支柱絕緣子振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)ppt課件

1、支柱絕緣子振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)黑龍江省電力科學(xué)研究院東北電網(wǎng)公司豐滿(mǎn)發(fā)電廠(chǎng)一、項(xiàng)目背景一、項(xiàng)目背景 電力設(shè)備的絕緣在運(yùn)行中受到電、熱和機(jī)械應(yīng)力以及環(huán)境應(yīng)力的作用，其性能會(huì)逐漸下降，絕緣狀態(tài)會(huì)劣化，最終喪失絕緣功能。電力設(shè)備絕緣的老化是一個(gè)漸變的過(guò)程，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就可能導(dǎo)致電力設(shè)備發(fā)生故障，甚至引發(fā)突發(fā)性的電力事故，造成巨大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。 運(yùn)行電力設(shè)備的絕緣狀態(tài)對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要，長(zhǎng)期以來(lái)電力系統(tǒng)沿用傳統(tǒng)的定期試驗(yàn)方式稱(chēng)預(yù)防性試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)高壓設(shè)備的絕緣。但由于預(yù)防性試驗(yàn)電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際運(yùn)行電壓，往往不能發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣缺陷。且定期的電網(wǎng)斷電，將給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成損失。20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)

2、內(nèi)外在帶電測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起一門(mén)新的監(jiān)測(cè)技術(shù)-電氣設(shè)備絕緣在線(xiàn)檢測(cè)與診斷技術(shù)。它能對(duì)被監(jiān)測(cè)設(shè)備的絕緣參數(shù)隨時(shí)進(jìn)行測(cè)量，大大地縮短了運(yùn)行設(shè)備的檢測(cè)時(shí)間，為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供可靠的保證。 一、項(xiàng)目背景一、項(xiàng)目背景 許多電網(wǎng)企業(yè)和電站的工作實(shí)踐表明，防止這類(lèi)破壞的行之有效的方法是在絕緣子運(yùn)行過(guò)程中，找出它們外部和內(nèi)部的缺陷。為此，國(guó)家電網(wǎng)公司頒發(fā)了72.5kV及以上電壓等級(jí)支柱瓷絕緣子技術(shù)監(jiān)督規(guī)定。 這些的付諸實(shí)施，顯著地推動(dòng)了電力企業(yè)及時(shí)采取措施和手段去診斷絕緣子的技術(shù)狀態(tài)。 工程實(shí)際迫切的需要采用現(xiàn)代化的診斷手段，在使用的條件下能夠詳細(xì)地檢測(cè)瓷制件機(jī)械力學(xué)狀態(tài)的原理和技術(shù)方法。 一、項(xiàng)目

3、背景一、項(xiàng)目背景 用振動(dòng)聲學(xué)方法進(jìn)行絕緣子剛度力學(xué)性能檢測(cè)，這時(shí)要么檢測(cè)自由振蕩頻率，要么檢測(cè)絕緣子振動(dòng)的諧振頻率，按絕緣子振動(dòng)頻譜評(píng)價(jià)其強(qiáng)度。 支柱絕緣子保持其機(jī)械強(qiáng)度的基本準(zhǔn)則是其特征頻率在時(shí)間上的不變化特質(zhì)，我們可以通過(guò)評(píng)估支柱絕緣子對(duì)激勵(lì)聲波的反應(yīng)頻譜來(lái)確定支柱絕緣子是否已經(jīng)損壞。一、項(xiàng)目背景一、項(xiàng)目背景 首先來(lái)討論使用振動(dòng)聲學(xué)方法診斷支柱式絕緣子的正確性、合理性。為此，討論運(yùn)行中絕緣子的機(jī)械載荷與絕緣子振動(dòng)特性的關(guān)系，再討論絕緣子的受迫振動(dòng)。 運(yùn)行過(guò)程中支柱式絕緣子受到風(fēng)力載荷和斷路器切換時(shí)產(chǎn)生的載荷，風(fēng)力載荷導(dǎo)致絕緣子彎曲載荷，斷路器切換導(dǎo)致絕緣子扭曲的載荷。 柱形裝置里歸納出來(lái)的

