檢測紙質(zhì)絕緣材料X射線機(jī)的改進(jìn)

盧國慶，吳軍霞

（泰州新源電工器材有限公司，江蘇泰州225300）

變壓器用紙質(zhì)絕緣材料是高電壓油浸變壓器中最重要的材料之一，用其生產(chǎn)的產(chǎn)品是變壓器構(gòu)造的關(guān)鍵部位，其結(jié)構(gòu)中存在的金屬雜質(zhì)、氣隙、厚度均勻性、密度的均勻性，都是影響到變壓器運(yùn)行的關(guān)鍵因素，其電氣性能和質(zhì)量直接影響變壓器運(yùn)行的可靠性和變壓器使用壽命。如果紙質(zhì)絕緣材料中存在雜質(zhì)，會使電介質(zhì)內(nèi)部導(dǎo)電離子增加，使材料的電阻率下降。如果在紙質(zhì)絕緣材料中留有氣隙，則外加電場多集中在氣泡上，在電場作用下，氣泡先行游離，會引起局部放電，導(dǎo)致絕緣老化，降低絕緣能力[1]，嚴(yán)重的會在變壓器運(yùn)行時由于此處的場強(qiáng)變化引起紙質(zhì)絕緣材料擊穿，造成輸變電設(shè)備的故障。因此，保證紙質(zhì)絕緣材料中無異物、無氣隙和產(chǎn)品厚度、密度均勻一致，成為每個生產(chǎn)紙質(zhì)絕緣材料廠家生產(chǎn)質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。然而，由于多種因素的影響，產(chǎn)品中存在異物、氣隙等影響產(chǎn)品質(zhì)量的缺陷，一直是困繞生產(chǎn)企業(yè)的難題。

目前國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)采用X射線機(jī)對紙質(zhì)絕緣材料產(chǎn)品進(jìn)行檢測，力求達(dá)到產(chǎn)品符合變壓器用的標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 X射線機(jī)檢測紙質(zhì)絕緣材料的工作原理

X射線是由德國倫琴教授在1895年發(fā)現(xiàn)的[2]，這種由真空管發(fā)出能穿透物體的輻射線，穿透能力強(qiáng)。X射線實際上是一種波長極短、能量很大的電磁波。X射線穿透物質(zhì)的能力與射線光子的能量有關(guān)，X射線的波長越短，光子的能量越大，穿透力越強(qiáng)。經(jīng)過不同密度物質(zhì)時，透射光強(qiáng)度不一樣，X射線穿透力與物質(zhì)密度有關(guān)，密度大的物質(zhì)對X射線的吸收多，透過少；密度小者吸收少，透過多[3]。醫(yī)學(xué)上利用差別吸收這種性質(zhì)可以把密度不同的骨骼與肌肉、脂肪等軟組織區(qū)分開來，是X射線透視和攝影的物理基礎(chǔ)。

我們使用X射線對紙質(zhì)絕緣材料進(jìn)行診斷是用不同物質(zhì)對于X射線的吸收率不同這一原理。也就是說，根據(jù)紙質(zhì)絕緣材料產(chǎn)品本身的密度和產(chǎn)品中的異物密度、氣隙密度是不同的，在接受X射線檢測時所吸收的X射線也就不同，在熒光屏上或攝影膠片上引起的熒光作用，因而在熒光屏上或攝影膠片上將顯示出不同密度的陰影，我們根據(jù)圖像陰影濃淡對比、產(chǎn)品的特點來判斷產(chǎn)品中是否有問題。舉例來看，在對產(chǎn)品進(jìn)行透視檢測的情況下，如紙質(zhì)絕緣材料產(chǎn)品中夾有金屬異物，由于紙質(zhì)絕緣材料產(chǎn)品密度比金屬異物密度小，吸收的X射線少，圖像顯示陰影就淡，金屬異物密度大，吸收的X射線大，圖像顯示陰影就黑，檢測人員會判別出被檢產(chǎn)品中有金屬異物，然后對異物進(jìn)行定位，從產(chǎn)品找出異物，重新用X射線對產(chǎn)品進(jìn)行檢測，完成產(chǎn)品的檢測過程，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。同樣檢測產(chǎn)品中的其他異物、產(chǎn)品中的氣隙、產(chǎn)品密度不一致、產(chǎn)品的厚度不均和組裝產(chǎn)品每層之間撐條的粘接質(zhì)量都是采用上述原理。

