一种GIS盆式绝缘子次表面热应力超声检测系统的制作方法

一种gis盆式绝缘子次表面热应力超声检测系统
技术领域
1.本实用新型涉及输变电绝缘设备领域，尤其涉及一种gis盆式绝缘子次表面热应力超声检测系统。


背景技术：

2.物体温度变化时，其体积会产生改变的趋势，但物体受外在约束及其自身各材料分子之间的相互约束，这种体积改变趋势不能自由发生而引发的应力，称之为热应力，又称为温度应力。
3.盆式绝缘子是气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosedswitchgear，简称gis)中的重要绝缘部件，起到支撑、绝缘和隔离气室的重要作用。盆式绝缘子环氧材料应力分布不均匀，运行时在电场、机械荷载和温度等综合作用下容易应力集中产生微裂纹，严重时导致漏气、局部放电、绝缘闪络和烧蚀等故障。近年来，因盆式绝缘子力学性能欠佳造成破裂故障时有发生，严重威胁电网安全可靠运行。
4.盆式绝缘子除了在制造过程中，因浇注工艺质量控制不理想而产生较大残余应力、安装运输过程中受到装配应力作用外，在长期带电运行过程中，不同导体电流对应不同温度分布，当温度变化较大时，盆式绝缘子固体绝缘材料由于法兰约束以及内部各材料分子之间的相互约束，导致其不能完全自由胀缩而产生较大热应力，也是盆式绝缘子机械性能劣化的原因之一，对盆式绝缘子安全可靠运行产生威胁，因此，对盆式绝缘子的热应力进行检测对保障电网安全运行起着至关重要的作用。
5.目前，针对盆式绝缘子的热应力，大多采用有限元仿真分析来研究盆式绝缘子温度场的应力应变分布情况，尚未有检测系统用以有效检测盆式绝缘子温度场的热应力值。


