摘 要 电力系统中的支柱瓷绝缘子起着支撑导线和绝缘作用，其健康状态关系到发电厂和变电站的安全运行。笔者对支柱式瓷绝缘子老化与发生缺陷的原因和特征进行研究，从机械、电气性能方面分析了缺陷发生的机理；然后介绍支柱瓷绝缘子当前常用的三种检测方法，红外测温，超声波探伤以及振动声学检测，阐述了三种方法各自的优劣。
关键词 支柱瓷绝缘子；振动声学；红外测温
前言
变电站电力设备中支柱瓷绝缘子起着支撑导线和绝缘的作用，支柱瓷绝缘子由于质量劣化及自然老化发生断裂等事故会严重威胁电力日常生产安全。支柱绝缘子的断裂是一种突发现象，其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，从现场探测的结果来看，支柱瓷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。但是同时从事故案例中可以发现，有部分是由于制造工艺落后，产品质量不高等内在原因引发。因此很有必要开展针对支柱瓷绝缘子的老化、破损等缺陷的有效检测方法的机理与应用研究。
目前，检测变电站支柱瓷绝缘子的方法有超声波探伤、红外检测与振动声学检测方法等。其中超声波探伤不仅要求在停电状态下进行，并且超声爬波法和纵波法检测效率极低。在爬波探伤中，由于探头制作质量差，耦合不良，法兰结合部位的沙砾等均会产生大量的干扰信号，而纵波法要求检测人员具有很高的技术水平和丰富的经验。而红外测温则存在一定的漏检率，支柱瓷绝缘子存在缺陷时并不是全部都会出现泄漏电流导致温升的情况，而且红外检测容易受到现场环境温湿度干扰导致缺陷检出率不高。振动声学探伤方法通过检测瓷支柱绝缘子固有频率，根据物体固有频率不变的特性来判断该支柱瓷绝缘子的健康状况是否发生变化。
1 支柱瓷绝缘子缺陷分析
瓷柱断裂和裂纹主要原因：一是瓷柱在制造过程中残留的内在缺陷。常规敲击等出厂检测难以检出瓷件的微小裂缝，在运行中易发展成裂纹或断裂，二是由于瓷件与两端金属附件间水泥胶装的工艺存在问题，不严格执行工艺操作和控制，程序忽略缓冲层、水泥致密性、上砂高度等措施。三是水泥的膨胀。胶合瓷件和金属附件的水泥，养护后逐渐干燥硬化。因水泥收缩，有时会在瓷件和金属附件的胶合部位产生缝隙，然而在空气中暴晒的水泥会吸收水分等，其体积和硬度增加，使瓷件缓慢地受到应力的作用。在瓷件的外侧使所使用的水泥，如发生这种膨胀，视其大小如何而挤压着内侧瓷件，这也成为瓷件产生开裂的原因。凝结的水泥是多孔质，有时会有裂缝。在寒冷地区，浸入水泥中的空隙和裂缝中的水分，由于外界气温变化而反复冰结、融解，促使水泥裂缝扩展。其结果，水泥冻结膨胀，使瓷件受到异常应力作用。金属附件收缩的应力和水泥的这种冰结膨胀的应力叠加，最終导致瓷件开裂破坏。当然，绝缘子瓷件表面受到污染，流经表面的泄漏电流，因电蚀使绝缘子金属附件产生电腐蚀，也能使其机械强度降低，导致绝缘子破坏，并且，由于金属附件的腐蚀使得水泥膨胀，也会成为瓷件破坏的原因。
从运行的角度分析，若支柱瓷绝缘子在设计上未考虑非正常力（如大风）或选用机械强度偏低，导致支柱绝缘子弯曲强度低于运行要求。或者安装时未严格按安装要求而导致结构高度偏差、轴线直线度、上下法兰平行度、上下安装孔角度偏移等指标超标，或使绝缘子异常受力（如引线过紧或过长、刀闸调整不当），等等也是造成支柱瓷绝缘子发生破裂等缺陷的原因。
绝缘子在遭受雷击等异常电压或由污秽引起的闪络等，产生工频大电弧，使绝缘体表面发生高低温骤变，也会损坏绝缘体。已设计变电站所处的污秽等级与实际运行不一致，污秽等级过高导致支柱瓷绝缘子发生污闪也是其发生缺陷的原因之一[1]。
2 检测方法
2.1 超声波探伤法
目前国内外对支柱绝缘子的缺陷检测主要采用超声波探伤技术。由于瓷件是超声波的良载体，通过在法兰处发射纵波横波爬波等波，接受反射信号来查出缺陷，能够比较有效地检测瓷支柱绝缘子表面的裂纹夹层等缺陷，但它属于局部损伤检测法，受操作者熟练程度和经验的影响较大，另有研究者发现，超声波在支柱绝缘子探伤检测中存在误判的现象这主要是因为超声波以小角度进入瓷体后不是绝对直线传播，而是呈纺锤形传播，由于探头距离瓷砂较近，部分超声波外缘可能会遇到瓷体上的瓷砂，或瓷砂与瓷砂之间的间隙，出现超出距离波幅曲线的类似缺陷波的反射波形。
2.2 红外检测法
红外测温法特点是不接触检测对象，安全性高，能完全排除掉其他设备的电磁干扰，但其在缺陷较小的情况下检测灵敏度不高，只有当检测对象出现较大缺陷，出现较明显发热与温差时，才能有效辨别。同时，其容易受到现场环境干扰，辨别缺陷难度高。
2.3 振动声学检测法
振动声学检测实际是一种模态检测， 由于不同型号的绝缘子都有自身的固有频率， 可统计大量的样本，并依此判断某些绝缘子的信号是否出现异常，相比传统的无损检测方法， 可以带电作业是其最大的优点，对绝缘子底部的法兰盘进行激励得到瓷支柱绝缘子的响应频率，检测过程简单，发生激励与记录响应迅速，并且可以实时导入计算机来分析数据，对瓷支柱绝缘子的整体强度进行判断，这些都大大减少工作量，提高工作效率，减少停电所带来的损失。其检测设备集成在的主机盒内，小巧轻便操作简单只需将探头通过绝缘杆垂直接触于瓷支柱绝缘子的法兰底部即可，简化操作步骤，提高安全性检测速度快。但其缺点是对支柱瓷绝缘子安装条件有要求，如果不能垂直施加信号，将导致检测到的图谱中存在干扰信号，导致判定支柱瓷绝缘子健康状态的难度加大[2]。
3 结论
笔者针对支柱绝缘子断裂事故详细分析了支柱瓷绝缘子发生断裂等缺陷的主要原因。介绍了目前常用的三种支柱瓷绝缘子缺陷检测方法，分别阐述其原理与优劣，得到以下结论：①从出厂角度解决断裂和裂纹问题的关键在于提高产品质量，把控生产工艺中的各个条件。②目前常用的检测方法在使用条件等方面有限制，各有优劣，在实际运用中，建议综合多种方法对支柱瓷绝缘子进行全方位的状态综合评估。
参考文献
[1] 李岩，杨浩，吴国忠，等. 支柱瓷绝缘子的带电检测方法[J]. 无损检测，2013，35（2）：32-34，58.
[2] 吴光亚，姚忠森，何宏明，等. 高压支柱瓷绝缘子运行事故分析[J]. 电瓷避雷器，2002，（5）：22-24，26.
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