電磁無損檢測技術(shù)在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用

師俊杰+邵季飛+石家銘

摘要：電磁無損檢測是以電磁學(xué)理論為基礎(chǔ)的無損檢測技術(shù)，具有靈敏度高、檢測速度快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，是工業(yè)領(lǐng)域中對導(dǎo)電及鐵磁材料工件實(shí)施表面檢測的首選方法，在航空航天、核工業(yè)、機(jī)械、石油、電力、鐵道等工業(yè)部門的質(zhì)量檢驗(yàn)及管理中發(fā)揮著重要作用。隨著我國在電力方面的不斷發(fā)展，需要應(yīng)用大量檢測技術(shù)來保證電力的安全。本文介紹了渦流檢測、漏磁檢測、微波檢測這三種在電力生產(chǎn)中最常用的電磁無損檢測技術(shù)的基本原理以及它們在電力生產(chǎn)中的一些應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電磁無損檢測 電力生產(chǎn) 渦流檢測 漏磁檢測 微波檢測

中圖分類號：TM154.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

電磁無損檢測是無損檢測技術(shù)的重要分支，是利用材料在電磁場作用下，呈現(xiàn)出的電學(xué)或磁學(xué)性能的變化，對材料及構(gòu)件實(shí)施缺陷探測和性能測試的檢測方法，主要包括渦流檢測、磁粉檢測、漏磁檢測、磁記憶檢測、微波檢測等。電磁無損檢測具有靈敏度高、檢測速度快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，是工業(yè)領(lǐng)域中對導(dǎo)電及鐵磁材料工件實(shí)施表面檢測的首選方法，在航空航天、核工業(yè)、機(jī)械、石油、電力、鐵道等工業(yè)部門的質(zhì)量檢驗(yàn)及管理中發(fā)揮著重要作用。電力是關(guān)系國計(jì)民生的產(chǎn)業(yè)，維護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。隨著我國在電力方面的不斷發(fā)展，需要應(yīng)用大量無損檢測技術(shù)來保證電力的安全。本文主要介紹渦流檢測、漏磁檢測和微波檢測在電力生產(chǎn)中的一些應(yīng)用。

1 渦流檢測的應(yīng)用

渦流檢測是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)，通過測定被檢工件內(nèi)感生渦流的變化來無損地評定導(dǎo)電材料及其工件的某些性能，或發(fā)現(xiàn)其缺陷的無損檢測方法，適用于材料的表面和淺表層檢測。

（1）變電站GIS設(shè)備筒體焊縫的渦流檢測。GIS設(shè)備在不同電壓等級變電站都有廣泛應(yīng)用，投入使用后，在內(nèi)、外部工作環(huán)境的作用下，易在筒體焊縫和熱影響區(qū)部位產(chǎn)生表面裂紋。筒體一旦發(fā)生泄露，可能威脅設(shè)備和人身安全。青海電力科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究院利用渦流檢測方法對GIS設(shè)備筒體焊縫的檢測進(jìn)行了研究[1]。研制了直徑15mm左右的正交橋式平線圈作為渦流檢測探頭，用電火花方法在鋁合金板上加工出0.5mm、1.0mm、2.0mm深的人工刻槽作為對比試塊?，F(xiàn)場試驗(yàn)表明，利用研制的探頭和對比試塊有效檢測帶漆層的GIS設(shè)備筒體焊縫表面缺陷，但針對不同位置的缺陷，需要選擇相對應(yīng)的靈敏度。

（2）特高壓輸變電塔法蘭的陣列渦流檢測。法蘭連接是特高壓輸變電鋼桿塔的主要連接方式之一，其自身質(zhì)量和有效的檢測方法是生產(chǎn)過程控制的關(guān)鍵。國內(nèi)有公司針對法蘭盤頸根部位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了R角柔性陣列渦流檢測探頭，開發(fā)了鐵塔法蘭盤的陣列渦流檢測工藝方法，可實(shí)現(xiàn)法蘭盤橫向、縱向、斜向缺陷的全方位檢測，避免了表面檢測盲區(qū)，且探傷靈敏度高[2]。

2漏磁檢測的應(yīng)用

漏磁檢測是基于鐵磁性材料磁性變化的一種無損檢測技術(shù)，其基本原理是對被檢試件進(jìn)行局部磁化，處于表面或近表面的缺陷會使工件內(nèi)的磁力線發(fā)生畸變，通過檢測工件表面漏磁場便可確定缺陷的位置、形狀和大小。

（1）高壓輸電線鋼芯的漏磁檢測。輸電線路要跨越較大的地理空間，在復(fù)雜氣候和天氣環(huán)境的影響下，輸電線路導(dǎo)線所經(jīng)受的巨大的交變張力可導(dǎo)致鋼芯疲勞損傷、斷股。國內(nèi)有學(xué)者設(shè)計(jì)了一種基于鋼芯損傷、斷股后形成的漏磁進(jìn)行檢測的傳感器，采用48H號釹鐵硼稀土永磁鐵磁化輸電導(dǎo)線鋼芯，以永磁鐵、導(dǎo)磁體沿導(dǎo)線的徑向?qū)挾群洼S向長度為變量，以傳感器質(zhì)量作為優(yōu)化目標(biāo)，應(yīng)用小生境自適應(yīng)遺傳算法優(yōu)化傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸。所提方法有效提高了巡線機(jī)器人的攜載能力，適用于不同規(guī)格導(dǎo)線鋼芯斷股檢測的漏磁傳感器設(shè)計(jì)和優(yōu)化[3]。