4、各項(xiàng)機(jī)械應(yīng)力函數(shù)和柱形裝置的那些固有自有振動(dòng)頻率相同的自變量，由此可得出結(jié)論，柱形裝置絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度和它的頻率特性緊密相關(guān)。 我們來(lái)研究彎曲時(shí)強(qiáng)度的變化和絕緣子頻率特性的關(guān)系，對(duì)于瓷材質(zhì)，和任何別的材質(zhì)一樣，均有應(yīng)力極限，超過(guò)這個(gè)極限會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞極限強(qiáng)度）。對(duì)應(yīng)極限強(qiáng)度的力叫做極限載荷。我們可以推導(dǎo)出絕緣子固自有振動(dòng)頻率和極限載荷的關(guān)系。 二、國(guó)內(nèi)外研究水平綜述二、國(guó)內(nèi)外研究水平綜述 在80年代，人們就已經(jīng)開(kāi)始研究振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)了。振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)是和紅外、紫外探測(cè)技術(shù)幾乎是齊頭并進(jìn)發(fā)展起來(lái)電力設(shè)備檢測(cè)技術(shù)，但是當(dāng)時(shí)紅外、紫外探測(cè)技術(shù)走在了前面。直到2000年以后，俄羅斯率先開(kāi)發(fā)出了振

5、動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)設(shè)備，振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)也因此而獲得廣泛的應(yīng)用。 高靈敏度、低噪聲是振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵。而俄羅斯研究的最新振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)設(shè)備，它具有響應(yīng)速度快，抗電磁干擾能力強(qiáng)、體積小、重量輕且供電電路簡(jiǎn)單、可方便與PC機(jī)通訊等特點(diǎn)。二、國(guó)內(nèi)外研究水平綜述二、國(guó)內(nèi)外研究水平綜述 振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)原理由俄羅斯電力專(zhuān)家于 最早發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用于電力系統(tǒng)支柱絕緣子檢測(cè)，因此該設(shè)備集中了近 20 年的專(zhuān)業(yè)使用經(jīng)驗(yàn)并形成了一套完整的檢測(cè)規(guī)范和方法，附有詳實(shí)具體的操作方法指導(dǎo)，除原理闡述外，檢測(cè)前的準(zhǔn)備、組織和技術(shù)措施、操作程序、檢測(cè)誤差及其消除方法、判斷標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)結(jié)果總結(jié)等也盡收其中。 振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)目前在我國(guó)仍處于空白階段

6、，沒(méi)有成形的理論指導(dǎo)和實(shí)踐基礎(chǔ)，也沒(méi)有成形的儀器設(shè)備，需要開(kāi)展一系列的研究工作。 三、振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)原理 支柱絕緣子的損傷狀況可以按照其機(jī)械強(qiáng)度即承載能力支柱絕緣子破壞時(shí)的最小受力來(lái)判斷，而支柱絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度值可以通過(guò)對(duì)絕緣子施加的一定頻率激勵(lì)聲波，評(píng)估絕緣子隨機(jī)械振動(dòng)作用的反應(yīng)功率頻譜加以判斷。 三、振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)原理 支柱絕緣子的承載能力或發(fā)生破壞極限載荷，按照以下公式計(jì)算： P1/P0=(1/0)2 其中：P0-未破損的絕緣子的極限載荷； P1-破損的絕緣子的極限載荷； 0-未破損的絕緣子的振動(dòng)反應(yīng)頻譜的中心頻率； 1-破損的絕緣子的振動(dòng)反應(yīng)頻譜的中心頻率； 四、分步試驗(yàn)1激勵(lì)隨機(jī)振動(dòng)噪音

