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专利名称：瓷支柱绝缘子的缺陷检测方法
技术领域：
本发明属于瓷支柱绝缘子检测技术领域，尤其是一种瓷支柱绝缘子的缺陷检测方 法。
背景技术：
瓷支柱绝缘子是电力传输网中的重要设备，起着支撑导线和绝缘作用。由于瓷支 柱绝缘子在户外要承受运行中的机械负荷、风吹日晒、冰冻雨雪等恶劣工作环境，使得瓷支 柱绝缘子会形成一些微小缺陷并导致瓷支柱绝缘子的损坏，经常会出现因为瓷支柱绝缘子 断裂而发生的事故。瓷支柱绝缘子断裂不仅可能造成严重的电网事故，影响安全供电，还会 对运行及检修人员的人身安全构成威胁，成为电力传输网安全运行的一大隐患。为了确保 瓷支柱绝缘子的安全可靠运行，对瓷支柱绝缘子的缺陷检测是保证电力传输网正常运行的 必要工作。目前，对瓷支柱绝缘子的检测方法普遍采用超声波探伤检测方法进行，该方法存 在的问题是(1)超声波检测方法不能对处于工作状态的瓷支柱绝缘子进行带电检测，必 须要停电后才能进行，从而影响了电力传输网的正常运行；(2)超声波检测方法虽然可以 对瓷支柱绝缘子的近表面缺陷有一定的检测能力，但对瓷支柱绝缘子内部缺陷无法检出， 不能一次性对被检测的瓷支柱绝缘子做出全面评价；而且，超声波检测方法所使用的传感 器体积偏大，导致瓷支柱绝缘子的某些部位无法放置探头，不能实现对其所有位置的检测 功能；(3)超声波检测方法的检测过程复杂，并需要很强的专业水平的人员才能使用，更不 能对在变电站内运行的瓷支柱绝缘子做批量快速检测，因此，检测过程需要消耗大量的人 力物力。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种瓷支柱绝缘子的缺陷检测方 法，该检测方法通过在瓷支柱绝缘子上施加振动载荷并对瓷支柱绝缘子的振动频率进行检 测以实现对瓷支柱绝缘子的完整检测功能，解决不能带电检测的问题，通过振动频谱图的 形式直观且有效地反映检测结果，节约了大量的人力物力。本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的一种瓷支柱绝缘子的缺陷检测方法，包括以下步骤(1)产生振动载荷并向瓷支柱绝缘子下部法兰施加该振动载荷，从而激发瓷支柱 绝缘子纵向振动；(2)采集瓷支柱绝缘子的振动频率并对该振动频率进行数字化处理后生成数字音 频信号；(3)对瓷支柱绝缘子的数字音频信号进行频谱分析，当瓷支柱绝缘子的固有频率 范围外出现波峰时，则判断该瓷支柱绝缘子存在缺陷。而且，在步骤(1)中，产生振动载荷的方法包括以下步骤
(1)由单片机或信号发声装置产生频宽为IOKhz的振动信号；(2)由带通滤波器对上述振动信号进行滤波后产生正弦波信号；(3)由功率放大器将正弦波信号放大并传送给振动激发器，由振动激发器产生频 宽为IOKhz的振动载荷。而且，在步骤(1)中，振动信号的频率范围为IKhz IOKhz ；在步骤(3)中，振动 载荷的频率范围为IKhz IOKhz。而且，所述的振动激发器向瓷支柱绝缘子下部施加振动载荷采用扫描频率的振动 方式，或采用随机频率的振动方式。而且，所述的振动激发器采用磁致伸缩振动激发器、电动激发器或压电型振动激 发器。而且，在步骤(2)中，采集瓷支柱绝缘子的振动频率是采用加速度传感器进行的。而且，所述采集瓷支柱绝缘子的振动频率为瓷支柱绝缘子的自由振荡频率，或者 为瓷支柱绝缘子的谐振频率。而且，在步骤(3)中，对瓷支柱绝缘子的数字音频信号进行频谱分析包括对数字 音频信号进行傅里叶变换的步骤和生成振动频率图的步骤。而且，在步骤(3)中，固有频率范围外出现波峰的判断方法为在固有频率范围外 出现的峰值高于固有频率范围内的正常峰值的30%时，则认为在固有频率范围之外出现波 峰。