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　　西安西瑪電機(jī)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)資料：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及科技的不斷進(jìn)步，我國已經(jīng)步入了大電網(wǎng)、大電廠、大機(jī)組的高度自動(dòng)控制新時(shí) 代，全國發(fā)電機(jī)總裝機(jī)容量不斷增加，300MW 以上的大機(jī)組成為運(yùn)行主力機(jī)組。由于受到電場(chǎng)、熱場(chǎng)以及機(jī)械 應(yīng)力等各方面因素的影響，大電機(jī)定子絕緣性能會(huì)隨著 大電機(jī)的運(yùn)行而逐漸下降，直到絕緣失效，因?yàn)榇箅姍C(jī)不 宜于停機(jī)檢修或者定期維護(hù)，所以目前均以狀態(tài)檢修為 主，即在大電機(jī)運(yùn)行過程中對(duì)定子絕緣狀態(tài)進(jìn)行無損壞 檢測(cè)，進(jìn)而評(píng)估大電機(jī)主絕緣的剩余運(yùn)行年數(shù)，并通過對(duì) 電機(jī)維護(hù)和維修的合理安排延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命，以便取 得更大的經(jīng)濟(jì)效益［1］。

 

　　大電機(jī)定子絕緣診斷與超聲波

   1.1 大型高壓電機(jī)定子絕緣診斷 近年來大電機(jī)定子絕緣狀態(tài)的診斷一直都是比較受關(guān)注的問題，并且進(jìn)行了大量研究工作，以尋求有效的檢 測(cè)方法，準(zhǔn)確檢測(cè)大電機(jī)環(huán)氧云母絕緣老化狀態(tài)。電機(jī) 運(yùn)行過程中多種應(yīng)力的作用下，定子絕緣內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)各 種微觀缺陷，例如發(fā)生分層、氣隙以及裂紋和脫殼等現(xiàn) 象，導(dǎo)致大電機(jī)定子絕緣會(huì)逐漸老化。絕緣內(nèi)部出現(xiàn)微 觀缺陷可導(dǎo)致絕緣發(fā)生局部放電，甚至引起電機(jī)穿，所以 檢測(cè)分析絕緣微觀缺陷以及研究其對(duì)絕緣造成的影響非常重要，目前的相關(guān)研究主要集中于局部放電參數(shù)與絕 緣缺陷類型的相關(guān)性。D.W.Auckland 等人利用超聲波進(jìn)行絕緣檢測(cè)，結(jié)果證明利用高頻率的超聲波檢測(cè)電機(jī)定 子絕緣效果并不理想，本研究將低頻超聲波應(yīng)用于電機(jī) 定子線棒環(huán)氧云母絕緣診斷，并對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)驗(yàn)［2-3］。

 

　　超聲波技術(shù)超聲波屬于一種頻率高于 20kHz 的彈性介質(zhì)機(jī)械 波，其在固體介質(zhì)中的傳播有橫波和縱波兩種傳播波 型。相比聲波，超聲波有著相似的物理特征和光波，傳播 過程中同樣可以發(fā)生相同的物理現(xiàn)象，例如反射、折射 等。由于超聲波的傳播本質(zhì)在于介質(zhì)分子的相互作用， 所以傳播介質(zhì)中氣隙、密度、裂紋等各種微觀變化均可以 對(duì)聲速以及其他相關(guān)參數(shù)造成極大影響，會(huì)影響聲波的 反射、折射以及聲波的速度，超聲波的這種特性比較適用 于檢測(cè)介質(zhì)特性變化。超聲波的檢測(cè)方法有很多種，每 種檢測(cè)方法都有各自的檢測(cè)原理、接收方法。按照聲波 種類劃分可以分為脈沖波和連續(xù)波，而脈沖回波檢測(cè)以 及脈沖穿透檢測(cè)是脈沖波的兩種檢測(cè)方法，兩種方法均 可適用于本研究系統(tǒng)中，下面著重講解脈沖回波法［4］。

 

　　脈沖波的結(jié)果顯示方法分為A、B、C 三種類型，A 型 掃描是比較基礎(chǔ)的顯示方法，多應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)技術(shù)中， 反射波顯示坐標(biāo)中橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示聲波強(qiáng) 度。C 型掃描顯示中，成像設(shè)備中的坐標(biāo)表示超聲能轉(zhuǎn) 換器檢測(cè)過程中的平面位置，并用特殊陰影和顏色構(gòu)成 被測(cè)樣式的缺陷分布圖。隨著猬集技術(shù)的發(fā)展以及高科 技軟件支持的提高，C 型掃描的彩色成像技術(shù)已經(jīng)發(fā)展 到一定成熟階段。