2 改進(jìn)普通醫(yī)用X射線機(jī)的必要性

在我國七十年代初期，生產(chǎn)變壓器用紙質(zhì)絕緣材料的企業(yè)為了防止產(chǎn)品中存在異物，只能通過手持檢針器對產(chǎn)品進(jìn)行檢測，由于檢針器只對產(chǎn)品中有較大的磁性異物時才會報警，不能檢測氣隙、厚度不均等缺陷。后來，隨著變壓器電壓等級的提高，變壓器紙質(zhì)絕緣所承受的場強(qiáng)也隨之提高，尤其是用在直流輸變電用換流變壓器絕緣中，對紙質(zhì)絕緣材料產(chǎn)品的質(zhì)量要求也不斷提高。我們生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)X射線的工作原理，逐漸采用普通醫(yī)用X射線機(jī)對產(chǎn)品進(jìn)行檢測。經(jīng)過多年的實際運(yùn)用后，我們認(rèn)為普通醫(yī)用X射線機(jī)雖然能夠檢測產(chǎn)品中的異物、氣隙、厚度不均等缺陷，但存在著很多問題：如檢測精度低，工作臺縱、橫向移動距離短，而且與球管、增強(qiáng)器之間處于固定位置，只能對產(chǎn)品進(jìn)行單方向檢測，需要人工的多次進(jìn)出工作室移動產(chǎn)品才能完成產(chǎn)品的檢測，易產(chǎn)生漏檢；檢測圖像需要在攝片后，經(jīng)過顯影、定影、烘干和讀片等漫長的過程，工作效率十分低下，不能適應(yīng)現(xiàn)在產(chǎn)品訂單急、交貨期短和質(zhì)量要求高的形勢，只能靠增加操作人員和延長工作時間，同時也對操作人員的職業(yè)安全健康帶來隱患；檢測圖像的膠片難保存，查找不便，檢測報告上不能顯示產(chǎn)品檢測的圖像。所以對普通醫(yī)用X射線機(jī)進(jìn)行改進(jìn)是必要的。

3 改進(jìn)方案

通過分析，同時根據(jù)紙質(zhì)絕緣材料產(chǎn)品的密度和人體密度不同、產(chǎn)品的形狀和人體不同等特點，結(jié)合操作方法和操作員工安全等方面，對普通醫(yī)用X射線機(jī)進(jìn)行了如下針對性的改進(jìn)：

（1）把醫(yī)用C型臂X射線機(jī)中C型臂安裝在DR產(chǎn)品中的U型臂的立柱上，利用C型臂可以多方位旋轉(zhuǎn)和上下移動的特點，在工作臺上產(chǎn)品不移動的情況下對產(chǎn)品全方位進(jìn)行X射線的檢測，增加了設(shè)備利用率，減少了操作人員進(jìn)出機(jī)房的次數(shù)，提高了工作效率。

（2）改進(jìn)醫(yī)用X射線機(jī)中工作床的移動方法，增加工作床的移動軌道，由立柱移動改變?yōu)槠酱驳囊苿?，同時對工作床面的縱、橫向移動的電機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，使工作床的縱、橫向移動距離增加，適應(yīng)對大產(chǎn)品（如薄的大壓板、紙板、大組裝件等）進(jìn)行X射線的檢測。

（3）在平床工作臺軌道旁增加一組軌道，軌道上增加桌面直徑達(dá)1.2m、可以旋轉(zhuǎn)±360°的移動圓形工作臺，可對角環(huán)、靜電環(huán)、整體角環(huán)等有弧形產(chǎn)品進(jìn)行X射線的檢測。

