СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ Российский патент 2006 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может найти применение для дефектоскопии опорно-стержневых изоляторов разъединителей и высоковольтных изоляторов другого назначения.

До настоящего времени на большинстве заводов-изготовителей изоляторов и на некоторых предприятиях РАО ЕЭС России дефектоскопия изоляторов производится их нагружением на 60% от минимальной разрушающей нагрузки [1] (О предупреждении аварий из-за повреждения опорно-стержневых изоляторов напряжением 35-220 кВ. Сб. директивных материалов (электротехническая часть) Главтехуправления Минэнерго СССР, п.9.6, М.: Энергоатомиздат, 1985, с.263-269). Изолятор считается годным, если выдержал такую нагрузку. Естественно, что среди годных могут оказаться изоляторы с магистральными трещинами, развитие которых при эксплуатации изоляторов приведет к их разрушению.

В [2] ("Технические требования на изоляторы керамические опорные на напряжение свыше 1000 В повышенной надежности для поставок в электро- и атомную энергетику", введенные 01.10.99 г.) подтверждается такой метод испытания (п.10. "Изоляторы считаются выдержавшими испытания на надежность, если при механических испытаниях на изгиб при нагрузках, равных нормированной, они не разрушились.").

Однако уже 14 мая 2001 г. появляется циркуляр Ц 01-01 (Э) "О предупреждении поломок опорно-стержневых изоляторов разъединителей 110-220 кВ" [3], предписывающий (п.2.2.) "организовать проведение акустико-эмиссионного контроля изоляторов с помощью прибора ПАК-3М и стяжки УКИ-1 по методике, разработанной в АО "ВНИИЭ".

Верхние фланцы двух соседних изоляторов полюса разъединителя соединяют механическим нагружающим устройством УКИ-1, а на средних юбках этих изоляторов укрепляют акустико-эмиссионные датчики, соединенные с прибором ПАК-3М, с помощью нагружающего устройства создают на изоляторах изгибающую нагрузку, равную 40% от минимальной разрушающей нагрузки, а прибор ПАК-3М измеряет величину и количество импульсов акустической эмиссии, возникающих в каждом изоляторе в процессе нагружения и последующие 10 сек. Выдержки изоляторов под нагрузкой. Затем нагрузку снимают и производят повторное нагружение до несколько меньшей величины.

Если при повторном нагружении сигналы акустической эмиссии не возникают, то считают, что изолятор прочный (эффект Кайзера). Если же при повторном нагружении вновь появляются сигналы акустической эмиссии, то считают, что в изоляторе имеется магистральная трещина и его следует заменить.

Таким образом, метод акустической эмиссии является более прогрессивным, поскольку позволяет выявлять изоляторы с магистральной трещиной.

Однако он имеет существенные недостатки.

1. Большая трудоемкость. На испытание одной пары изоляторов с учетом подготовительных операций требуется около 20-30 минут.

2. Не диагностируется прочность связи фарфора с фланцами.

3. Акустическая эмиссия основана на анализе сигналов, поступающих от возникающих или подрастающих трещин. Таким образом, если в изоляторе трещин не было - они возникнут в процессе испытания, если были - подрастут и станут больше. По мнению самих авторов, прочность изоляторов в процессе испытаний понижается на 2-3%.

Последний недостаток устраняется при диагностике опорно-стержневых изоляторов разъединителей методом свободных колебаний.

Для устранения указанных недостатков нами предлагается способ акустического контроля механического состояния высоковольтных изоляторов, включающий возбуждение упругих колебаний в изоляторе, съем колебаний, преобразование снятых упругих колебаний в электрические сигналы и анализ сигналов с последующим заключением о механическом состоянии изолятора, отличающийся тем, что съем колебаний производят на нижнем фланце изолятора, удары наносят по верхнему фланцу и по фарфору под верхним фланцем (перпендикулярно оси изолятора и под углом 45° к оси на линии перехода верхней юбки к цилиндрической основе), а о дефектности изолятора судят по нормированным отношениям времен прохождения упругих колебаний от точек удара до точки съема колебаний, где в качестве нормирующего показателя принято наименьшее время прохождения упругих колебаний для бездефектного изолятора, а в качестве дополнительного показателя дефектности принимают величину разброса нормированных отношений времени прохождения упругих колебаний при ударах с четырех сторон изолятора.