（2）電站鍋爐水冷壁管的漏磁檢測。鍋爐是電站的三大主機(jī)之一，其爐內(nèi)水冷壁管在鍋爐的長期運(yùn)行過程中受到煙氣、煤灰、火焰及管內(nèi)介質(zhì)等侵蝕，極易出現(xiàn)腐蝕、沖蝕及磨損等損傷，造成安全隱患。國內(nèi)已有人將漏磁檢測技術(shù)應(yīng)用于某電廠的鍋爐水冷壁管檢測。通過馬鞍形探頭在水冷壁管外部快速掃描檢測，能準(zhǔn)確檢出管內(nèi)壁的腐蝕坑、均勻減薄、深孔、裂紋等缺陷的準(zhǔn)確位置，檢測靈敏度達(dá)0.5mm，一天可檢測約60～120m2水冷壁管范圍[4]。

3微波檢測的應(yīng)用

微波檢測是以微波作為信息載體的一種無損檢測技術(shù)。在微波檢測中，微波與被檢材料相互作用，材料的電磁特性和微波場的響應(yīng)，決定了微波的分布狀況和微波幅值、相位、頻率等基本參數(shù)的變化。通過測量微波基本參數(shù)的變化，即可判斷被測材料或物體內(nèi)部是否存在缺陷以及測定其它物理參數(shù)。

（1）復(fù)合絕緣子的微波檢測。復(fù)合絕緣子相比于傳統(tǒng)的玻璃或陶瓷絕緣子，具有體積小、重量輕、憎水性、電暈小等優(yōu)點(diǎn)，近年來越來越廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。隨著復(fù)合絕緣子使用量的劇增，少量復(fù)合絕緣子難免會產(chǎn)生一些缺陷，比如芯棒脆斷、界面擊穿，導(dǎo)致事故的發(fā)生。國內(nèi)有研究院提出一種基于高頻微波的檢測方法，利用微波在硅橡膠與缺陷以及缺陷與芯棒交界處的折反射進(jìn)行缺陷檢測，可識別復(fù)合絕緣子內(nèi)部和表面小于0.4mm的細(xì)微缺陷[5]。

（2）電力電纜偏心的微波檢測。電纜偏心就是電纜的導(dǎo)電芯線和它外面的絕緣層不同心，從而使電纜橫截面上的絕緣層厚度不一樣。電纜的絕緣層厚度是以它最薄的地方為準(zhǔn)的，如果不合格會造成大量浪費(fèi)。國內(nèi)有學(xué)者基于微波檢測技術(shù)，研制了電纜偏心檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個自動平衡微波電橋電路，它的設(shè)計(jì)分為微波檢測系統(tǒng)、信號處理電路和單片機(jī)控制系統(tǒng)，可以直接對電纜芯線位置的變化進(jìn)行在線準(zhǔn)確的判斷與顯示。該系統(tǒng)對工作環(huán)境要求不高，成本較低，具有良好的實(shí)用性[6]。

4結(jié)語

電磁無損檢測技術(shù)在發(fā)電、輸電、變電等整個電力的生產(chǎn)過程中有著廣泛的應(yīng)用，在變電站GIS設(shè)備筒體、電站鍋爐水冷壁、架空輸電線、絕緣子、鋼桿塔法蘭、電纜檢測等方面有明顯優(yōu)勢，為減少事故發(fā)生，保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行做出了重要貢獻(xiàn)。本文分開介紹了三種常用的電磁無損檢測技術(shù)在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用，實(shí)際應(yīng)用中可能會根據(jù)被檢設(shè)備的特點(diǎn)結(jié)合多種電磁無損檢測方法。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人們對電網(wǎng)的供電可靠性提出了更高的要求，電磁無損檢測技術(shù)必將在電力生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 何喜梅，閆斌，鄧大勇，等.變電站GIS設(shè)備筒體焊縫渦流帶電檢測技術(shù)[J]. 青海電力，2012（2）：17-22.

[2] 林俊明，李寒林，趙晉成，等.陣列渦流檢測特高壓輸變電塔法蘭的應(yīng)用研究[J].失效分析與預(yù)防，2013（2）：84-87.

[3] 夏云峰，蔣興良，張志勁，等.應(yīng)用小生境遺傳算法優(yōu)化導(dǎo)線鋼芯斷股漏磁檢測傳感器[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011（19）：122-128.

[4] 覃波，吳安如，彭欣. 漏磁檢測在電站鍋爐水冷壁管腐蝕檢測中的應(yīng)用[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014（4）：28-30.

[5] 王黎明，李昂，成立，等.基于微波反射法的復(fù)合絕緣子無損檢測方法[J]. 高電壓技術(shù)，2015（2）：584-591.

[6] 丁夢瑤.微波電纜偏心在線檢測系統(tǒng)的研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2011.