渦流反射兩種測量模式在探測線圈內(nèi)部導(dǎo)體位移的應(yīng)用

吳 鵬

（廣州西門子變壓器有限公司，廣州 510530）

0 引言

隨著變壓器產(chǎn)品箔式繞組技術(shù)的廣泛應(yīng)用，相比傳統(tǒng)圓導(dǎo)線繞組，箔繞式線圈在絕緣承受的電氣應(yīng)力、繞組層厚的耐壓等級等有明顯的優(yōu)勢。但與線繞組不同的是箔式繞組中的箔材材質(zhì)、寬度、匝數(shù)等技術(shù)特性要求規(guī)定，會產(chǎn)生多個餅進行串聯(lián)形成總匝數(shù)，多個餅之間會有標準的電氣絕緣距離要求，發(fā)生餅移位就會直接影響繞組電氣性能（如局部放電）。因此，如何去探測餅滑動量，使用什么方式方法、設(shè)施設(shè)備等是對箔式繞組餅間距的把關(guān)之重，避免變壓器流出產(chǎn)生重大質(zhì)量風(fēng)險。國內(nèi)外對餅間距移位也做了大量研究，方芳等[1]關(guān)于35 kV 環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器局放的控制探討；王曉磊等[2]自制外穿式渦流探頭；蔚道祥等[3]接收線圈位置對脈沖渦流檢測靈敏度的影響，上述文獻雖然都提到餅移位對感應(yīng)耐壓與局放測量的影響，以及渦流探測的基本原理等相關(guān)信息，但沒有涉及到如何探測箔式線圈的餅位移，因而在餅滑動探測手法上有一定的拓展研究空間。本文將從箔式繞組餅滑動對電氣性能的影響展開，主要對渦流反射法如何有效探測餅滑動進行展開說明?；跉v史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，解剖有餅滑動的線圈進行實際測量餅間距，對比設(shè)計值得出測量方法的有效性，提出并建立兩種測量方式方法的使用考量規(guī)則，最終驗證其準確性與有效性[4]。

1 餅滑動對電氣試驗結(jié)果的影響

餅式線圈在引線裝配過程、樹脂澆注后均有可能會發(fā)生位移，引線過程如果發(fā)生餅滑動而沒有及時測量探測發(fā)現(xiàn)，意味著兩餅之間的電氣絕緣距離發(fā)生改變，一側(cè)變大則另一側(cè)會變小，若距離變小的一側(cè)比設(shè)計規(guī)定的電氣距離標準值還要小時，澆注后成品做感應(yīng)耐壓試驗時就會產(chǎn)生局部放電，嚴重時會發(fā)生內(nèi)部短路擊穿的風(fēng)險。也有短時通過了感應(yīng)耐壓例行試驗，但在某種復(fù)雜的運行環(huán)境中，變壓器正式電網(wǎng)投電長時間運行后，電氣距離偏小的地方就會發(fā)生放電，長時間放電就會影響產(chǎn)品的使用壽命，最終可能導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)部縱絕緣擊穿短路，產(chǎn)品無法正常運行。所以，如果說線餅做為變壓器結(jié)構(gòu)上的“心臟”，那么餅滑動量就是影響“心臟”正常跳動的關(guān)鍵“血管”，餅滑動量的監(jiān)控對變壓器正常運行起著至關(guān)重要的作用[5]。

2 渦流反射探測法

對于樹脂澆注式線圈澆注完畢后，樹脂包裹整個線圈導(dǎo)體，量具根本無法對餅間距進行直觀測量，就需要一種既能穿透絕緣且能探測到導(dǎo)體的設(shè)備，來對線餅合模澆注后的餅間距進行探測監(jiān)控。渦流設(shè)備上的探頭含內(nèi)置線圈傳感器，以此來推斷餅滑動是否存在異常。當渦流儀器工作時，傳感器會在其附近產(chǎn)生電磁場，生成的電磁場繼而在導(dǎo)電試樣表面感生出感生電流，材料的不連續(xù)性（例如裂紋、腐蝕、外表凸起等）將影響感生渦流的分布，這種變化將被探頭捕捉并識別這種改變，緊接著電子系統(tǒng)以適當?shù)姆绞皆u估這種變化，最終生成缺陷信號，這些信號將反饋回設(shè)備主機界面，直接轉(zhuǎn)換成可識別的“波形圖”和“點”。