Условимся

- наименьшее время прохождения упругих колебаний по бездефектному изолятору выбранного типоразмера называть "нормой",

- отношение времени прохождения упругих колебаний от точки удара по фарфору под углом 45° к оси исследуемого изолятора по линии перехода верхней юбки к цилиндрической основе до точки съема колебаний к "норме"

обозначать цифрой (1)

- отношение времени прохождения упругих колебаний от точки удара по фарфору под верхним фланцем под углом 90° к оси изолятора до точки съема колебаний к "норме"

обозначать цифрой (2)

- отношение времени прохождения упругих колебаний от точки удара по верхнему фланцу перпендикулярно оси изолятора до точки съема колебаний к "норме"

обозначать цифрой (3).

Было обследовано более сотни изоляторов следующих типов: УСТ-110; ОНС - 110-300 и ИОС - 110-600.

Для всех изоляторов, не бывших в эксплуатации, и некоторой части старых отношение (1) близко к единице, что свидетельствует об отсутствии дефектов внутри фарфора. При наличии дефектов отношение (1) становится больше единицы, а при магистральной трещине достигает значений 3÷3,5.

При наличии дефектов на поверхности фарфора резко увеличивается разброс значений отношения (2) при ударах с четырех сторон изолятора.

При хорошей связи верхнего фланца с фарфором отношение (3) меньше или равно отношению (2).

При плохой связи нижнего фланца с фарфором возрастают отношения (1), (2) и (3) и увеличивается разброс значений (1), (2) и (3).

Предлагаемый способ имеет целый ряд преимуществ по сравнению с известными:

- он не нагружающий и поэтому не приводит к уменьшению прочности изолятора в процессе испытаний

- не трудоемкий

- позволяет вести испытания изоляторов разъединителей без снятия ножей и не требует установки дополнительной оснастки, необходимой для проведения испытаний

- определяет не только дефектность фарфора, но и прочность связи фарфора с фланцами.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может найти применение для дефектоскопии опорно-стержневых изоляторов разъединителей и высоковольтных изоляторов другого назначения. Техническим результатом изобретения является устранение недостатков, присущих известным способам дефектоскопии фарфоровых высоковольтных изоляторов. Способ акустического контроля механического состояния высоковольтных изоляторов заключается в возбуждении ударом упругих колебаний в изоляторе, регистрации и преобразовании упругих колебаний в электрические сигналы, анализе электрических сигналов с последующим заключением о механическом состоянии изолятора. Удары наносят по верхнему фланцу и по фарфору под верхним фланцем перпендикулярно оси изолятора и под углом 45° к оси на линии перехода верхней юбки к цилиндрической основе. Регистрацию колебаний производят на нижнем фланце изолятора. О дефектности изолятора судят по нормированным отношениям времен прохождения упругих колебаний от точек удара до точки регистрации колебаний. В качестве нормирующего показателя принято наименьшее время прохождения упругих колебаний для бездефектного изолятора. В качестве дополнительного показателя дефектности принимают величину разброса нормированных отношений времени прохождения упругих колебаний при ударах с четырех сторон.

Способ акустического контроля механического состояния высоковольтных изоляторов, включающий возбуждение ударом упругих колебаний в изоляторе, регистрацию колебаний, преобразование снятых упругих колебаний в электрические сигналы и анализ сигналов с последующим заключением о механическом состоянии изолятора, отличающийся тем, что регистрацию колебаний проводят на нижнем фланце изолятора, удары наносят по верхнему фланцу и по фарфору под верхним фланцем перпендикулярно оси изолятора и под углом 45° к оси на линии перехода верхней юбки к цилиндрической основе, а о дефектности изолятора судят по нормированным отношениям времен прохождения упругих колебаний от точек удара до точки регистрации колебаний, где в качестве нормирующего показателя принято наименьшее время прохождения упругих колебаний для бездефектного изолятора, а в качестве дополнительного показателя дефектности принимают величину разброса нормированных отношений времени прохождения упругих колебаний при ударах с четырех сторон изолятора.