技术实现要素：

6.超声波法因具有检测速度快、对人体无害、成本低、便于携带、检测深度范围大等优点而成为了一种很重要的无损检测手段。基于声弹性效应理论基础，超声无损检测技术在盆式绝缘子应力无损检测方面具有较大发展潜力。
7.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种gis盆式绝缘子次表面热应力超声检测系统，可用于gis盆式绝缘子次表面热应力值的无损检测。
8.本实用新型提供一种gis盆式绝缘子次表面热应力超声检测系统，具体包括：
9.发射纵波的超声纵波可变角度探头、接收纵波的可变角度超声探头、探头连接线、信号传输线、超声脉冲发射接收仪、示波器、测温仪、加热装置、超声传播距离固定装置；
10.所述探头连接线的一端与所述发射纵波的可变角度超声探头连接，另一端与所述超声脉冲发生接收仪的输出端连接；另一个探头连接线的一端与所述接收纵波的可变角度超声探头连接，另一端与所述超声脉冲发生接收仪的接收端连接；所述信号传输线的一端与所述超声脉冲发生接收仪的同步端连接，另一端与所述示波器连接；所述加热装置与所述盆式绝缘子连接；所述超声传播距离固定装置用于固定所述超声传播距离；
11.所述测温仪用于测量所述gis盆式绝缘子的温度；
12.所述加热装置设置在所述盆式绝缘子上，用于向所述盆式绝缘子施加温度载荷；
13.所述超声传播距离固定装置夹放在所述发射纵波的超声纵波可变角度探头和所述接收纵波的可变角度超声探头之间，用于固定两个超声探头之间的距离。
14.优选地，还包括计算机，用于获取所述测温仪测得的数据和所述示波器的波形信息，并进行数据处理和热应力分布分析。
15.优选地，所述加热装置包括加热带和中心导体；所述加热带缠绕在所述中心导体上，所述中心导体通过螺栓固定在所述盆式绝缘子顶端。
16.更进一步地，所述加热带上设置有温度传感器和数字显示仪。
17.更进一步地，所述加热装置上设置有隔热罩。
18.更进一步地，所述加热带材质为硅胶。
19.优选地，所述超声传播距离固定装置为与所述盆式绝缘子材料相同的垫片。
20.更进一步地，所述垫片为两组，厚度分别为5mm、10mm；
21.所述垫片以厚度方向夹在所述发射纵波的超声纵波可变角度探头和所述接收纵波的可变角度超声探头之间，用于固定两个可变角超声纵波探头之间的距离。
22.更进一步地，所述超声纵波可变角探头为一对频率为2.5mhz的长方体型可变角探头，入射角度调节范围0～90
°
，声轴(声波传播方向的轴线)偏移≤2
°
，探头尺寸长16mm、宽10mm；
23.所述超声脉冲发射接收仪为数字式脉冲发生接收器；
24.所述示波器用于对超声波形进行采集和分析，采样率为500ms/s，采样周期为2ns，带宽20mhz，示波器频带宽度为20mhz，测量精度最小为0.1ns。
25.更进一步地，所述测温仪为红外测温仪，测量范围为-50～1150℃，在0～ 100℃范围内测量精度为2℃，分辨率为0.1℃，重复性为
±
1％，物距比为 20:1。
26.从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下有点：
27.本实用新型提供了一种gis盆式绝缘子次表面热应力超声检测系统，包括发射纵波的超声纵波可变角度探头、接收纵波的可变角度超声探头、探头连接线、信号传输线、超声脉冲发射接收仪、示波器、测温仪、加热装置、超声传播距离固定装置；
28.所述探头连接线的一端与所述发射纵波的可变角度超声探头连接，另一端与所述超声脉冲发生接收仪的输出端连接；另一个探头连接线的一端与所述接收纵波的可变角度超声探头连接，另一端与所述超声脉冲发生接收仪的接收端连接；所述信号传输线的一端与所述超声脉冲发生接收仪的同步端连接，另一端与所述示波器连接；
29.所述测温仪用于测量所述gis盆式绝缘子的温度；
30.所述加热装置设置在所述盆式绝缘子上，用于向所述盆式绝缘子施加温度载荷；
31.所述超声传播距离固定装置夹放在所述发射纵波的超声纵波可变角度探头和所述接收纵波的可变角度超声探头之间，用于固定两个超声探头之间的距离。
32.应用本实用新型提供的检测系统可以用于检测并获取gis盆式绝缘子次表面热应力和热应力分布情况，同时，本实用新型提供的超声传播距离固定装置，便于改变和固定超声传播距离，为提高检测精度提供了便利条件。
附图说明
33.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
34.图1为本实用新型具体实施方式提供的一种gis盆式绝缘子次表面热应力超声临界折射纵波检测系统示意图；
35.图2为本实用新型具体实施方式提供的固定超声传播距离的系统示意图；
36.附图标记：发射纵波的超声纵波可变角度探头1，接收纵波的可变角度超声探头2，探头连接线3，信号传输线4，超声脉冲发射接收仪5，示波器6，测温仪7，加热装置8，温度传感器81，数字显示仪82，加热带83，中心导体9，隔热罩10，垫片11，计算机12。
具体实施方式
37.为使得本实用新型的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
38.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
39.除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
40.本实用新型实施例提供了一种gis盆式绝缘子次表面热应力超声检测系统，具体请参阅图1至图2。
41.本实施例中的一种gis盆式绝缘子次表面热应力超声检测系统，具体包括：
42.发射纵波的超声纵波可变角度探头1、接收纵波的可变角度超声探头2、探头连接线3、信号传输线4、超声脉冲发射接收仪5、示波器6、测温仪7、加热装置8、垫片11；
43.所述探头连接线3的一端与所述发射纵波的可变角度超声探头1连接，另一端与所述超声脉冲发生接收仪2的输出端连接；另一个探头连接线3的一端与所述接收纵波的可变角度超声探头2连接，另一端与所述超声脉冲发生接收仪5的接收端连接；所述信号传输线4的一端与所述超声脉冲发生接收仪5的同步端连接，另一端与所述示波器6连接；
44.所述测温仪7用于测量所述gis盆式绝缘子的温度；
45.所述加热装置8设置在所述盆式绝缘子上，用于向所述盆式绝缘子施加温度载荷；
46.所述超声传播距离固定装置8夹放在所述发射纵波的超声纵波可变角度探头1和所述接收纵波的可变角度超声探头2之间，用于固定两个超声探头之间的距离。
47.优选地，还包括计算机12，通过数据传输，可将所述测温仪测得的数据和所述示波器的波形信息导入所述计算机12，用于所述超声临界折射纵波数据处理和热应力分布分析。
48.优选地，所述加热装置8包括加热带83和中心导体9；所述加热带83 缠绕在所述中心导体9上，所述中心导体9通过螺栓固定在所述盆式绝缘子顶端。
49.所述加热装置8通过加热所述中心导体9向所述盆式绝缘子施加温度载荷。
50.优选地，所述加热带83上设置有温度传感器81和数字显示仪82，加热温度可控，实时监测物体温度。
51.更优选地，所述加热带83为硅胶材质，便于缠绕并贴合在所述中心导体 9的外表面，导热效果较好。
52.所述加热装置8上设置有隔热罩10，所述隔热罩10用于当所述加热装置 8加热所述中心导体9时，放置在所述中心导体9外部，减小待测物体与空气的热流通。
53.更进一步优选地，本实施例中的所述超声传播距离固定装置为厚度为 5mm、10mm的垫片；
54.所述垫片11为与所述盆式绝缘子材料相同的环氧材料；
55.所述垫片11以厚度方向夹在所述发射纵波的超声纵波可变角度探头1和所述接收纵波的可变角度超声探头2之间，用于固定两个可变角超声纵波探头之间的距离；
56.改变所述垫片11厚度，可改变两个可变角超声纵波探头之间的距离，所述超声传播距离随之改变；
57.固定超声传播距离，可以减小探头耦合剂等带来的超声传播距离测量误差，提高测量精度。
58.更进一步优选地，所述发射纵波的超声纵波可变角度探头1和所述接收纵波的可变角度超声探头2为频率为2.5mhz的长方体型可变角探头，入射角度调节范围0～90
°
，声轴偏移≤2
°
，声轴即声波传播方向的轴线，探头尺寸长 16mm、宽10mm；
59.更进一步优选地，所述超声脉冲发射接收仪5为数字式脉冲发生接收器，通过发射和接收超声波来测量盆式绝缘子每次温度载荷施加后的各检测点的超声传播时间；
60.更进一步优选地，所述示波器6，用于对超声波形进行采集和分析，采样率为500ms/s，采样周期为2ns，带宽20mhz，示波器频带宽度为20mhz，测量精度最小为0.1ns；
61.更进一步优选地，所述测温仪7为红外测温仪，测量范围为-50～1150℃，在0～100℃范围内测量精度为2℃，分辨率为0.1℃，重复性为
±
1％，物距比为20:1，该测温仪体积较小，可抗干扰且易于操作，能快速读取被测物体温度。
62.以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。