气体绝缘全封闭组合电器罐体健康监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于超声导波的气体绝缘全封闭组合电器罐体健康监测装置。目前的检测方法受缺陷的位置、方向及类型影响很大，都不能有效解决GIS的健康监测问题。本实用新型专利技术包括超声波检测仪、编码器、扫查架和超声导波换能器，其特征在于，所述的超声导波换能器和编码器均与扫查架连接，使超声导波换能器和编码器同步运行，所述的编码器通过数据线与超声波检测仪连接，所述的超声导波换能器包括壳体、置于壳体中的楔块和搁置在楔块上的晶片，所述超声导波换能器通过BNC接口与超声波检测仪相连。本实用新型专利技术的超声导波换能器能产生高性噪比、强传输能力的超声导波，能经过有限的扫查对整个GIS罐体的损伤进行检测。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

气体绝缘全封闭组合电器罐体健康监测装置
本技术涉及电力成套装置无损检测领域，具体地说是一种基于超声导波的气体绝缘全封闭组合电器罐体健康监测装置。
技术介绍
气体绝缘全封闭组合电器(以下简称GIS)是由断路器、隔离开关、接地开关、母线等多种高压电器组合而成的成套装置，这些设备或部件全部封闭在金属罐体内部，并充入一定压力(一般大于O. 3MPa)的SF6气体作为绝缘和灭弧介质。其中GIS使用的罐体是承压部件，要求SF6年漏气率小于1%。一旦由于GIS罐体损伤而产生SF6泄漏，不但影响GIS 乃至电力系统的可靠运行，同时也会污染周围环境，危害工作人员的身体健康及生命安全。 因此，对GIS罐体健康状态进行监测具有重要的社会效益和经济效益。GIS罐体有整体铸造及卷板焊接两种形式。外形尺寸一般为筒体直径 400-1000mm、壳体厚度6_10mm、长1000-3000mm，材料一般为铝合金5A02-H112。生产过程中，对于铸造壳体易产生气孔、缩孔与冷隔、夹渣、裂纹等缺陷；对于焊接壳体，除了母材缺陷外，焊缝还会产生未焊透、气孔及裂纹等焊接缺陷。GIS服役期间，由于应力及振动等原因，容易使罐体产生裂纹等损伤。因此应及时定期的对GIS罐体进行健康监测，及时排除隐患，保证系统的稳定运打。针对GIS罐体，目前国内主要有三种检测方法射线检测、常规超声检测及渗透检测。JB/T4734-2002《铝制压力容器》规定，应对其A类或B类焊接接头进行局部射线检测或超声检测，检测长度不得小于各条焊接接头长度20%，且不小于250mm。刘泽洪著作《气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)质量管理与控制》提到，对铸造罐体特别容易产生缺陷的部位应采用射线进行检测；对于每个罐体的纵缝，都应该进行X光探伤的检验，并且存档。以上三种方法主要存在的缺点首先，这三种检测方法都是逐点扫描，也就是说只能对抽检的区域或者焊缝进行损伤评价，如果需要对整个罐体进行健康检测，就需要对整个罐体的全体积进行扫描，上述三种方法几乎是不能实现的。其次，这三种检测方法受缺陷的位置、方向及类型影响很大，例如，渗透检测只能检测表面缺陷，特定的超声波探头只能检测表面缺陷或内部缺陷，射线检测面积型缺陷检出率受透照角度等多种因素影响。另外，对于服役的 GIS罐体，由于内部已经装满电器设备，无法进行射线检测及渗透检测。显而易见，现有的检测方法方法都不能有效解决GIS的健康监测问题。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是克服上述检测方法存在的缺陷，提供一种基于超声导波检测方法的气体绝缘全封闭组合电器罐体健康监测装置，其能够实现对全封闭组合电器罐体的健康进行实际监测，能够对整个GIS罐体任意壁厚方向的损伤进行经济、快捷和有效的检测。为此，本技术采用的技术方案如下气体绝缘全封闭组合电器罐体健康监测装置，包括超声波检测仪、编码器、扫查架和超声导波换能器，其特征在于，所述的超声导波换能器和编码器均与扫查架连接，使超声导波换能器和编码器同步运行，所述的编码器通过数据线与超声波检测仪连接，所述的超声导波换能器包括壳体、置于壳体中的楔块和搁置在楔块上的晶片，所述超声导波换能器通过BNC接口与超声波检测仪相连。超声导波换能器(简称探头)能产生高性噪比、强传输能力的超声导波，能经过有限的扫查对整个GIS罐体的损伤进行检测。本监测装置的基本原理为扫查架在GIS罐体表面扫查，编码器记录超声导波换能器的位置，探头发射及接受检测距离范围内的GIS罐体损伤信息的导波，超声波检测仪把超声导波换能器的所有扫描数据转换成超声导波图像，从而实现GIS罐体损伤的快速检测。进一步，所述的扫查架上设有至少一个定位柱，超声导波换能器的壳体上设有至少一个定位孔，通过定位孔与定位柱的配合实现超声导波换能器与扫查架的连接，拆装方便。进一步，所述的定位柱和定位孔各有二个，均呈对称设置，使超声导波换能器与扫查架的连接更为稳定可靠。进一步，所述的编码器通过其前面的销轴与扫查架后侧的销孔相连，拆装方便。进一步，所述的超声波检测仪为可同时显示两种成像的超声波检测仪。进一步，所述的编码器为轮型增量旋转编码器。进一步，所述的晶片和楔块的参数由罐体频散曲线计算及反复实验得出，所述晶片的尺寸优选为25 X 25mm，频率优选为0.5-2MHZ，楔块的角度优选为35°至60°。利用上述监测装置进行的监测方法，其监测步骤依次为测量罐体壁厚；绘制罐体的频散曲线；绘制导波激发角曲线图；制作超声导波换能器；绘制DAC曲线；进行环向扫查；进行纵向扫查；图像数据分析。所述的测量罐体壁厚，是指使用超声波检测仪对罐体进行壁厚测量。所述的绘制罐体的频散曲线图，是指绘制被监测的罐体导波速度-频率曲线，该曲线反映超声导波的速度与罐体的几何尺寸及导波频率之间的关系；曲线是根据罐体的材料及壁厚，使用商业软件DISPERSE进行绘制。所述的绘制导波激发角曲线图，即导波激发角-频率曲线图，是根据绘制的罐体频散曲线，由相速度频散曲线通过公式sm^=T1 为激发角，ei为楔块中纵波速度为所激发的导波速度)转换得来。S所述的制作超声导波换能器，是指根据GIS罐体频散曲线图、导波激发角曲线图、质点的振动方式，实验比较各种模态的超声导波的信噪比、频散特性及传输能力，确定超声导波换能器晶片的频率、尺寸及楔块的参数。所述的绘制DAC曲线，是指在壁厚为8mm的GIS罐体(110KV、220KV及部分500KVGIS都是该规格)加工0 2mm通孔做为人工反射体，改变超声导波换能器的前沿至通孔的距离(从300mm至1800mm)，绘制横坐标为传输距离，纵坐标为人工反射体波高的曲线，使用该曲线做为扫查时缺陷的预判及屏蔽干扰信号。所述的环向扫查，是指扫查架带着超声导波换能器，沿罐体圆周方向(导波传播方向与轴向平行)环绕扫查一周，由于导波的特性，可以监测整个筒体的整个壁厚方向上的损 伤，并保存扫查图像；该扫查方式尤其对周向损伤较敏感。所述的纵向扫查，是指把罐体从轴向分为两个半圆的监测区，使用扫查架沿罐体 轴向(导波传播方向与周向平行)分别进行一次导波传播方向相反的纵向扫查，监测整个筒 体的整个壁厚方向上的损伤，并保存扫查图像；该扫查方式尤其对轴向损伤较敏感。所述的图像数据分析，是指把图像数据传输至计算机，使用超声检测仪自带的软 件对数据进行分析，判断缺陷的位置及大小，从而完成GIS罐体健康监测。本技术具有的有益效果1)相对于已存在的检测方法而言，本技术大大提高了检测效率。在罐体的一 点处激励超声导波，由于导波本身的特性(沿传播路径衰减很小)，它可以在罐体的整个长 度方向(环向扫查时)或整个圆周方向(纵向扫查时)传播，于是监测装置接收的信号包括了 整个罐体的结构信息。2)本技术还提高了检测效果。相对于已存在的检测方法，由于受缺陷的位置、 方向影响，常常难以用一种检测方法一次性地完成对各类损伤的监测，而本监测装置是在 罐体激励出遍及整个壁厚的导波声场，既能检测内部缺陷，又能检测表面缺陷，不受缺陷的 位置、方向影响，从而达到一次监测完成对各种损伤的检测。附图说明图1为本技术GIS罐体健康监测装置的结构示意图。图2为本技术GIS罐体健康监测步骤示意图。图3为本技术进本文档来自技高网...

