Способ акустического контроля фарфоровых опорно-стержневых изоляторов и устройство для его осуществления

Способ акустического контроля фарфоровых опорно-стержневых изоляторов и устройство для его осуществления

Реферат

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для контроля состояния высоковольтных фарфоровых опорно-стержневых изоляторов.

Надежность фарфоровых опорно-стержневых изоляторов до настоящего времени остается недостаточной. Их разрушение приводит к авариям. При этом возможны случаи травматизма и человеческих жертв. Поэтому контроль технического состояния таких изоляторов как перед пуском в эксплуатацию, так и в процессе эксплуатации является чрезвычайно важной задачей.

Надежность изолятора определяется качеством его фарфорового тела и прочностью связи фарфорового тела с фланцами.

Известен и рекомендован к применению прибор акустико-эмиссионного контроля ПАК-3М [1], разработанный ВНИИ электроэнергетики (г. Москва). Принцип действия прибора основан на регистрации сигналов акустической эмиссии, возникающих при появлении микротрещин в теле изолятора при его механическом нагружении (см. прибор акустико-эмиссионного контроля ПАК-3М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации).

Этот метод отличается большой трудоемкостью. Согласно требованиям ТБ необходимо на рамы разъединителей сначала установить подмостки, изоляторы необходимо привязать к временно прикрепленным к раме деревянным стойкам для предупреждения их падения в случае излома при испытании, перед началом испытаний нужно собрать нагружающее устройство и закрепить его на верхних фланцах двух соседних испытываемых изоляторов. Установить на обоих изоляторах датчики для приема сигналов акустической эмиссии, используя резиновые амортизаторы и густую смазку для создания акустического контакта.

Возникновение сигналов акустической эмиссии по мере увеличения нагрузки на изолятор обусловлено развитием зародышевых дефектов (скачкообразным подрастанием микротрещин), имеющихся в фарфоре, что, безусловно, ухудшает качество изолятора, уменьшает его прочность.

Известен способ контроля дефектности изделия [2] (авт. свид. №2111485 от 27.07.94 г.), по которому ударом возбуждают колебания изделия в одной точке, принимают собственные колебания в двух различных точках, определяют их амплитуды, а о дефектности изделия судят по отношению амплитуд колебаний в этих двух точках.

Недостаток способа состоит в том, что суждение о качестве только по отношению амплитуд двух сигналов недостаточно надежно и достоверно и может привести к ошибочным выводам. Обе амплитуды могут оказаться пониженными вследствие наличия дефектов или, наоборот, повышенными вследствие приема не только основного сигнала, но и отраженного от дефекта, например трещины. В то же время их отношение будет свидетельствовать о годности изолятора.

Другой недостаток способа, так же как и недостаток способа контроля с помощью прибора ПАК-ЗМ, состоит в том, что оба они не контролируют прочность связи фарфорового тела изолятора с его фланцами.

Известен способ определения дефектности изделий [3] (авт. свидет. №1167492 от 12.01.83), по которому ударами в разных зонах контролируемого изделия последовательно возбуждают упругие колебания, определяют колебания с максимальной амплитудой и по огибающей амплитуды этого колебания устанавливают наличие дефекта в изделии.

Этот способ наиболее близок к предлагаемому и принят за прототип. Существенный его недостаток в том, что оценка качества изделия только по величине амплитуды колебаний недостаточна надежна, как это описано выше применительно к способу [2].

Для преодоления указанных недостатков нами предлагается способ контроля состояния фарфоровых опорно-стержневых изоляторов, включающий дозированное ударное возбуждение в изоляторе колебаний в нескольких точках, их прием и определение спектров, отличающийся тем, что колебания возбуждают в точках, расположенных как на фарфоровом теле, так и на чугунных фланцах изолятора, рассчитывают произведения спектров, полученных при ударах в разных точках, а о степени дефектности изолятора судят по количеству пиков, превышающих заданный контрольный уровень в произведениях спектров в обследованных точках.