而且，所述的瓷支柱绝缘子的固有频率范围为4Khz 5Khz，在振动频谱图上的 IKhz 3Khz频率范围出现波峰时，判断该瓷支柱绝缘子的下部法兰有缺陷，在振动频谱图 上的SKhz IOKhz频率范围出现波峰时，判断该瓷支柱绝缘子的上部法兰区域有缺陷，对 于其他频率范围出现波峰时，则需要进一步测试判断。本发明的优点和积极效果是1、本检测方法通过在瓷支柱绝缘子施加振动载荷并通过检测瓷支柱绝缘子自由 振荡频率或支柱绝缘子振动的谐振频率，按照产生的瓷支柱绝缘子振动频谱来评价瓷支 柱绝缘子的刚性强度，实现快速、准确的检测功能，不仅能够检测出瓷支柱绝缘子的外部损 伤，也可以检测出其内部出现的损伤，还可以检测出其损伤程度及损伤位置。2、本检测方法能够在带电情况下一次性对瓷支柱绝缘子的表面缺陷及内部缺陷 对被检瓷支柱绝缘子做出全面评价，在检测过程中，不影响正常的供电功能，提高了检测能 力和检测效率。3、本检测方法将瓷支柱绝缘子的振动频率以频谱图的形式显示出来，其检测方法 简单、直观、方便，降低了检测强度，节约了人力物力。4、本发明通过在瓷支柱绝缘子施加振动载荷对瓷支柱绝缘子刚性强度进行检测 实现瓷支柱绝缘子的缺陷检测功能，实现了带电检测功能，同时具有快速、准确、使用方便 等特点，提高了检测能力和检测效率。


图1是本发明的处理流程示意图；图2是本发明所使用的探伤仪结构示意图3是探伤仪的使用状态图；图4是110KV瓷支柱绝缘子的振动频谱图(状态良好)；图5是220KV瓷支柱绝缘子的振动频谱图(状态良好)；图6是220KV瓷支柱绝缘子的振动频谱图(绝缘子下端有裂纹)；图7是220KV瓷支柱绝缘子的振动频谱图(绝缘子上端有裂纹)；图8是110KV瓷支柱绝缘子的振动频谱图(在下部法兰区域有缺陷)；图9是110KV瓷支柱绝缘子的振动频谱图(在上部法兰区域有裂纹)。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例做进一步详述一种瓷支柱绝缘子的缺陷检测方法，如图1所示，包括以下步骤1、产生振动载荷并向瓷支柱绝缘子下部法兰施加该振动载荷，从而激发瓷支柱绝 缘子纵向振动。本步骤的具体过程为首先由单片机或信号发声装置产生频率范围为IKhz IOKhz的振动信号，该振动信号涵盖了瓷支柱绝缘子的全部频率范围；然后由带通滤波器 对上述振动信号进行滤波处理产生谐波分量较小的正弦波信号；再经功率放大器将正弦波 信号放大后产生不低于2W、30V的功率幅值并输送给振动激发器，由振动激发器产生频率 范围为IKhz IOKhz的振动载荷，最后将振动激发器产生的振动载荷加载给瓷支柱绝缘 子，从而激发瓷支柱绝缘子产生纵向振动。通过振动激发器向瓷支柱绝缘子下部施加振动 载荷既可以采用扫描频率的振动方式，也可以采用随机频率的振动方式。振动激发器可以采用多种类型的激发器，例如磁致伸缩振动激发器、电动激发器 和压电型振动激发器，在本实施例中我们选择的振动激发器是压电型的振动激发器，该振 动激发器由陶瓷片与铜片组合构成，其产生的振动载荷经发射探针施加到被测瓷支柱绝缘 子上。2、采集瓷支柱绝缘子的振动频率并对该振动频率进行数字化处理后生成数字音 频信号。采集瓷支柱绝缘子的振动频率的具体过程为使用压电式加速度传感器采集瓷 支柱绝缘子的振动频率，该压电式加速度传感器有足够高的灵敏度和IOKhz频率的响应范 围；然后使用信号放大器对该振动频率进行放大和数字化处理得到数字音频信号并保存， 从而获得瓷支柱绝缘子对频率为IKhz IOKhz振动载荷的反应信息。采集瓷支柱绝缘子的振动频率可以是瓷支柱绝缘子的自由振荡频率，也可以是瓷 支柱绝缘子的谐振频率。3、对瓷支柱绝缘子的数字音频信号进行频谱分析，当瓷支柱绝缘子的固有频率范 围外出现波峰时，则判断该瓷支柱绝缘子存在缺陷。本步骤的具体处理过程为安装有频谱分析软件的PC机对数字音频信号进行傅 里叶变换，并以振动频率波形图的形式显示出来。