7、信號(hào)頻譜 激勵(lì)隨機(jī)振動(dòng)噪音信號(hào)頻譜 結(jié)論 激發(fā)的原始聲波時(shí)域信號(hào)是隨機(jī)的雜亂噪聲信號(hào)； 激發(fā)的原始聲波信號(hào)頻譜幾乎是一條直線(xiàn) 從激發(fā)的原始聲波信號(hào)頻幅響應(yīng)曲線(xiàn)上看，信號(hào)的頻率為1000Hz10000 Hz,符合檢測(cè)要求。 四、分步試驗(yàn)2接收隨機(jī)振動(dòng)噪音信號(hào)頻譜 激勵(lì)隨機(jī)振動(dòng)噪音信號(hào)頻譜 接收的原始聲波時(shí)域信號(hào)是隨機(jī)的雜亂噪聲信號(hào)； 接收的原始聲波信號(hào)頻譜幾乎是一條直線(xiàn) 從接收的原始聲波信號(hào)頻幅響應(yīng)曲線(xiàn)上看，信號(hào)的頻率為900Hz11000 Hz,符合檢測(cè)要求。 四、分步試驗(yàn)3接收隨機(jī)振動(dòng)噪音信號(hào)頻譜接收隨機(jī)振動(dòng)噪音信號(hào)頻譜接收隨機(jī)振動(dòng)噪音信號(hào)頻譜接收隨機(jī)振動(dòng)噪音信號(hào)頻譜接收隨機(jī)振動(dòng)噪音信號(hào)頻譜

8、四、分步試驗(yàn)4不同種類(lèi)裂紋的振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)信號(hào)分析 110 Kv11萬(wàn)伏室外配電設(shè)備正常絕緣子振動(dòng)功率譜密度評(píng)定圖 不同種類(lèi)裂紋的振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)信號(hào)分析不良狀況的絕緣子單項(xiàng)值報(bào)廢）。底法蘭有缺陷損傷的絕緣子，在振動(dòng)功率譜密度圖上，除了頻率4500赫芝的基本決定性的峰外，還有在1000-3000赫芝頻率區(qū)域的峰值 不同種類(lèi)裂紋的振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)信號(hào)分析頂部法蘭有缺陷損傷的絕緣子，在振動(dòng)功率譜密度圖上，除了頻率4500赫芝的基本決定性的峰外，還有在8000-10000赫芝頻率區(qū)域的峰值 不同種類(lèi)裂紋的振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)信號(hào)分析室外配電設(shè)備不良狀況絕緣子振動(dòng)功率譜密度評(píng)定圖。缺陷出在底部法蘭區(qū)域 不同種類(lèi)裂紋的振

9、動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)信號(hào)分析110 Kv11萬(wàn)伏室外配電設(shè)備，在上部法蘭區(qū)域有裂紋的絕緣子振動(dòng)功率譜密度評(píng)定圖 不同種類(lèi)裂紋的振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)信號(hào)分析絕緣子的振動(dòng)功率譜密度圖，當(dāng)每晝夜平均溫度從正過(guò)渡到負(fù)時(shí)，在底部法蘭區(qū)域出現(xiàn)了顯著的損傷，該絕緣子的承載能力減少9倍 變電站內(nèi)支柱絕緣子振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè) 按照測(cè)量結(jié)果建立評(píng)估支柱絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度狀況準(zhǔn)則。未破損的絕緣子在激勵(lì)聲波頻率范圍內(nèi)的測(cè)量反應(yīng)頻譜只有一個(gè)最大值應(yīng)出現(xiàn)在激勵(lì)頻率左右；而破損的絕緣子在激勵(lì)聲波頻率范圍內(nèi)的測(cè)量反應(yīng)頻譜有多個(gè)最大值其中一個(gè)應(yīng)出現(xiàn)在1/2激勵(lì)頻率左右，一個(gè)應(yīng)出現(xiàn)在1倍激勵(lì)頻率左右。 振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)檢測(cè)結(jié)果總結(jié)與展望振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)也是一種以

