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超声波技术在大电机定子线棒绝缘状态诊断中的应用

作者:admin 时间:2016-02-03 10:36

  西安西玛电机集团股份有限公司技术资料:随着经济的快速发展以及科技的不断进步,我国已经步入了大电网、大电厂、大机组的高度自动控制新时 代,全国发电机总装机容量不断增加,300MW 以上的大机组成为运行主力机组。由于受到电场、热场以及机械 应力等各方面因素的影响,大电机定子绝缘性能会随着 大电机的运行而逐渐下降,直到绝缘失效,因为大电机不 宜于停机检修或者定期维护,所以目前均以状态检修为 主,即在大电机运行过程中对定子绝缘状态进行无损坏 检测,进而评估大电机主绝缘的剩余运行年数,并通过对 电机维护和维修的合理安排延长电机使用寿命,以便取 得更大的经济效益[1]。
 
  大电机定子绝缘诊断与超声波
   1.1 大型高压电机定子绝缘诊断 近年来大电机定子绝缘状态的诊断一直都是比较受关注的问题,并且进行了大量研究工作,以寻求有效的检 测方法,准确检测大电机环氧云母绝缘老化状态。电机 运行过程中多种应力的作用下,定子绝缘内部会出现各 种微观缺陷,例如发生分层、气隙以及裂纹和脱壳等现 象,导致大电机定子绝缘会逐渐老化。绝缘内部出现微 观缺陷可导致绝缘发生局部放电,甚至引起电机穿,所以 检测分析绝缘微观缺陷以及研究其对绝缘造成的影响非常重要,目前的相关研究主要集中于局部放电参数与绝 缘缺陷类型的相关性。D.W.Auckland 等人利用超声波进行绝缘检测,结果证明利用高频率的超声波检测电机定 子绝缘效果并不理想,本研究将低频超声波应用于电机 定子线棒环氧云母绝缘诊断,并对检测系统进行了应用实验[2-3]。
 
  超声波技术超声波属于一种频率高于 20kHz 的弹性介质机械 波,其在固体介质中的传播有横波和纵波两种传播波 型。相比声波,超声波有着相似的物理特征和光波,传播 过程中同样可以发生相同的物理现象,例如反射、折射 等。由于超声波的传播本质在于介质分子的相互作用, 所以传播介质中气隙、密度、裂纹等各种微观变化均可以 对声速以及其他相关参数造成极大影响,会影响声波的 反射、折射以及声波的速度,超声波的这种特性比较适用 于检测介质特性变化。超声波的检测方法有很多种,每 种检测方法都有各自的检测原理、接收方法。按照声波 种类划分可以分为脉冲波和连续波,而脉冲回波检测以 及脉冲穿透检测是脉冲波的两种检测方法,两种方法均 可适用于本研究系统中,下面着重讲解脉冲回波法[4]。
 
  脉冲波的结果显示方法分为A、B、C 三种类型,A 型 扫描是比较基础的显示方法,多应用于工业检测技术中, 反射波显示坐标中横坐标表示时间,纵坐标表示声波强 度。C 型扫描显示中,成像设备中的坐标表示超声能转 换器检测过程中的平面位置,并用特殊阴影和颜色构成 被测样式的缺陷分布图。随着猬集技术的发展以及高科 技软件支持的提高,C 型扫描的彩色成像技术已经发展 到一定成熟阶段。
 
  超声换能器是超声检测系统中的重要器件,超声换 能器的工作频率在检测过程中有着重要作用,超声波频 率较高时声波波长较小,检测分辨率高,但高频率下声波 的穿透性比较差。在电机定子线棒环氧云母绝缘诊断 中,云母的声能吸收较小,所以非常有利于超声的传播。 但在实际应用中,环氧树脂内的云母多以云母片或云母 粉的形态存在,再加上环氧树脂的影响导致声能衰减较 大。声能衰减越大时声波的穿透力就越差,如果通过减 小声波频率来增强穿透力就会导致检测缺陷的分辨率降 低,所以一定要解决好声波的穿透力和缺陷检测能力之 间的关系[5]。
 
  2超声检测实验本文提出一种基于超声波的大电机定子绝缘检测系 统,该系统可同时实现A 型扫描和C 型扫描,主要包括几 个部分:带有存储和分析处理能力的笔记本、超声波发生 器以及接收装置、定位器、示波器以及超声波换能器5 个部分。其中以改装CTS-26 为超声波发生器以及接收装 置,工作频率为0.5~200.5MHz。超声波传感器频率设置 为0.5MHz、0.8MHz、1.2MHz。在对大电机定子绝缘的检测过程中,需要超声波穿透两倍的电机绝缘厚度才能收 到反射波。首先初步研究超声波检测环氧云母绝缘层压 板内部缺陷的能力,然后进行真机线棒检测实验。大电 机定子线棒结构比较复杂,绝缘外层还设置有半导体防 晕层,因此超声波在传播过程中要经过位于换能器、半导 体层、绝缘以及铜之间的3 个界面,这种情况下接收到的 回波信号就可能比较复杂。由于是初步检测,所以本次 实验在停机状态下进行实验检测,主要包括声波频率实 验以及绝缘内部缺陷实验两部分内容,并通过人为操作调节超声波换能器。
 
  检测结果显示超声转换器频率为0.5~1.2MHz 范围内时比较适用于大电机定子绝缘检测,且频率越低,清晰度 越高,这一结论与D.W.Auckland 等人的高频率超声波检测结果不理想的结论相一致。在绝缘缺陷检测过程中,通 过图像显示可以看到无缺陷部位为纯绿色显示,而移至缺 陷部位出现红色和紫色两种颜色显示,分别代表绝缘线棒 内部不同深度的分层缺陷,另外绝缘空洞位置以及耦合异 常部位由黄色部分显示出来,以上对绝缘内部缺陷的检测 结果与人为缺陷相一致,验证了利用超声波检测绝缘内部 缺陷的可行性,这为超声波应用于大电机定子绝缘状态诊 断以及评估绝缘剩余寿命提供了有利依据。
 
本文以对超声波的绝缘检测技术为研究对象,探讨 了超声波技术在大电机定子线棒绝缘状态诊断中的应 用,并将超声波检测系统应用于真机线棒实验,结果验证 利用低频超声波检测大电机定子线棒绝缘状态的可行 性,该结果对大电机定子绝缘剩余运行年数的评估方法 研究有一定参考价值。



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