如果振动频谱图中的波峰值只出现在瓷 支柱绝缘子的固有频率(4Khz 5Khz)内时，说明瓷支柱绝缘子符合固有的品质特性，即判 断瓷支柱绝缘子状态正常，如图4及图5所示；瓷支柱绝缘子的固有频率范围外出现波峰有 两种情况在振动频谱图上的IKhz 3Khz频率范围出现波峰时，说明瓷支柱绝缘子已经不符合固有的品质特性，根据统计分析判断该瓷支柱绝缘子的下部法兰有缺陷(裂纹)，如图 6、图8所示；在振动频谱图上的SKhz IOKhz频率范围出现波峰时，说明瓷支柱绝缘子已 经不符合固有的品质特性，根据统计分析判断该瓷支柱绝缘子的上部法兰区域有缺陷(裂 纹)，如图7、图9所示。在固有频率范围外出现波峰的判断方法从振动频谱图中可以看出，在IKhz 3Khz区域或8Khz IOKhz区域时，出现峰值高于固有频率内的正常峰值的30%时，则认为 在固有频率范围之外出现波峰，即出现绝缘子振动固有频率的副振动，而对于其他频率范 围出现波峰时，则需要进一步测试判断。本检测方法的原理是瓷支柱绝缘子都具有固有的品质特性，好的瓷支柱绝缘子 与存在裂纹或缺陷的瓷支柱绝缘子其品质特性不同，因而通过测试瓷支柱绝缘子的品质 特性可判断其好坏。瓷支柱绝缘子的固有频率在4. 5Khz附近，在其附近的固有频率范围 (4Khz 5Khz)内出现波峰情况是正常的瓷支柱绝缘子，这是瓷支柱绝缘子的强度振幅与 频率保持一致的特性，如果存在高于和低于瓷支柱绝缘子的振动固有频率的副振动，则表 明在上部或下部法兰存在缺陷。本检测方法所使用的瓷支柱绝缘子带电探伤仪，如图2所示，包括探伤仪壳体4， 在探伤仪壳体的上端面分别滑动安装有发射探针1和接收探针2，在发射探针和接收探针 上分别套装一弹簧3，该弹簧起到探针与探伤仪壳体的压紧与回弹的作用；在壳体的下端 面分别安装有USB接口 5和用于安装手柄的螺纹孔6。在探伤仪壳体内装有检测控制电路， 该检测控制电路分别与发射探针内的振动激发器及接收探针内的压电加速传感器相连接， 一方面通过单片机产生振动信号，通过带通滤波器进行滤波处理，进行信号放大及升压，控 制振动激发器产生振动载荷；另一方面通过压电式加速度传感器采集瓷支柱绝缘子的振动 频率，对该振动频率进行数字化处理后生成数字音频信号以及存储控制功能。存储在探伤 仪内的数字音频信号可以通过其USB接口传递给安装有频谱分析软件的PC机进行分析处 理。瓷支柱绝缘子带电探伤仪的使用方法，如图3所示，通过探伤仪壳体下部的螺纹 孔安装一操作手柄，将发射探针及接收探针的尖端垂直贴紧在待测瓷支柱绝缘子的下部法 兰下底面上，并保持该状态一段时间(不超过6秒钟)，即可完成检测方法的步骤1 (产生振 动载荷并向瓷支柱绝缘子下部施加该振动载荷，从而激发瓷支柱绝缘子纵向振动)和步骤 2 (采集瓷支柱绝缘子的振动频率并对该振动频率进行数字化处理后生成数字音频信号)。 然后将存储在探伤仪内的数字音频信号通过USB接口传送到安装有频谱分析软件的PC机 内，由PC机对该数字音频信号进行傅里叶变换后生成振动频谱图，通过生成的振动频谱图 即可直观地判断出该瓷支柱绝缘子是否存在缺陷，更进一步判断出缺陷出现的位置。图4 图9是在实际检测过程中得到的各种瓷支柱绝缘子的振动频谱图，其中，图 4及图5是分别状态良好的瓷支柱绝缘子的振动频谱图，从中可以看出，振动频谱图中的波 峰值仅出现在固有频率4. 5KHz附近区域。从图6的振动可以看出在2KHz附近区域出现了 波峰，这说明在绝缘子下端出现裂纹的。从图7可以看出在2KHz附近区域及SKHz附近区域 附近均出现了波峰，这说明上端绝缘子破碎了并且断裂出在下部法兰上。从图8中可以看 出不仅在固有频率范围(4Khz 5Khz)内出现了波峰，而且在IKhz 3Khz范围出现了波 峰，这说明在下部法兰区域有缺陷。从图9中可以看出不仅在固有频率范围(4Khz 5Khz)
6内出现了波峰，而且在SKhz IOKhz范围出现了波峰，这说明在上部法兰区域有缺陷。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并 不限于具体实施方式
