[发明专利]考虑传播路径的绝缘子弧面处应力超声检测方法及系统

说明书

本发明涉及电气绝缘设备应力超声检测技术领域，提供了考虑传播路径的绝缘子弧面处应力超声检测方法及系统，包括：对于盆式绝缘子的每个区域，获取由超声楔块与盆式绝缘子耦合时激发出的临界折射纵波在各个测点、各方向下的传播距离，并获取应力状态下盆式绝缘子在各测点、各方向下的临界折射纵波数据，确定临界折射纵波的传播时间；将临界折射纵波的传播距离和传播时间代入至声弹性方程，并联立同一测点在不同方向下的关系式，得到表征弧面处应力的分量；其中，具有不同曲率半径的区域对应的超声楔块的形状不同，超声楔块可以实现对测点的完全耦合。实现了对盆式绝缘子弧面处应力状态的检测。

技术领域

本发明属于电气绝缘设备应力超声检测技术领域，尤其涉及考虑传播路径的绝缘子弧面处应力超声检测方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)与气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)具有结构紧凑、占地面积小等特点而在特高压建设中的应用愈发广泛。盆式绝缘子作为GIS与GIL内部的绝缘子具有较多作用：电气绝缘、支撑导体、隔离气室等，其健康程度决定了GIS/GIL的运行状态。

目前，因盆式绝缘子出现裂纹而引起的故障在GIS/GIL故障总数中占有较大的比重。而盆式绝缘子出现裂纹的原因是其承受的应力超过允许的最大负荷，因此有必要对盆式绝缘子的应力状态与分布进行检测，这对保障GIS/GIL的安全，以及电网的稳定运行具有重要意义。

现在，针对盆式绝缘子的应力检测大多使用应力应变传感器，这类方法只能获得基于形变产生的应力，无法获得方向信息；此外，还有公开号为CN113654702A、CN114295265A的发明专利利用超声波检测绝缘子热应力、残余应力，此类方法所得结果只能单个方向下的应力分量，无法准确表征绝缘子的应力状态；而能够测量两个应力分量的方法，如公开号为CN110231116B的发明专利，只能应用在平板结构的工件上，不适用于存在曲率半径的弧面结构工件上。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供考虑传播路径的绝缘子弧面处应力超声检测方法及系统，基于声弹性效应，并充分考虑盆式绝缘子的结构特点，针对不同曲率半径区域设计不同楔块，实现对盆式绝缘子弧面处应力状态的检测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供考虑传播路径的绝缘子弧面处应力超声检测方法，其包括：

对于盆式绝缘子的每个区域，获取由超声楔块与盆式绝缘子耦合时激发出的临界折射纵波在各个测点、各方向下的传播距离，并获取应力状态下盆式绝缘子在各测点、各方向下的临界折射纵波数据，确定临界折射纵波的传播时间；

将临界折射纵波的传播距离和传播时间代入至声弹性方程，并联立同一测点在不同方向下的关系式，得到表征弧面处应力的分量；

其中，具有不同曲率半径的区域对应的超声楔块的形状不同，超声楔块可以实现对测点的完全耦合。

进一步地，所述超声楔块是一个具有三通道的六边形楔块，可以实现沿多个方向的探测。

进一步地，每个区域的超声楔块在各测点和各方向下均满足：

V₁/V₂＝sinθ_LCR

其中，V₁和V₂分别是超声纵波在楔块和盆式绝缘子中的速度，θ_LCR是入射角。

进一步地，在有限元软件中搭建超声楔块模型与盆式绝缘子耦合的模型，利用MEMS、声学模块分析得到临界折射纵波在弧面各测点、各方向下的传播距离。