[发明专利]气体绝缘全封闭组合电器罐体健康监测装置及其监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力成套装置无损检测领域，具体地说是一种基于超声导波的气体绝缘全封闭组合电器罐体健康监测装置及监测方法。

背景技术

气体绝缘全封闭组合电器（以下简称GIS）是由断路器、隔离开关、接地开关、母线等多种高压电器组合而成的成套装置，这些设备或部件全部封闭在金属罐体内部，并充入一定压力（一般大于0.3MPa）的SF6气体作为绝缘和灭弧介质。其中GIS使用的罐体是承压部件，要求SF6年漏气率小于1%。一旦由于GIS罐体损伤而产生SF6泄漏，不但影响GIS乃至电力系统的可靠运行，同时也会污染周围环境，危害工作人员的身体健康及生命安全。因此，对GIS罐体健康状态进行监测具有重要的社会效益和经济效益。

GIS罐体有整体铸造及卷板焊接两种形式。外形尺寸一般为：筒体直径400-1000mm、壳体厚度6-10mm、长1000-3000mm，材料一般为铝合金5A02-H112。生产过程中，对于铸造壳体易产生气孔、缩孔与冷隔、夹渣、裂纹等缺陷；对于焊接壳体，除了母材缺陷外，焊缝还会产生未焊透、气孔及裂纹等焊接缺陷。GIS服役期间，由于应力及振动等原因，容易使罐体产生裂纹等损伤。因此应及时定期的对GIS罐体进行健康监测，及时排除隐患，保证系统的稳定运行。

针对GIS罐体，目前国内主要有三种检测方法：射线检测、常规超声检测及渗透检测。JB/T4734-2002《铝制压力容器》规定，应对其A类或B类焊接接头进行局部射线检测或超声检测，检测长度不得小于各条焊接接头长度20%，且不小于250mm。刘泽洪著作《气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）质量管理与控制》提到，对铸造罐体特别容易产生缺陷的部位应采用射线进行检测；对于每个罐体的纵缝，都应该进行X光探伤的检验，并且存档。以上三种方法主要存在的缺点：首先，这三种检测方法都是逐点扫描，也就是说只能对抽检的区域或者焊缝进行损伤评价，如果需要对整个罐体进行健康检测，就需要对整个罐体的全体积进行扫描，上述三种方法几乎是不能实现的。其次，这三种检测方法受缺陷的位置、方向及类型影响很大，例如，渗透检测只能检测表面缺陷，特定的超声波探头只能检测表面缺陷或内部缺陷，射线检测面积型缺陷检出率受透照角度等多种因素影响。另外，对于服役的GIS罐体，由于内部已经装满电器设备，无法进行射线检测及渗透检测。显而易见，现有的检测方法方法都不能有效解决GIS的健康监测问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述检测方法存在的缺陷，提供一种基于超声导波检测方法的气体绝缘全封闭组合电器罐体健康监测装置，其能够实现对全封闭组合电器罐体的健康进行实际监测，能够对整个GIS罐体任意壁厚方向的损伤进行经济、快捷和有效的检测，并对检测出来的损伤进行评估和电子存档，从而实现对GIS健康状态的监测和动态跟踪，保障设备系统及人员的安全。

为此，本发明采用的技术方案如下：气体绝缘全封闭组合电器罐体健康监测装置，包括超声波检测仪、编码器、扫查架和超声导波换能器，其特征在于，所述的超声导波换能器和编码器均与扫查架连接，使超声导波换能器和编码器同步运行，所述的编码器通过数据线与超声波检测仪连接，所述的超声导波换能器包括壳体、置于壳体中的楔块和搁置在楔块上的晶片，所述超声导波换能器通过BNC接口与超声波检测仪相连。

超声导波换能器(简称为探头)能产生高性噪比、强传输能力的超声导波，能经过有限的扫查对整个GIS罐体的损伤进行检测。

本监测装置的基本原理为：扫查架在GIS罐体表面扫查，编码器记录超声导波换能器的位置，探头发射及接受检测距离范围内的GIS罐体损伤信息的导波，超声波检测仪把超声导波换能器的所有扫描数据转换成超声导波图像，从而实现GIS罐体损伤的快速检测。

进一步，所述的扫查架上设有至少一个定位柱，超声导波换能器的壳体上设有至少一个定位孔，通过定位孔与定位柱的配合实现超声导波换能器与扫查架的连接，拆装方便。

进一步，所述的定位柱和定位孔各有二个，均呈对称设置，使超声导波换能器与扫查架的连接更为稳定可靠。

进一步，所述的编码器通过其前面的销轴与扫查架后侧的销孔相连，拆装方便。

进一步，所述的超声波检测仪为可同时显示两种成像的超声波检测仪。

进一步，所述的编码器为轮型增量旋转编码器。

进一步，所述的晶片和楔块的参数由罐体频散曲线计算及反复实验得出，所述晶片的尺寸优选为25×25mm，频率优选为0.5-2MHz，楔块的角度优选为35°至60°。