（国网新疆电力公司检修公司）
摘要：为了带电检测瓷支柱绝缘子的损伤情况，设计了一台在运行电压下利用振动探伤检测瓷支柱绝缘子损伤情况的测试仪器。该仪器通过发射传感器从瓷支柱底部法兰处打入振荡波，振荡波在支柱内经过反射，并被接收传感器接收此振荡波，通过分析接收到的波形，来判断瓷支柱绝缘子的损伤状况。仪器主要由STM32嵌入式微处理器控制，实现对瓷支柱绝缘子在带电状态下损伤情况的测量、波形存储和实时波形显示的功能。试验表明，系统运行稳定可靠，可满足带电检测瓷支柱损伤情况的要求，为瓷支柱振动探伤带电检测的应用提供了依据，并对带电检测支柱绝缘子无损探伤的研究具有重要的理论意义和实践价值。
关键词：支柱绝缘子，振动，带电检测、无损探伤
引言
大量运行实践证实，断路器和高压开关60-70%的故障率是由于绝缘子的破损造成的。而伴随绝缘子使用年限、外部环境、开关动作等因素使其损伤的几率增加。绝缘子的断裂是一种突发现象，但它的发生既有绝缘子本身的原因，又有运行过程中外部因素的影响。从现场探测结果看，所有管母支柱绝缘子缺陷一般都发生在下节，而刀闸支柱绝缘子均发生在上节，这说明支柱绝缘子在运行和操作中受伤是产生缺陷和断裂的主要原因。绝缘子中有裂纹出现，会导致其危险截面发生变化进而导致截面惯性力矩发生改变（机械强度发生变化），这些最终会导致绝缘子固有频率发生变化。而这些变化无法在带电运行状态下进行检测，从而发生电力设备故障，造成巨大的经济损失，不利于电网安全、稳定的运行。介于此，研究了一套利用振动声学原理来检测瓷柱绝缘子刚性强度及机械性能的装置。既能准确检测瓷支柱的损伤状况，又能避免因未及时发现绝缘子断裂引发电力事故的发生，提高了工作效率，降低了运营成本。
1 硬件部分
该检测仪采用模块化设计结构，主要由控制系统模块、传感器模块、数模转换模块、无线通讯模块四部分构成。
1.1 控制系统模块
控制器单元主要由STM32芯片作为本装置的核心部件，根据此部件设计出本装置的微处理器的外围基本电路，如图1所示。此控制器外围基本电路由5伏电压供电，同时挂有晶振模块，保证了处理器的稳定启动及运行，同时预设无线接口、数模转换和总线传输等多个接口，并通过多个接口完成对数据的处理、传输及数据显示等功能，满足本装置的测试要求。
图1 控制器单元外围基本电路
1.2 传感器模块
传感器是整个装置的基础模块，主要由发射探针和接收探针传感器组成。测试时，装置的两个探针同时顶在瓷支柱的底部法兰处，用力压探针时，振动传感器发射探针内部有电压碟片，受到挤压时，电压碟片触发通过探针向瓷支柱内打入一系列振荡波信号，该振荡波信号在瓷支柱发生反射贯穿整根瓷支柱，最终反射回法兰处，由振动传感器接收探针接收反射回来的振荡波信号，从而完成对数据的接收及采集过程，装置的振动传感器及基本电路具体如图2所示。
图2 装置振动传感器探针及基本电路
1.3 数模转换模块
数模转换模块由ADS8344芯片完成，根据此芯片设计出A/D转换模块基本电路如图3所示。振动传感器接收探针接收到的信号为模拟信号，无法直观的反应出设备的状况。必须将接收到的模拟信号传送到模数转换模块中，通过图3的变换将模拟量转化为数字量，从而更直观的发现设备的异常状况。
图3 模数转换基本电路图
1.4 无线传输模块
无线传输模块主要由CC2530芯片完成，根据此芯片设计出基本电路如图4所示。此模块将控制器处理完的数据通过无线传输打包发送出去，由上位机的无线接收模块接收数据并进行显示。
图4 无线传输模块基本电路图
2 软件部分
2.1 嵌入式系统设计
本系统主要由按键功能处理、A/D采集、数据显示、数据存储和下位机通信等模块组成。键功能是对系统的“开始”、“停止”、“复位”以及相应参数的设定；A/D数模转换模块用于将传感器采集的电压信号转换为数字信号通过无线传输模块送到微处理器进行分析；数据处理是将采集的电压值、微处理器处理分析的数据进行SD卡存储；下位机通信实现下位机对系统的控制，并将采集的数据在液晶屏上实时显示。整个系统程序运行稳定可靠、结构简单。主程序流程图如图5。
图5 主程序流程图
3 数据分析
仪器调试完毕，进入现场测试，并对几个变电站的支柱绝缘子进行带电探伤，并对其数据进行分析如下。
3.1 状态良好绝缘子
通过测试发现状态良好瓷支柱绝缘子，其都有在频率4500HZ（国内绝缘子频率范围在3KHZ-6KHZ之间）区域的单峰值的振动功率谱密度。如图6所示。
图6 状态良好瓷支柱绝缘子波形图
3.2 不良状态的绝缘子
在测试过程中发现有损伤的瓷支柱绝缘子，其在振动功率谱密度图上，除了频率4500HZ （国内绝缘子频率范围在3KHZ-6KHZ之间）的基本（决定性的）峰外，还有在8000-10000HZ频率区域的峰值。如图7所示。
图7 不良状态瓷支柱绝缘子波形图
由图6和图7中波形可以看出，此装置利用振动声学原理可以带电检测瓷支柱绝缘子的损伤状态，并通过波形直观的反应出其是否受损，符合现场检测的要求，并且系统运行可靠，满足带电检测支柱绝缘子损伤状况的要求。
4 结论
该仪器可以带电检测瓷支柱绝缘子损伤状况，解决了瓷支柱检测必须停电检测的难题。
运行经验及研究结果表明， 虽然带电检测支柱绝缘子振动探伤仪为现场测试带来了很多便利，但是其不能实时的监测瓷支柱的损伤状况，需要后期进一步研究出可以在线和离线两用的设备，从而更好的检测瓷支柱的机械性能和损伤状况。
参考文献
[1]赵亮,侯国锐编著.《单片机C语言编程与实例》.人民邮电出版社,2003
[2]张华, 吴欣, 王大星. 基于ARM7的SD卡读写控制在数据采集系统中的应用[J]. 电子技术应用, 2009(7): 38-41.
论文作者:党园,马众,黄志强,石海珍
论文发表刊物:《电力设备》2016年第17期
论文发表时间:2016/11/9
标签：绝缘子论文; 支柱论文; 模块论文; 损伤论文; 探针论文; 传感器论文; 波形论文; 《电力设备》2016年第17期论文;