一种基于超声扫描原理的三支柱绝缘子内部缺陷重构方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超声扫描原理的三支柱绝缘子内部缺陷重构方法，包括步骤：S1、搭建超声检测系统；S2、超声检测系统对三支柱绝缘子同类位置进行检测，记录每个检测位置的超声反射回波信息；S3、利用类比法对每个检测位置的超声反射回波信息进行判断，确定缺陷位置；S4、超声检测系统在缺陷位置附近进行超声扫描，记录每个检测位置的超声反射回波信息；S5、构建超声反射回波信息与缺陷深度、缺陷大小之间对应关系，基于每个扫描位置的检测结果得到缺陷重构示意图。本发明专利技术可以高效、准确、直观地对三支柱绝缘子的内部缺陷进行识别定位和缺陷量化。

A Reconstruction Method for Internal Defects of Three-Pillar Insulators Based on the Principle of Ultrasound Scanning

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声扫描原理的三支柱绝缘子内部缺陷重构方法
本专利技术涉及输变电绝缘设备领域，尤其涉及一种基于超声扫描原理的三支柱绝缘子内部缺陷重构方法。
技术介绍
三支柱绝缘子是气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)中的关键电气部件，起着电气绝缘和机械支撑的作用。三支柱绝缘子是由环氧树脂、固化剂(一般是酸酐类)和填料(氧化铝粉)混合放到带铝合金嵌件的模具中高温固化而成，如果固化过程质量控制不好，三支柱绝缘子的环氧材料与铝合金交内部会出现脱壳、夹层、结合不紧密等缺陷(这些缺陷统称内部缺陷)，特别是三支柱绝缘子柱脚合模缝处的固态环氧材料与接地嵌件结合部位。在实际应用过程中内部缺陷会使绝缘子内部电场分布不均匀，导致绝缘子局部放电、绝缘子异常发热等现象，加速绝缘子老化，使绝缘子性能下降，直接威胁GIL的正常运行。因此，及早确认三支柱绝缘子是否存在内部缺陷，对保障电力系统安全运行具有重要意义。目前，三支柱绝缘子缺陷检测一般在出厂试验阶段，常用两种检测方法：一种是直接法即采用工业数字化X射线成像技术，通过对比X射线穿透波在显示板上的明暗程度来判断绝缘子内部是否存在气缝、裂纹、夹层等缺陷，其优点是缺陷可视化、检测效率较高，但其对宽度较小的裂纹缺陷检测灵敏度不高，且X射线的辐射对人体有害，X射线成像机器价格昂贵、体积庞大、无法对装配和检修过程中的绝缘子进行检测；另一种是间接法即采用工频局部放电检测方法，包括脉冲电流法、特高频法、声学检测法、光学检测法和化学检测法等，依据局部放电量大小对绝缘子状态进行评估，实际应用最广泛的是脉冲电流法，但都很难准确识别绝缘子的缺陷部位和缺陷形状。专利
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于超声扫描原理的三支柱绝缘子内部缺陷重构方法。本专利技术检测成本低、检测精度高、方便携带、对人体无辐射危害，能够高效、准确、直观地对GIL三支柱绝缘子的内部缺陷进行识别定位和缺陷量化。本专利技术的目的能够通过以下技术方案实现：一种基于超声扫描原理的三支柱绝缘子内部缺陷重构方法，包括步骤：S1、搭建超声检测系统；S2、采用超声检测系统对三支柱绝缘子同类位置进行检测，记录每个检测位置的超声反射回波信息；S3、利用类比法对每个检测位置的超声反射回波信息进行判断，确定缺陷位置；S4、采用超声检测系统在缺陷位置附近进行超声扫描，记录每个检测位置的超声反射回波信息；S5、构建超声反射回波信息与缺陷形状、缺陷大小之间对应关系，基于每个扫描位置的检测结果得到缺陷重构示意图，从而量化缺陷大小、识别缺陷形状。