渦流反射探測法有兩種模式，分為快速測量模式和精準測量模式，對于兩種模式通俗易懂的描述來講，快速測量探測“宏觀”餅滑動量，而精確測量探測“微觀”餅滑動量，測量線餅一般先使用快速測量，若發(fā)現(xiàn)異常波形時才使用精確測量。快速測量無法計算滑動量大小，只能判定餅是否發(fā)生滑動；精確測量可直接測量餅滑動大小值，但測量耗費體力、時間成本較大，對控制測量誤差的標準要求也高?？傊?，兩者之間的作用是相輔相成，快速測量負責(zé)去發(fā)現(xiàn)異常，精確測量負責(zé)準確估算異常[6-7]。

2.1 快速測量模式

該模式測量原理是利用渦流設(shè)備探頭內(nèi)置線圈傳感器產(chǎn)生電磁場并生成感生電流，然后捕捉缺陷信號，探頭感應(yīng)到導(dǎo)體就呈上升波形，感應(yīng)到絕緣就呈下降波形，波形圖高度代表著導(dǎo)體與導(dǎo)體之間的間距大小值，從波形圖高度來直觀判定是否存在異常。優(yōu)點在于樣件餅間距穩(wěn)定的情況下，操作簡單，測量效率高，可直接對比設(shè)計值觀測結(jié)果，操作相對機械化。針對快速測量模式，反射信號回到主機界面形成波形圖，有多種顯示格式供選項，最佳的顯示到選擇底端顯示，判斷比較直觀準確。另外，當線餅絕緣過厚時，也要適當調(diào)整總增益dB值大?。▽τ? mm 厚度的絕緣，一般選擇25～30 dB），最終目的是形成的波形方便觀察判別。探測頭在線餅從上到下均勻緩慢且垂直移動，設(shè)備屏幕上會顯示出波形圖，根據(jù)餅間距設(shè)計值與波形高度對應(yīng)對比，正常波形如圖1所示。當左右兩側(cè)波圖高度不一致，可判定為不合格，異常波形如圖2 所示。對于線餅發(fā)生餅滑動，“快速測量”探測到的信號總會發(fā)現(xiàn)異常，異常具體到多少數(shù)值，是否在偏差范圍內(nèi)，這就需要“精確測量”來完成估算探測，只有進行“精確測量”探測，才能得到近似于真實的餅間距，所以下面將會重點探討“精確測量”兩種探測手法，兩種手法雖然大同小異且最終結(jié)果一致，但對于操作者的理解認知和操作便捷性有不同理解。

圖1 快速測量正常波形

圖2 快速測量異常波形

2.2 精確測量模式

該模式的測量原理是利用渦流設(shè)備探頭內(nèi)置線圈傳感器產(chǎn)生電磁場并生成感生電流，然后捕捉缺陷信號，當探頭在絕緣體上移動時，反射到主機界面上的“點”信號不會動，一旦探頭內(nèi)置傳感器接觸到導(dǎo)體點就會上升至某個穩(wěn)定最高點，再次接觸到絕緣體時信號點就會下降。優(yōu)點在于能明確某兩個餅之間的具體絕緣距離值，且有針對性的對異常的餅去探測。該模式可以分為兩種探測手法，即上下法和頂點法。兩種方法需要同樣的工裝工具（如垂直夾具、細筆、卷尺）。在輔助測量工裝上，由于要精確采點并測量兩點間距，所以點與點之間要垂直在一條線上才能保證準確性，工裝就選擇了現(xiàn)有的直壓板和F 夾組合（圖3），劃點的細筆不能隨意使用，打的點直徑越小越好，意味著實際情況下筆頭盡量細，卷尺測量誤差就會縮小，測量值就會越接近真實值。

圖3 測量輔助工裝

2.2.1 上下法

上下法也稱探測點從波谷突上、波峰突下的劃點方法，也就是探頭在線餅表面垂直上下移動，在經(jīng)過導(dǎo)體和絕緣時反射信號到主機，從絕緣經(jīng)過一旦探測到導(dǎo)體時，探點就會突然上升，這個上升前的瞬間點就是要捕捉的點，反之導(dǎo)體突然探測到絕緣，下降前的瞬間點也是需要捕捉的點（圖4），利用細筆劃點。選擇適當?shù)摹帮@示模式”選項，根據(jù)絕緣厚度調(diào)節(jié)總增益dB 值大?。ㄒ话氵x擇8～10 dB），探測頭從端部絕緣開始由上到下均勻緩慢且垂直移動，設(shè)備屏幕上會對應(yīng)顯示出1 個移動點，點隨著探測頭移動而移動，抓取上升和下降瞬間對應(yīng)的位置點，取點時確保抓取精確，探頭一定要來回多次移動確認。偶爾也會在探頭垂直移動過程中，點在最高點先穩(wěn)定再往上移動的特例情況出現(xiàn)，只需抓取最先穩(wěn)定的那個點，因為探測過程會受內(nèi)部玻璃網(wǎng)格的干擾影響。若想測量兩餅之間的間距是否產(chǎn)生變化，就需按要求連續(xù)探測4個點，從上到下依次將點命名為1、2、3、4，然后分別取位置1 與2、3 與4 的中心點，測量兩個中心點的間距值X，再利用X減去導(dǎo)體寬度就能換算出兩餅之間餅間距大小，最后對比設(shè)計值就能估算判定出餅滑動量的大小和方向（圖5）。