中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出 的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
权利要求
一种瓷支柱绝缘子的缺陷检测方法，其特征在于包括以下步骤(1)产生振动载荷并向瓷支柱绝缘子下部法兰施加该振动载荷，从而激发瓷支柱绝缘子纵向振动；(2)采集瓷支柱绝缘子的振动频率并对该振动频率进行数字化处理后生成数字音频信号；(3)对瓷支柱绝缘子的数字音频信号进行频谱分析，当瓷支柱绝缘子的固有频率范围外出现波峰时，则判断该瓷支柱绝缘子存在缺陷。
2.根据权利要求1所述的瓷支柱绝缘子的缺陷检测方法，其特征在于在步骤⑴中， 产生振动载荷的方法包括以下步骤(1)由单片机或信号发声装置产生频宽为IOKhz的振动信号；(2)由带通滤波器对上述振动信号进行滤波后产生正弦波信号；(3)由功率放大器将正弦波信号放大并传送给振动激发器，由振动激发器产生频宽为 IOKhz的振动载荷。
3.根据权利要求2所述的瓷支柱绝缘子的缺陷检测方法，其特征在于在步骤(1) 中，振动信号的频率范围为IKhz IOKhz ；在步骤(3)中，振动载荷的频率范围为IKhz IOKhz。
4.根据权利要求1所述的瓷支柱绝缘子的缺陷检测方法，其特征在于所述的振动激 发器向瓷支柱绝缘子下部施加振动载荷采用扫描频率的振动方式，或采用随机频率的振动 方式。
5.根据权利要求1所述的瓷支柱绝缘子的缺陷检测方法，其特征在于所述的振动激 发器采用磁致伸缩振动激发器、电动激发器或压电型振动激发器。
6.根据权利要求1所述的瓷支柱绝缘子的缺陷检测方法，其特征在于在步骤⑵中， 采集瓷支柱绝缘子的振动频率是采用加速度传感器进行的。
7.根据权利要求1或6所述的瓷支柱绝缘子的缺陷检测方法，其特征在于所述采集 瓷支柱绝缘子的振动频率为瓷支柱绝缘子的自由振荡频率，或者为瓷支柱绝缘子的谐振频 率。
8.根据权利要求1所述的瓷支柱绝缘子的缺陷检测方法，其特征在于在步骤(3)中， 对瓷支柱绝缘子的数字音频信号进行频谱分析包括对数字音频信号进行傅里叶变换的步 骤和生成振动频率图的步骤。
9.根据权利要求1所述的瓷支柱绝缘子的缺陷检测方法，其特征在于在步骤(3)中， 固有频率范围外出现波峰的判断方法为在固有频率范围外出现的峰值高于固有频率范围 内的正常峰值的30%时，则认为在固有频率范围之外出现波峰。
10.根据权利要求1或9所述的瓷支柱绝缘子的缺陷检测方法，其特征在于所述的瓷 支柱绝缘子的固有频率范围为4Khz 5Khz，在振动频谱图上的IKhz 3Khz频率范围出现 波峰时，判断该瓷支柱绝缘子的下部法兰有缺陷，在振动频谱图上的SKhz IOKhz频率范 围出现波峰时，判断该瓷支柱绝缘子的上部法兰区域有缺陷，对于其他频率范围出现波峰 时，则需要进一步测试判断。全文摘要
本发明涉及一种瓷支柱绝缘子的缺陷检测方法，包括以下步骤(1)产生振动载荷并向瓷支柱绝缘子下部法兰施加该振动载荷，从而激发瓷支柱绝缘子纵向振动；(2)采集瓷支柱绝缘子的振动频率并对该振动频率进行数字化处理后生成数字音频信号；(3)对瓷支柱绝缘子的数字音频信号进行频谱分析，当瓷支柱绝缘子的固有频率范围外出现波峰时，则判断该瓷支柱绝缘子存在缺陷。本发明通过在瓷支柱绝缘子施加振动载荷对瓷支柱绝缘子刚性强度进行检测实现瓷支柱绝缘子的缺陷检测功能，实现了带电检测功能，同时具有快速、准确、使用方便等特点，提高了检测能力和检测效率。
文档编号G01N29/12GK101907607SQ20101022682
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者吴平, 奚健, 陈东风 申请人:天津市科远系统工程有限公司