Для диагностики состояния не только фарфорового тела, но и прочности его связи с фланцами удары наносят по верхнему фланцу, по фарфору под верхним фланцем, по нижнему фланцу и по фарфору над нижним фланцем. В каждой обследуемой точке наносят несколько ударов, из которых выбирают оптимальный по характеристикам.

В годных изоляторах спектры, полученные после ударов в разных точках, мало отличаются друг от друга и число пиков в произведениях спектров, превышающих контрольный уровень, мало. Наличие же дефектов в теле изолятора и плохая связь тела с фланцами приводит к сдвигу спектров, появлению дополнительных частот и соответственно резкому увеличению числа пиков в произведениях спектров, превышающих контрольный уровень.

Дополнение этих данных определением затухания колебаний и отношения их максимальных амплитуд в низкочастотной, среднечастотной (на основной собственной частоте колебаний изолятора) и высокочастотной областях спектра позволяет повысить достоверность контроля и дает возможность определить местоположение дефектов.

Известен ряд устройств для контроля изделий методом свободных колебаний (Глаговский П.А., Московенко И.Б. Низкочастотные акустические методы в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1977).

Для возбуждения колебаний используют в основном механические или пьезоэлектрические ударники. Разброс амплитуд при этом может достигать 10-15%. Сам удар может оказаться неудачным. Для устранения этих недостатков в предлагаемое устройство введен блок выбора оптимального сигнала (по величине амплитуды сигнала и его затухания) из нескольких, полученных в обследуемой точке. Этот сигнал и используется при дальнейшем анализе.

В качестве приемника сигналов в существующих устройствах используют пьезоэлектрические приемники либо микрофоны. Первые имеют резко нелинейную амплитудно-частотную характеристику и обладают собственными резонансными частотами, что может исказить результаты, если они близки к собственным частотам колебаний изолятора. Микрофон как приемник при испытаниях изоляторов, смонтированных на распределительных устройствах в полевых условиях, вообще неприменим.

Для устранения указанных недостатков предлагаемое устройство снабжено для приема сигналов датчиком скорости с линейной зависимостью выходного сигнала от частоты, не имеющим собственных резонансных частот во всем рабочем диапазоне.

Для обработки сигналов, расчета параметров и оценки качества изоляторов предлагаемое устройство снабжено блоком обработки информации и диагностики.

Блок-схема прибора представлена на чертеже. Здесь 1 - ударник, 2 - обследуемый изолятор, 3 - датчик скорости, 4 - усилитель, 5 - фильтр, 6 - блок контроля качества сигнала, 7 - анализатор спектра, 8 - блок энергонезависимой долговременной памяти, 9 - блок обработки информации и диагностики.

Устройство работает следующим образом. При нанесении ударником 1 удара по испытываемому изолятору 2 в нем возникают механические колебания, которые воспринимаются и преобразуются в электрические сигналы датчиком скорости 3. Сигнал усиливается усилителем 4 и фильтруется фильтром 5. В каждой обследуемой точке изолятора наносится несколько ударов, из сигналов от которых блок 6 контроля качества сигнала выбирает оптимальный по уровню и минимальному затуханию сигнал для дальнейшей обработки. Выбранные блоком 6 сигналы от обследуемых точек поступают в анализатор спектра 7 на основе алгоритма быстрого преобразования Фурье.

Спектры сигналов поступают в блоки долговременной памяти 8 и обработки информации диагностики 9. В последнем рассчитываются произведения спектров, полученных в разных точках изолятора, и определяется число пиков во взаимных спектрах на заданном контрольном уровне. Определяется затухание колебаний в обследованных точках и отношения их максимальных амплитуд в низкочастотной, среднечастотной (на основной собственной частоте колебаний изолятора) и высокочастотной областях спектра. На основе всех указанных расчетных и экспериментальных данных блок диагностики выдает заключение о качестве изолятора.

Таким образом, применение предлагаемого способа акустического контроля высоковольтных фарфоровых опорно-стержневых изоляторов и устройство для его осуществления повышает надежность и достоверность диагностики и позволяет определить не только качество фарфорового тела изолятора, но и прочность его связи с фланцами.