 

　　超聲換能器是超聲檢測(cè)系統(tǒng)中的重要器件，超聲換 能器的工作頻率在檢測(cè)過程中有著重要作用，超聲波頻 率較高時(shí)聲波波長(zhǎng)較小，檢測(cè)分辨率高，但高頻率下聲波 的穿透性比較差。在電機(jī)定子線棒環(huán)氧云母絕緣診斷 中，云母的聲能吸收較小，所以非常有利于超聲的傳播。 但在實(shí)際應(yīng)用中，環(huán)氧樹脂內(nèi)的云母多以云母片或云母 粉的形態(tài)存在，再加上環(huán)氧樹脂的影響導(dǎo)致聲能衰減較 大。聲能衰減越大時(shí)聲波的穿透力就越差，如果通過減 小聲波頻率來增強(qiáng)穿透力就會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)缺陷的分辨率降 低，所以一定要解決好聲波的穿透力和缺陷檢測(cè)能力之 間的關(guān)系［5］。

 

　　2超聲檢測(cè)實(shí)驗(yàn)本文提出一種基于超聲波的大電機(jī)定子絕緣檢測(cè)系 統(tǒng)，該系統(tǒng)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)A 型掃描和C 型掃描，主要包括幾 個(gè)部分：帶有存儲(chǔ)和分析處理能力的筆記本、超聲波發(fā)生 器以及接收裝置、定位器、示波器以及超聲波換能器5 個(gè)部分。其中以改裝CTS-26 為超聲波發(fā)生器以及接收裝 置，工作頻率為0.5~200.5MHz。超聲波傳感器頻率設(shè)置 為0.5MHz、0.8MHz、1.2MHz。在對(duì)大電機(jī)定子絕緣的檢測(cè)過程中，需要超聲波穿透兩倍的電機(jī)絕緣厚度才能收 到反射波。首先初步研究超聲波檢測(cè)環(huán)氧云母絕緣層壓 板內(nèi)部缺陷的能力，然后進(jìn)行真機(jī)線棒檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。大電 機(jī)定子線棒結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，絕緣外層還設(shè)置有半導(dǎo)體防 暈層，因此超聲波在傳播過程中要經(jīng)過位于換能器、半導(dǎo) 體層、絕緣以及銅之間的3 個(gè)界面，這種情況下接收到的 回波信號(hào)就可能比較復(fù)雜。由于是初步檢測(cè)，所以本次 實(shí)驗(yàn)在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，主要包括聲波頻率實(shí) 驗(yàn)以及絕緣內(nèi)部缺陷實(shí)驗(yàn)兩部分內(nèi)容，并通過人為操作調(diào)節(jié)超聲波換能器。

 

　　檢測(cè)結(jié)果顯示超聲轉(zhuǎn)換器頻率為0.5~1.2MHz 范圍內(nèi)時(shí)比較適用于大電機(jī)定子絕緣檢測(cè)，且頻率越低，清晰度 越高，這一結(jié)論與D.W.Auckland 等人的高頻率超聲波檢測(cè)結(jié)果不理想的結(jié)論相一致。在絕緣缺陷檢測(cè)過程中，通 過圖像顯示可以看到無缺陷部位為純綠色顯示，而移至缺 陷部位出現(xiàn)紅色和紫色兩種顏色顯示，分別代表絕緣線棒 內(nèi)部不同深度的分層缺陷，另外絕緣空洞位置以及耦合異 常部位由黃色部分顯示出來，以上對(duì)絕緣內(nèi)部缺陷的檢測(cè) 結(jié)果與人為缺陷相一致，驗(yàn)證了利用超聲波檢測(cè)絕緣內(nèi)部 缺陷的可行性，這為超聲波應(yīng)用于大電機(jī)定子絕緣狀態(tài)診 斷以及評(píng)估絕緣剩余壽命提供了有利依據(jù)。

 

本文以對(duì)超聲波的絕緣檢測(cè)技術(shù)為研究對(duì)象，探討 了超聲波技術(shù)在大電機(jī)定子線棒絕緣狀態(tài)診斷中的應(yīng) 用，并將超聲波檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于真機(jī)線棒實(shí)驗(yàn)，結(jié)果驗(yàn)證 利用低頻超聲波檢測(cè)大電機(jī)定子線棒絕緣狀態(tài)的可行 性，該結(jié)果對(duì)大電機(jī)定子絕緣剩余運(yùn)行年數(shù)的評(píng)估方法 研究有一定參考價(jià)值。