（4）在平床工作臺軌道的另一端增加桌面直徑達(dá)0.5m、可旋轉(zhuǎn)±360°的小圓床，在C臂水平不動的情況下，上下移動C臂，同時旋轉(zhuǎn)小圓床，對小直徑、圓柱形產(chǎn)品（如均壓球、絕緣筒）進(jìn)行360°X射線的檢測。

（5）主機(jī)選用進(jìn)口高頻高壓發(fā)生器及X線管組件。X線高頻高壓發(fā)生器與微焦點、旋轉(zhuǎn)陽極X射線管系采用一體化結(jié)構(gòu)，能產(chǎn)生高質(zhì)量的X射線。透視kV、mA及攝影kV、mA、透視時間累積均為液晶屏數(shù)字顯示，并有透視時間超時報警功能，在保證X線管最大使用容量的前提下，隨著kV的選擇而mA自動調(diào)整。采用AEC自動控制曝光，最短曝光時間1ms；工作站由進(jìn)口金屬屏超高質(zhì)增強(qiáng)管（中心分辨率最大62LP/cm）、100萬像素12bit100Hz逐行掃描無閃耀的CCD攝像系統(tǒng)、數(shù)字采集系統(tǒng)和監(jiān)視器等組成。

4 改進(jìn)后X射線機(jī)工作參數(shù)

（1）工作臺 X射線機(jī)經(jīng)過改進(jìn)，操作臺由1個工作臺（平床臺臺面100*200cm） 增加為3個工作臺（雙軌移動平床臺面120*240cm、長臺橫向移動距離為大于400cm、縱向移動距離為35cm，移動圓形工作臺臺面直徑120cm、旋轉(zhuǎn)±360°，小圓臺臺面直徑50cm、旋轉(zhuǎn)±360°），C型臂球管焦點到增強(qiáng)器最大距離為110cm、上下移動距離為125cm、繞水平軸旋轉(zhuǎn)±90°，繞垂直軸旋轉(zhuǎn)±45°。

（2） 主要技術(shù)參數(shù) 主機(jī)kV調(diào)節(jié)范圍40~150kV，mA調(diào)節(jié)范圍0.5~630mA，最大容量50kV，攝影電量調(diào)節(jié)范圍2~800mAs，透視調(diào)節(jié)范圍40~110kV/0.2~20mA，增強(qiáng)器9"，攝像機(jī)100萬像素12bitCCD，監(jiān)視器18英寸LCD分辨率 1280×1024，球管功率 40/100kw，小焦0.6mm/大焦1.2mm，鋁柵格比10：1，柵密度60LP/cm。

5 改進(jìn)效果的比較（見表1、圖1）

表1 X射線機(jī)改進(jìn)前、后對比表

6 結(jié)語

改進(jìn)后的X光射線機(jī)工作時，X射線發(fā)射球管發(fā)出連續(xù)的保證適宜產(chǎn)品密度和厚度的射線強(qiáng)度，經(jīng)由高清增強(qiáng)器接收，轉(zhuǎn)變成數(shù)字圖像信號，操作人員通過高清顯示屏現(xiàn)場實時觀測，判斷產(chǎn)品中是否有雜質(zhì)、氣隙、厚度不均等質(zhì)量問題，并可根據(jù)需要任意點片或連續(xù)曝光攝片，檢測數(shù)據(jù)按產(chǎn)品訂單信息要求進(jìn)行建檔保存。結(jié)構(gòu)合理，操作簡便，非常適合對變壓器用紙質(zhì)絕緣材料的檢測，運(yùn)行以來改進(jìn)效果已得到國內(nèi)多家變壓器用紙質(zhì)絕緣材料生產(chǎn)企業(yè)和變壓器制造企業(yè)的認(rèn)可，為變壓器用紙質(zhì)絕緣材料的內(nèi)在質(zhì)量提供了保證。

[1]荊宏智.絕緣材料與絕緣伯制造工藝/變壓器制造技術(shù)叢書[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

[2]程國均.大學(xué)物理教程[M].北京:科學(xué)出版社,2002.

[3]胡寶劍.醫(yī)用X射線機(jī)點片曝光裝置控制系統(tǒng)研究[D].重慶:重慶大學(xué),2006.