[发明专利]一种复合绝缘子内部缺陷的相控阵超声检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力设备检测领域，具体地说是一种复合绝缘子内部缺陷的相控阵超声检测装置及方法。

背景技术

绝缘子承担着支撑输电线路，隔离输电线路和其他导电物体，维护电力系统安全运行的重要责任，其性能的优异与否与电力系统能否安全运行息息相关。20世纪50年代复合绝缘子研制成功以来，以其体积小、重量轻，机械强度高，耐污性能优异，绝缘强度高等优点而被广泛运用。目前，世界上有已超过30多个国家和地区在使用复合绝缘子，特别是重污秽地区。到2008年，我国挂网复合绝缘子的支数达到800万支。在特高压输电工程中也大量采用复合绝缘子。然而，当绝缘子由于制造工艺等原因而导致护套与芯棒脱粘、护套内部气孔或者断层等问题时，这些隐蔽性缺陷会对电网的安全运行构成极大威胁。这些缺陷绝缘子的电场分布不均，在缺陷位置产生电场畸变，高场强的长期作用会促使绝缘子护套、芯棒和金具等部位发生局部放电，使绝缘子性能劣化，严重时会引起绝缘子断裂、击穿，影响输电线路安全。因此，亟需研究如何更快、更准确地检测出复合绝缘子内部缺陷的方法。

目前对于复合绝缘子内部缺陷的检测方法很多，例如电场分布检测法、红外线检测法、陡波试验法、改进水扩散试验法等。但这些方法或灵敏度低，或复杂耗时、具有破坏性，或检测条件要求高。在复合绝缘子投运前，绝缘子是否存在内部缺陷目前还没有标准的检测方法。目前，用于复合材料的无损检测方法有：射线检测法、磁粉检测法、渗透检测法、涡流检测法、声发检测法、光学检测法以及超声波检测法。清华大学高英等人采用超声脉冲回波法，利用水为耦合剂，对复合绝缘子内部缺陷进行检测，能检测出伞裙中直径为3mm的缺陷。该方法采用水作为耦合剂，实验过程在水中进行，不利于现场检测，另外，绝缘子泡在水中可能会对复合绝缘材料的绝缘性能产生不利影响。华南理工大学谢从珍等人验证了用常规的超声波检测法对复合绝缘子内部缺陷检测的可行性，能够检测出直径为0.5mm的气孔缺陷，但该法的检测结果是普通的A扫图像，直观性较差，没有经验的检测人员难以正确识别缺陷的大小和类型。近年来，相控阵超声检测技术发展迅速，美国Stanford大学的Pierre研究小组实现了基于二维阵列换能器的实时三维成像技术。英国Robert Gordon大学提出了基于声光成像的缺陷直接可视化技术，并进行了系统设计和实验研究。目前，相控阵超声波技术主要应用于生物医学、管道检测以及海洋形貌探测和反潜等领域。相控阵超声波检测技术在复合绝缘子内部缺陷的检测尚未见报道。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种复合绝缘子内部缺陷的相控阵超声检测装置，该装置能够快速、准确和无破坏性地检测出复合绝缘子的内部缺陷。

本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种应用于所述的复合绝缘子内部缺陷的相控阵超声检测装置的检测方法，该检测方法检测范围广，检测效率高。

本发明的首要目的通过下述技术方案实现：一种复合绝缘子内部缺陷的相控阵超声检测装置，包括：相控阵探头、相控阵显示仪、相控阵系统单元及系统主控计算机；所述相控阵系统单元及系统主控计算机通过数据线与相控阵探头相连，所述控制相控阵探头用于发出和接收超声波信号；所述相控阵探头在接收到反射的超声波信号后，通过数据线将所述超声波信号传递至相控阵系统单元及系统主控计算机；相控阵系统单元及系统主控计算机在对接收的超声波信号进行数据处理之后，将数据传递到相控阵显示仪，所述相控阵显示仪显示相控阵扫描图像；

所述相控阵探头在检测时置于复合绝缘子护套的径向表面上，所述相控阵探头在复合绝缘子护套径向表面平移；所述相控阵探头和相控阵系统单元及系统主控计算机相连；所述相控阵系统单元及系统主控计算机与相控阵显示仪相连；所述相控阵探头基于声阻抗匹配原理制作而成，所述声阻抗匹配原理中，透声层的厚度等于1/4波长，使得超声波能量最大限度的透过相控阵探头进入复合绝缘子。

根据声波透射原理，设反射系数为R，透射系数为T，根据能量守恒得出：

R+T=1，               （1）

超声波在晶元介质、透声层介质和复合绝缘子护套介质中传播，对于单频射波，其声强透射系数为：