10、聲波激勵(lì)物體振動(dòng)通過(guò)檢測(cè)物體固有頻率為物理基礎(chǔ)的一種新型高效率的檢測(cè)方法，本研究項(xiàng)目是將這種方法應(yīng)用到了變電站支柱絕緣子在役損傷檢測(cè)領(lǐng)域。第一部分主要介紹了立項(xiàng)背景及絕緣子損傷和事故形勢(shì)，以及現(xiàn)有無(wú)損檢測(cè)方法的不足，進(jìn)而提出了振動(dòng)聲學(xué)的檢測(cè)方法，并從對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究概況的綜述介紹了該領(lǐng)域內(nèi)的研究水平和應(yīng)用狀況；第二部分主要介紹振動(dòng)聲學(xué)的基本理論；并以絕緣子的機(jī)械載荷與絕緣子振動(dòng)特性的關(guān)系為依據(jù)論證柱形裝置絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度和它的頻率特性緊密相關(guān) ；第三部分和第四部分分別從數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的角度，闡述了絕緣子的振動(dòng)在大多數(shù)情況下出現(xiàn)在駐波頻率上；.絕緣子底部法蘭的振動(dòng)，當(dāng)向其加動(dòng)態(tài)力非運(yùn)動(dòng)力載荷時(shí)，該

11、振動(dòng)包含絕緣子動(dòng)態(tài)特性的完整信息，與此同時(shí)，絕緣子底部法蘭區(qū)域有缺陷裂紋時(shí)，導(dǎo)致出現(xiàn)低于基礎(chǔ)頻率的頻率分量，而在上部法蘭區(qū)域有缺陷裂紋時(shí)-導(dǎo)致出現(xiàn)高于基礎(chǔ)頻率的頻率分量。第五部分介紹了振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)儀器的構(gòu)成、特點(diǎn)及信號(hào)的采集與處理；后幾部分介紹了實(shí)際檢測(cè)的內(nèi)容如檢測(cè)工藝及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果等，并得出以下結(jié)論:總結(jié)與展望1.用振動(dòng)聲學(xué)方法進(jìn)行絕緣子剛度力學(xué)性能檢測(cè)，這時(shí)要么檢測(cè)自由振蕩頻率，要么檢測(cè)絕緣子振動(dòng)的諧振頻率，按絕緣子振動(dòng)頻譜評(píng)價(jià)其強(qiáng)度；2.柱形裝置里歸納出來(lái)的各項(xiàng)機(jī)械應(yīng)力函數(shù)和柱形裝置的那些固有振動(dòng)頻率有相同的自變量，由此可得出結(jié)論，柱形裝置絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度和它的頻率特性緊密相關(guān)。絕緣子的損壞程度可用損壞絕緣子極限載荷和未損壞絕緣子極限載荷之比的形式表示 P1/P0=I1/I0=(i1/i0)2, ；3.研究絕緣子的數(shù)學(xué)模型能夠得出如下結(jié)論：絕緣子的振動(dòng)在大多數(shù)情況下出現(xiàn)在駐波頻率上；絕緣子底部法蘭的振動(dòng)，當(dāng)向其加動(dòng)態(tài)力非運(yùn)動(dòng)力載荷時(shí)，該振動(dòng)包含絕緣子動(dòng)態(tài)特性的完整信息，與此同時(shí)，絕緣子底部法蘭區(qū)域有缺陷裂紋時(shí)，導(dǎo)致出現(xiàn)低于基礎(chǔ)頻率的頻率分量，而在上部法蘭區(qū)域有缺陷裂紋時(shí)-導(dǎo)致出現(xiàn)高于基礎(chǔ)頻率的頻率分量。 4.采用的小型便攜式振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)儀，體積小