摘　要：通过对换流阀悬吊构件材料进行调研和取样，实测了模压成型的棒状玻璃纤维绝缘材料声学性能。由此优化出超声检测的技术参数，对提高换流阀悬吊构件的缺陷检出率，保证换流站运行的安全具有实际意义。
关键词：玻璃钢；声学性能；超声检测；探头频率

　　目前，我国电力工业随着高新技术和先进设备发展，随着现有电网的技术改造和升级，已进入到大电网、特高压的快速发展时期。在高等级换流站中，大量的换流阀悬吊构件采用了力学性能更好的玻璃钢绝缘材料，为保证换流站运行的安全性，研究拉挤或模压等新型加工工艺制作的悬吊构件的超声被检测方法具有现实意义。由于玻璃钢绝缘材料是典型的各向异性复合材料，其声学性能较之各相同性钢材有较大的差异。对此，本文研究测定了悬吊构件材料的声学性能，并由此优化出超声检测的技术参数。

1　声学性能测量的技术条件

　　(1)试验材料与样品：试验材料为玻璃钢模压成型的棒状材料；两根试验样本的直径均为38 mm，1号试样的长度为L1=634 mm，2号试样的长度为L2=219mm。
　　(2)实验仪器：HS-400型数字超声仪。
　　(3)探头：使用不同频率的纵波直探头测量材料纤维方向的声速和声衰减系数等声性能，其中5P14探头三个，编号1号、2号、3号；2.5P20探头三个，编号为4号、5号、6号：1.25P20探头三个，编号7号、8号、9号。
　　(4)耦合剂：甘油。

2　试样材料纤维方向的声速测量

　　用5 MHz、2.5MHz、1.25MHz种不同频率的探头，分别置于1、2号试样的端面，轴向(纤维方向)发射超声波。这是因为换流阀悬吊构件的破坏发生在螺纹根部，且与纤维方向垂直由外向内扩展，所以沿换流州悬吊构件的轴向进行超声检测有很好的灵敏度。试验中重点观察一次底波和二次底波的有无、高低和相应的位置，并测量材科纤维方向的声速值。试验结果见表1。

　　结果显示：不同频率的探头对于玻璃钢绝缘材料的穿透性相差很大，1.25 MHz的探头穿透性强，634 mm长的试样有二次底面回波；而5 MHz的探头差，634 mm长的试样无底面回波。
　　测得材料纤维方向的声速值C在5223～5240 m/s之间，取平均值C=5230 m/s。

3　试样材料的声阻抗及其声压反射率和往复透射率

　　先利用排水法测量试验样本的密度，测得密度值为ρ=2.16 g/cm³，再根据公式声阻抗Z=ρC，计算出该材料纤维方向的声阻抗Z为1.13×10⁶ g/(cm²・s^-1)。
　　根据声压反射率公式，r=(Z₁-Z₂)/(Z₁+Z₂)(其中Z₁=1.13×10⁶ g/(cm²・s^-1)，Z₂=0.00004×10⁶ g/(cm²・s^-1)，计算出玻璃钢/空气界面的声压反射率为99.993％，与铁索体钢/空气界面的声压反射率99.998％相比略低一点。
　　根据声压往复透射率公式，T=4Z₁Z₂(Z₁+Z₂)²(其中Z1指水、机油、甘油的声阻抗值，分别为0.15×10⁶ g/(cm²・s^-1)、0.13×10⁶ g/(cm²・s^-1)。而Z2指试样的声阻抗值，为1.13×10⁶ g/(cm²・s^-1)，计算出水、机油、甘油做耦合剂的声压往复透射率分别为40.96％、36.10％、56.04％。

4　试样材料纤维方向的声衰减系数测量与计算

　　用不同顿率的探头置于2号试样(其长度大于三倍城场区)的端面上，分别测一次底渡和二次底波为60％时对应的曲数值．根据材料衰减系数公式α={[B₁]-[B₂]-6-δ}/(2x)(其中B₁、B₂指一次底波和二次底波的dB值，δ指反射损失，取为0.5 dB；x指试样的长度)，算出的衰减系数见表2。

5　结果分析与讨论

　　(1)分析小同频率卣探头底面回波情税(表1)可知，1.25 MHz探头检测的深度比2.5 MHz、5 MHz要深，因此探头频率宜选用较小值。但频率选择过小，一方面脉冲宽度会过大，分辨率也会降低，不利于区分相邻缺陷且缺陷定位精度会降低；另一方面频率降低，波长会增加，半扩散角就会加大，声束指向性也会降低，能量会分散，不利于小缺陷检测。在实际检测中应全面分析考虑各方面因素，合理选择频率以取得佳检测效果。
　　(2)由于与空气界面的声压反射率趋于100％，透射率趋于0，即声压全反射，无透射，有利于对材质为玻璃纤维增强的环氧树脂工件中缺陷的检测。另外，声压往复透射率高低直接影响检测灵敏度高低，往复透射率高，检测灵敏度高，反之，检测灵敏度低。根据水、机油、甘油当耦合剂的声压往复透射率，耦合剂好选用甘油。
　　(3)对不同频率探头在2号试样上测得的声衰减系数(表2)分析可知，5MHz探头(5P14)衰减系数为1.25MHz探头(1.25P20)的一倍；不仅声透性差，且检测时的杂波多，信噪比差，因此探头频率易选用1.25MHz。

6　结束语

　　通对对玻璃纤维增强型绝缘材料进行声学参数的测定和分析，推荐换流阀悬吊构件的超声波检测参数：探头频率用1.25 MHz，进行定量分析时的衰减系数为0.035 dB/mm。