圖4 精確測量探測點

圖5 探測取點、換算定點、測量估算

2.2.2 頂點法

頂點法也稱探測點上升到波峰后穩(wěn)定的點和突然從波峰下降的瞬間點，也就是探頭在線餅表面垂直上下移動，在經(jīng)過導(dǎo)體和絕緣時反射信號到主機，從絕緣經(jīng)過一旦探測到導(dǎo)體時，探測點上升到波峰位置且探測點瞬間開始穩(wěn)定，瞬間穩(wěn)定的點就是要捕捉的點，反之導(dǎo)體突然探測到絕緣，從波峰突然要下降前的瞬間點也是需要捕捉的點，利用細筆頭劃點來減少測量誤差。取點過程中偶爾會遇到因樹脂絕緣厚度過厚，點跑出了主機界面，無法捕捉到波峰穩(wěn)定點，這時除了調(diào)整降低總增益dB 值外（對于6 mm 厚度的絕緣，一般降低到10 dB 以下），前面已劃的點也需要重新探測取點，因為該點與前面取的點不在同一個總增益條件下，探測取點位置會有偏差移位，測量尺寸值會有一定誤差，總之，在測量取點時一定是所有探測點是在相同測量條件參數(shù)下所取，否則會產(chǎn)生較大測量誤差，所以在探測前，先根據(jù)線圈實際情況提前設(shè)定適當?shù)目傇鲆嬷?。另外，顯示模式也得選擇合適的，盡量選擇底部顯示，點滑動有足夠的空間。探測頭從端部絕緣開始由上到下均勻緩慢且垂直移動，設(shè)備屏幕上會顯示出1個移動點，點隨著探測頭移動而移動，取點時用記號筆在線圈表面劃點，即“點”在波峰穩(wěn)定前瞬間和在波峰突然下降前的瞬間位置點。若需要測量兩個餅之間的間距值，同“上下法”換算方式一致[8]。

2.3 測量驗證

根據(jù)兩種探測模式手法對所有箔式線餅進行檢查，探測換算值與真實值對比產(chǎn)生測量誤差范圍。探測誤差會受多方面因素影響，如取點是否垂直平行、記號筆的筆頭大小、卷尺測量前的定位是否準確、讀數(shù)誤差等。對于使用快速測量發(fā)現(xiàn)異常波形后，至少需要2 人以上進行復(fù)測，對至少3 個探測值數(shù)據(jù)進行再確認來作為判定依據(jù)。通過近半年的探測數(shù)據(jù)搜集，凡是明確探測出餅滑動超過設(shè)計標準值的線餅，都對線餅進行了解剖，解剖后將渦流設(shè)備探測換算值與實際使用游標卡尺測量餅間距的真實值進行對比，發(fā)現(xiàn)探測誤差在±1 mm 內(nèi)。圖6 中3 人復(fù)測探測值依次為6 mm、7.5 mm、6.5 mm，解剖后實測6.7 mm，探測誤差在-0.7～+0.8 mm。所以，在探測過程中注意并遵守規(guī)范操作細節(jié)技巧，使用上述探測手法可行有效。

圖6 解剖異常線餅實測餅間距

3 結(jié)束語

本文根據(jù)渦流設(shè)備探測信號反射原理，使用渦流設(shè)備探測餅的位移量，提出了快速測量和精確測量兩種模式，同時也提出了精確測量的兩種方法，即“上下法”和“頂點法”。兩種模式手法均采用探頭探測絕緣和導(dǎo)體的反射信號，將感應(yīng)信號反饋到主機界面，直觀評估探頭所處位置是絕緣還是導(dǎo)體。對于快速測量，發(fā)現(xiàn)波形異常后，再使用精確測量探測具體餅滑動的大小。對于精確測量兩種方式，也利用了以往異常線圈餅移位的歷史數(shù)據(jù)收集，將真實值與探測換算值進行對比，同時通過實際解剖異常線圈直接測量餅間距的數(shù)據(jù)，對比設(shè)計值得出測量誤差，誤差均控制在±1 mm 范圍內(nèi)，測量誤差在正常設(shè)計偏差范圍內(nèi)，同時證明了使用渦流設(shè)備探測導(dǎo)體位移量的方法可行有效，可供相關(guān)行業(yè)技術(shù)人員參考。