具体地，步骤S1中，所述超声检测系统包括超声脉冲发生器、示波器、窄脉冲超声直探头、探头适配线和高阻抗传输线。所述超声脉冲发生器是尖脉冲激励、输出脉宽和增益可调、低噪声的脉冲发生器，尖脉冲激励能够优化宽带响应和提高检测近表面分辨率，更有利于对声束衰减性强的材料的检测和测量应用。所述示波器是最大采样频率1GHz、采样宽带200MHz的四通道高性能数字存储示波器，通过高阻抗传输线把示波器输入通道和超声脉冲发生器信号输出端同电位相连，从而可以在示波器上实时显示发射和接收的超声信号。所述窄脉冲超声直探头属于圆柱式纵波直探头，采用圆形复合材料压电晶片，探头底面为圆形，考虑到三支柱绝缘子为圆柱状结构，绝缘子表面均为圆弧面，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，探头底面半径越小越好，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，综合考虑检测特性、检测效率和制作成本，探头底面直径(D)设计范围取5-10mm，探头高度(H)设计范围取15-20mm。进一步地，所述窄脉冲探头是指响应特性较好的脉冲超声直探头，窄脉冲超声直探头的标称频率越高，则被检测材料内的衰减系数越大，声束传播特性效果越差，结合实际测量经验，窄脉冲超声直探头的频率设计不大于5MHz。所述探头适配线是匹配超声脉冲发生器与窄脉冲超声直探头的信号线，具有高阻抗、抗干扰能力强等特点，保证超声脉冲发生器的输出电信号能够高质量地被窄脉冲超声直探头接收，同时，保证窄脉冲超声直探头接收到超声信号转换成电信号高质量地返回到超声脉冲发生器的接收端。所述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。所述超声检测对象是三支柱绝缘子，由固态环氧件、中心导体和接地嵌件组成，固态环氧件包括三个柱体，每个柱体柱脚都与一个接地嵌件结合；工程上，接地嵌件与柱体底部(柱脚)结合处最容易出现气缝、脱壳等内部缺陷；中心导体为铝材质的圆柱状结构，三支柱绝缘子的尺寸随GIL电压等级变化而变化。超声检测系统搭建方法为：窄脉冲超声直探头通过探头适配线与超声脉冲发生器的信号输出端相连，超声脉冲发生器的信号同步端通过高阻抗传输线与示波器相连接。所述同类位置是指该检测位置的材料类别、尺寸等完全一致，如三支柱绝缘子柱体相同半径圆周上的任何位置。具体地，步骤S2中，超声检测系统对三支柱绝缘子同类位置检测方法：调节超声脉冲发生器，将涂有水基型超声耦合剂窄脉冲超声直探头放置在三支柱绝缘子同类位置上进行检测，记录每个同类位置下的超声反射回波信息。水基型超声耦合剂增加了探头与被测表面的接触效果。具体地，步骤S3中，利用类比法确定三支柱绝缘子的缺陷位置：在没有缺陷的情况下，同类检测位置得到的所有超声反射回波波形信息(峰值、相位等)都一致，当同类检测位置的波形信息有不一样的时，则说明超声反射回波不一样的检测位置下方有缺陷存在。检测过程中，忽略尺寸公差和表面粗糙度的影响。具体地，步骤S4中，超声检测系统在缺陷位置附近超声扫描方法：将窄脉冲超声直探头根据超声扫描路径和位置进行检测，记录每个扫描位置的超声反射回波信息。超声扫描路径和位置是在缺陷附近的、面积覆盖整个缺陷的扫描点集合，通过每条扫描路径上设置不同步长确定检测位置，将所有检测位置罗列出来即是整个缺陷的扫描点阵集合。超声扫描路径的数量以及位置的数量根据具体情况设定。