缺陷2）具有较高灵敏度3）具有较高分辨率4）信噪比高4.3.1探头的选择4.3.1.1探头的型式■探头频率（5MHz）■晶片尺寸（8×10）■探头折射角（横波折射角35°-37°）4.3.1.2探头的弧面直径分为：160、180、200、220和平面五种。4.3.2扫描时基线比例调整■按深度定位法调整■比例为满刻度60mm。4.3.3扫查灵敏度调整■瓷套壁厚≤30mm调整（深度20/Ø1横孔，80波高，增益2dB）■瓷套壁厚＞30mm调整（深度40/Ø1横孔，80波高，增益4dB）4.3.4缺陷的检测缺陷的检测包括：定量、定位与长度测定。4.4反射回波的识别■瓷套检测缺陷反射波■支柱瓷绝缘子检测缺陷反射波缺陷波裂纹缺陷波′′′′′缺陷波底波缺陷波底波法兰探头伞裙缺陷波缺陷波其他两种检测方法：直探头纵波探伤示意图特点：►对瓷体内部缺陷敏感►适用于产品制造质量检验►不适用于在役检测斜探头横波探伤法示意图特点：►折射角大，无法检测铸铁法兰附近表面区域的缺陷。►只能检测铸铁法兰附近内部较小区域。►可移动范围小，不适用于在役检测5检测工艺为规范科学地控制和保障检测质量，使检测人员有章可循，本标准规定编制工艺规程的要求5.1通用工艺规程►通用工艺规程是依据现行规程、标准等，结合本单位的实际，合理选择器材，在满足安全技术规范和质量标准的情况，正确完成检测任务的书面文件。►是本单位超声检测的通用工艺要求，涵盖本单位全部检测对象。5.2工艺卡►是通用工艺规程的补充。是根据工艺规程，结合有关标准，针对某一特定的检测对象，明确检测过程中各项具体的技术参数。►一般有Ⅱ、Ⅲ人员编制。►是用来指导检测人员进行检测人员进行操作的工艺文件。►避免检测人员的随意性。保证检测结果的一致性和重复性。6评定制订主要依据：■参考有关规程：►《72.5KV及以上电压等级支柱瓷绝缘子技术监督规定》三十一条：中没有评级的规定，将缺席分为危急缺陷和严重缺陷两类。►据此，本标准对缺陷的评定没有分级规定。■根据电瓷产品的特性等因素►电瓷产品是脆性材料。没有固定的形变且韧性极低，与金属材料相比，其临界裂纹尺寸要小1~2个数量级，裂纹扩展速度相当快；►高压支柱瓷绝缘子是电网重要设备，发生事故造成的危害性极大，所以标准质量评定的要求相对较严。7记录■检测记录要求■主要信息内容8报告■报告要求■主要信息内容有关标准的附录附录A(规范性附录)：检测校准试块附录B(规范性附录)：检测参考试块附录C(规范性附录)：缺陷指示长度的修正附录D(规范性附录)：反射回波分析附录E(资料性附录)：支柱瓷绝缘子检测记录附录F(资料性附录)：瓷套检测记录附录G(资料性附录)：支柱瓷绝缘子检测报告附录H(资料性附录)：瓷套检测报告支柱瓷绝缘子模拟裂纹B扫描图像支柱瓷绝缘子1mm模拟裂纹B扫描图像支柱瓷绝缘子2mm模拟裂纹B扫描图像支柱瓷绝缘子自然裂纹B扫描成像问题与展望1.质量控制和管理■安装前质量检验■运行中的定期检验■建立全过程质量监督管理（采购验收、安装监检、运行维护、检修检验、报废处理等）2.检测技术的完善化研究■在役检测技术超声、红外、紫外等检测技术，取长补短，综合运用。■在线监测技术3.新检测技术开发研究■超声成像技术研究■高压、特高压线路绝缘子（合成绝缘子)传感检测技术研究■声发射技术4.检测技术标准、规范的制订5.开展质量评价的研究□断裂特征和疲劳特性研究□超声波检测参量与绝缘子机械强度之间的对应关系研究6.检测人员培训□电气（安全）基础知识□操作