Page 131 - 《应用声学》2023年第3期

第 42 卷 第 3 期 梁基重等： 基于卷积神经网络的气体绝缘组合开关盆式绝缘子螺栓松动检测方法 569

3 个螺栓松动，共计 10种工况，每种工况下对应 3 个
压电片的接收信号。
工况0：所有螺栓均处于标准预紧力110 N·m；
ԍႃྟ
工况 1∼ 工况 3：螺栓 2 松动，螺栓预紧力分别
为99 N·m、70 N·m和50 N·m；
工况 4∼ 工况 6：螺栓 1、螺栓 2 同时松动，螺栓
预紧力分别为99 N·m、70 N·m和50 N·m；

(a) ԧ࠱ቫ͜ਖ٨ 工况 7∼ 工况 9：螺栓 1、螺栓 2、螺栓 3 同时松
动，螺栓预紧力分别为99 N·m、70 N·m和50 N·m。
ԍႃྟ ԍႃྟ
不同工况下检测到的超声信号如图 4 所示。由
ԍႃྟ
图 4(a) 和图 4(b) 可知，压电片 1 的接收信号幅值远

远小于压电片2的接收信号幅值，这是因为压电片1
距离发射端压电片更远，说明接收端压电片距离发
射端压电片越远，超声信号衰减越厉害，接收到的超
ᛃಟ ᛃಟ ᛃಟ
声信号幅值越小；由图 4(b)、图 4(c) 和图 4(d) 可知，
当螺栓松动数量增加时，超声信号幅值呈现下降的
(b) ଌஆቫ͜ਖ٨
趋势，特别是3 个螺栓同时松动时，能量下降度超过
图 3 压电片位置示意图 标准工况时的一半；当松动螺栓数目相同时，随着
Fig. 3 Schematic diagram of the location of the 螺栓松动程度的增加，压电片的接收信号幅值下降
piezoelectric sheet 越多。但是对于单个螺栓松动的工况，螺栓预紧力
2.2 实验结果分析 为 99 N·m 时和标准预紧力时的超声信号基本没有
根据 252 kV GIS 盆式绝缘子螺栓紧固力矩的 变化，接收信号的幅值基本持平。
要求，设置110 N·m作为标准扭矩，当螺栓扭矩低于 以上实验结果说明根据超声波在盆式绝缘子
标准扭矩的 90% 时视为螺栓松动，因此本研究分别 法兰中能量的衰减情况可以判断出螺栓松动状态，
设置螺栓松动扭矩为99 N·m、88 N·m和77 N·m，螺 但是在实际检测过程中，当单个螺栓松动时，超声透
栓松动个数分别为一个螺栓松动、两个螺栓松动和 射信号能量变化较小，难以直接从超声信号中得到

140 ௄ᛃಟ౛ү 2˔ᛃಟ౛ү/99 NSm
120 1˔ᛃಟ౛ү/99 NSm 3˔ᛃಟ౛ү/99 NSm
ԍႃྟ1ႃԍηՂ/mV -20 0
100
80
60
40
20
-40
-60
-80
-100
0 100 200 300 400 500
ག஝/˔
(a) ԍႃྟ1ႃԍηՂ(99 NSm)
150
௄ᛃಟ౛ү 2˔ᛃಟ౛ү/99 NSm
3˔ᛃಟ౛ү/99 NSm
1˔ᛃಟ౛ү/99 NSm
ԍႃྟ2ႃԍηՂ/mV 50 0
100

-50
-100
0 100 200 300 400 500
ག஝/˔
(b) ԍႃྟ2ႃԍηՂ(99 NSm)