具体地，步骤S5中，构建超声反射回波信息与缺陷形状、缺陷大小之间对应关系方法：根据超声脉冲反射法原理，超声始波峰值对应时间t0，对无缺陷物体进行检测时，示波器会出现底面回波B，峰值对应时间t1，检测面到底面深度为H，对有缺陷物体进行检测时，始波与底面之间会出现缺陷回波F，峰值对应时间t2，检测面到底面深度为d，即t0<t2<t1，在同一介质中声速相同，则d与H的关系可表达为假设步骤S3中任一条扫描路径m上的2n+1个扫描位置坐标分别为L(m,-n)、L(m,-n+1)…L(m,0)…L(m,n-1)、L(m,n)，将上述位置的超声检测回波信息代入公式(1)，得到上述位置的深度为d(m,-n)、d(m,-n+1)…d(m,0)…d(m,n-1)、d(m,n)，然后这些深度值均除以(d(m,-n)、d(m,n)为无缺陷位置，理论上二者相等，为了消除测量偏差，取二者均值)，这样就把扫描路径m上所有检测位置结果进行了归一化，将归一化后的结果进行三次样条插值，即可得到扫描路径m上表征缺陷长度、缺陷深度的曲线；同理，依次将其他扫描路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超声扫描原理的三支柱绝缘子内部缺陷重构方法，其特征在于，包括步骤：S1、搭建超声检测系统；S2、采用超声检测系统对三支柱绝缘子同类位置进行检测，记录每个检测位置的超声反射回波信息；S3、利用类比法对每个检测位置的超声反射回波信息进行判断，确定缺陷位置；S4、采用超声检测系统在缺陷位置附近进行超声扫描，记录每个检测位置的超声反射回波信息；S5、构建超声反射回波信息与缺陷形状、缺陷大小之间对应关系，基于每个扫描位置的检测结果得到缺陷重构示意图，从而量化缺陷大小、识别缺陷形状。

【技术特征摘要】
1.一种基于超声扫描原理的三支柱绝缘子内部缺陷重构方法，其特征在于，包括步骤：S1、搭建超声检测系统；S2、采用超声检测系统对三支柱绝缘子同类位置进行检测，记录每个检测位置的超声反射回波信息；S3、利用类比法对每个检测位置的超声反射回波信息进行判断，确定缺陷位置；S4、采用超声检测系统在缺陷位置附近进行超声扫描，记录每个检测位置的超声反射回波信息；S5、构建超声反射回波信息与缺陷形状、缺陷大小之间对应关系，基于每个扫描位置的检测结果得到缺陷重构示意图，从而量化缺陷大小、识别缺陷形状。2.根据权利要求1所述的一种基于超声扫描原理的三支柱绝缘子内部缺陷重构方法，其特征在于，步骤S1中，所述超声检测系统包括超声脉冲发生器、示波器、窄脉冲超声直探头、探头适配线和高阻抗传输线；超声检测系统搭建方法为：窄脉冲超声直探头通过探头适配线与超声脉冲发生器的信号输出端相连，超声脉冲发生器的信号同步端通过高阻抗传输线与示波器相连接；所述超声脉冲发生器是尖脉冲激励、输出脉宽和增益可调、低噪声的脉冲发生器；所述示波器是最大采样频率1GHz、采样宽带200MHz的四通道高性能数字存储示波器；所述窄脉冲超声直探头属于圆柱式纵波直探头，采用圆形复合材料压电晶片，探头底面为圆形，绝缘子表面均为圆弧面，探头底面直径设计范围取5-10mm，探头高度设计范围取15-20mm；窄脉冲超声直探头的频率设计不大于5MHz。3.根据权利要求1所述的一种基于超声扫描原理的三支柱绝缘子内部缺陷重构方法，其特征在于，步骤S2中，超声检测系统对三支柱绝缘子同类位置检测方法：调节超声脉冲发生器，将涂有水基型超声耦合剂窄脉冲超声直探头放置在三支柱绝缘子同类位置上进行检测，记录每个同类位置下的超声反射回波信息。4.根据权利要求1所述的一种基于超声扫描原理的三支柱绝缘子内部缺陷重构方法，其特征在于，步骤S3中，利用类比法确定三支柱绝缘子的缺陷位置的原理为：在没有缺陷的情况下，同类检测位置得到的所有超声反射回...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝艳捧，郑尧，田方园，何伟明，邹舟诣奥，阳林，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44