国网安徽省电力公司电力科学研究院 朱太云 杨道文 叶剑涛 程登峰 王刘芳

　　天津工业大学电信学院 荣锋

　　摘要：GIS盆式绝缘子广泛应用于电力系统，长时间使用会产生结构损伤。本文提出了一种基于Lamb波的主动激励盆式绝缘子损伤监测方法，研究了Lamb波激励信号产生、Lamb波响应信号拾取及处理方法，设计了监测系统并进行了实验研究。实验结果表明本文提出的方法可以监测出盆式绝缘子表面深度为1mm的微小裂纹以及盆式绝缘子表面微小附着物。

　　封闭式气体绝缘变电站（Gas Insulated Substation，简称GIS），是将断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线和出线套管等装入密封金属壳体内，并以六氟化硫气体（SF6）作为各元件之间的绝缘介质和灭弧介质的一种配电设备，此种配电装置占地面积小，绝缘性好，维护成本低，被广泛应用。GIS设备由于老化、安装不当、使用磨损等原因会发生故障，导致局部地区断电，造成经济损失，因此需要对其运行状态进行监测。

　　GIS盆式绝缘子（以下简称：盆式绝缘子）是GIS中的重要部件，由于其密闭于管道内部，进行损伤监测比较困难。目前常用的检测方法主要有超高频法和超声法[1]。盆式绝缘子的损伤会导致局部放电，局部放电产生各种声波和超高频电磁波，超声法和超高频法分别通过检测特定声波和电磁波来判断损伤产生。以上两种方法存在两个方面问题：

　　（1）两种检测方法都是基于局部放电现象提出的，都是被动检测方法，损伤必须达到产生局部放电现象后才能进行检测；

　　（2）局部放电现象非常复杂，对损伤的判断非常困难，漏检、误检现象时有发生。因此，找到一种可以对盆式绝缘子进行主动监测，提前判断盆式绝缘运行状态的方法是非常有必要的。

　　本文提出了一种盆式绝缘子主动监测方法，Lamb波检测法。主动激励单元产生激励信号，驱动传感器产生Lamb波，Lamb波耦合到盆式绝缘子，使其在盆式绝缘子内传播，然后在另外位置通过接收传感器接收Lamb波响应信号，对接收到的信号进行处理，可以监测出盆式绝缘子的微小裂纹、气泡、表面附着物等。该方法可以用于盆式绝缘子的巡检，提前掌握盆式绝缘子的健康状况，有效预防事故发生。

　　1 Lamb 波监测原理

　　Lamb 波是一种在板材厚度与激励声波波长为相同数量级的声波，由纵波和横波耦合而成的特殊形式的应力波。由于Lamb波是板中的导波，因此通常也称之为板波[2-3]。采用Lamb波检测损伤有有利一面，也有不利一面。Lamb波在板结构中传播时，板中质点振动非常复杂，根据质点相对板中间层做对称运动和非对称运动，可以把Lamb波分为对称模式（S）和反对称模式（A）。各个模式的群速度和相速度会随着频率的变化而变化，变化呈非线性，称之为Lamb波的频散特性。在同一频率处，至少有两种不同模式存在，且每种模式群速度和相速度各不相同，称之为Lamb波的多模特性。由于Lamb波存在频散、多模特性，其数据处理非常复杂，使Lamb波不便用于损伤监测。Lamb波在传播过程中对各种不同的损伤，如空洞、气泡、裂纹、腐蚀等非常敏感，遇到以上损伤会产生散射、反射和衍射[3]，另外Lamb波在板型构件中传播距离比较远，适合大型构建监测应用，以上两点为Lamb波用于损伤监测的有利一面。