Пример

Для реализации предлагаемого способа акустического контроля изоляторов было собрано устройство в соответствии со схемой на чертеже. Испытания проводили на изоляторах типа ОНС-110/300 Славянского завода высоковольтных изоляторов, снятых с открытого распределительного устройства после эксплуатации. Для испытания изоляторы устанавливали вертикально на твердом основании (бетонный пол). Датчик скорости, выполненный с точечным контактом, устанавливали с помощью прижима на среднюю (9-ю) юбку изолятора. Удары наносили по верхнему и нижнему фланцам и по телу изолятора между верхним фланцем и верхней юбкой и между нижним фланцем и нижней юбкой. Удары наносили механическим ударником с дозированным ударом. В каждой обследуемой точке наносили по три удара, из которых устройство для дальнейшей обработки выбирало один оптимальный.

Всего было обследовано 8 изоляторов. Данные обследования с численными значениями контролируемых параметров представлены в таблице.

Табл.
№№ изоляторов	1	2	3	4	5	6	7	8
Число пиков на контрольном уровне	7	3	11	8	16	4	6	24
	7	3	8	7	47	9	10	20
	9	6	5	3	29	12	6	45
Затухание основной частоты собственных колебаний	3,6	5,7	11,0	4,1	32,7	2,9	2,7	17,3
	3,2	5,4	5,9	2,0	24,0	2,2	2,4	19,7
	5,5	4,9	7,6	2,6	44,2	2,8	3,4	28,1
	6,0	5,2	5,5	2,9	35,0	3,6	2,8	42,4
Отношения максимальных амплитуд колебаний	1,0	1,2	1,0	0,8	1,3	1,1	0,9	1,4
	1,1	1,2	1,3	1,0	1,6	1,4	1,2	8,6
	1,0	1,2	1,3	1,3	2,8	1,2	1,3	1,6

По приведенным данным, изоляторы №№1,2,3,4,6,7 оказались пригодны к эксплуатации, а №№5 и 8 забракованы. Из приведенных данных следует, что в изоляторе №5 имеется дефект, а у изолятора №8 - плохая связь фарфора с нижним фланцем. Действительно, при осмотре в изоляторе №5 обнаружена трещина под нижней юбкой, а у изолятора №8 - частичное отслоение и выкрашивание связки нижнего фланца с фарфором

1. Способ акустического контроля фарфоровых опорно-стержневых изоляторов, включающий дозированное ударное возбуждение в изоляторе колебаний, прием собственных колебаний и определение спектра колебаний, отличающийся тем, что колебания возбуждают в нескольких точках, расположенных как на фарфоровом теле, так и на фланцах изолятора, рассчитывают произведения спектров, полученных от ударов в разных точках, а о степени дефектности изолятора судят по количеству пиков, превышающих заданный контрольный уровень, в произведениях спектров в обследованных точках.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно определяют затухание колебаний в обследованных точках и отношения их максимальных амплитуд в низкочастотной, среднечастотной (на основной собственной частоте колебаний изолятора) и высокочастотной областях спектра.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что удары наносят по верхнему фланцу, по фарфору под верхним фланцем, по фарфору над нижним фланцем и по нижнему фланцу, а приемник сигналов располагают на одной из средних юбок изолятора.

4. Устройство акустического контроля фарфоровых опорно-стержневых изоляторов, содержащее ударник для возбуждения свободных механических колебаний, усилитель, фильтр, анализатор спектра, отличающееся тем, что в качестве приемника механических колебаний используется датчик скорости с линейной зависимостью выходного сигнала от частоты колебаний, который выполнен с возможностью преобразования механических колебаний в электрические сигналы, передающиеся последовательно через усилитель и фильтр в блок контроля качества, выполненный с возможностью выбора и передачи оптимального по уровню и минимального по затуханию сигнала в анализатор спектра, связанный с блоком долговременной памяти и блоком обработки информации и диагностики для расчета произведения спектров, полученных в разных точках изолятора.