【技术保护点】
气体绝缘全封闭组合电器罐体健康监测装置，包括超声波检测仪(10)、编码器(8)、扫查架(1)和超声导波换能器(4)，其特征在于，所述的超声导波换能器(4)和编码器(8)均与扫查架(1)连接，所述的编码器(8)通过数据线与超声波检测仪(10)连接，所述的超声导波换能器(4)包括壳体、置于壳体中的楔块(7)和搁置在楔块上的晶片(6)，所述超声导波换能器通过BNC接口与超声波检测仪(10)相连。

【技术特征摘要】
1.气体绝缘全封闭组合电器罐体健康监测装置，包括超声波检测仪(10)、编码器(8)、扫查架(I)和超声导波换能器(4)，其特征在于，所述的超声导波换能器(4)和编码器(8)均与扫查架(I)连接，所述的编码器(8)通过数据线与超声波检测仪(10)连接，所述的超声导波换能器(4)包括壳体、置于壳体中的楔块(7)和搁置在楔块上的晶片￠)，所述超声导波换能器通过BNC接口与超声波检测仪(10)相连。2.根据权利要求I所述的气体绝缘全封闭组合电器罐体健康监测装置，其特征在于，所述的扫查架(I)上设有至少一个定位柱(2)，超声导波换能器的壳体上设有至少一个定位孔(5)，通过定位孔与定位柱的配合实现超声导波换能器(4)与扫查架(I)的连接。3.根据权利要求2所述的气体绝缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗宏建，周重回，王炯耿，张杰，周正强，赵洲峰，吴一峰，徐栋，李望，
申请(专利权)人：浙江省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：实用新型
国别省市：