檢測(cè)紙質(zhì)絕緣材料X射線機(jī)的改進(jìn)

盧國(guó)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(huì)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(chǎng)多集中在氣泡上，在電場(chǎng)作用下，氣泡先行游離，會(huì)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(huì)在變壓器運(yùn)行時(shí)由于此處的場(chǎng)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(wú)異物、無(wú)氣隙和產(chǎn)品厚度、密度均勻一致，成為每個(gè)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(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)采用X射線機(jī)對(duì)紙質(zhì)絕緣材料產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)紙質(zhì)絕緣材料的工作原理

X射線是由德國(guó)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(shí)際上是一種波長(zhǎng)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(zhǎng)越短，光子的能量越大，穿透力越強(qiáng)。經(jīng)過(guò)不同密度物質(zhì)時(shí)，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(duì)X射線的吸收多，透過(guò)少；密度小者吸收少，透過(guò)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(kāi)來(lái)，是X射線透視和攝影的物理基礎(chǔ)。

我們使用X射線對(duì)紙質(zhì)絕緣材料進(jìn)行診斷是用不同物質(zhì)對(duì)于X射線的吸收率不同這一原理。也就是說(shuō)，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(cè)時(shí)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(duì)比、產(chǎn)品的特點(diǎn)來(lái)判斷產(chǎn)品中是否有問(wèn)題。舉例來(lái)看，在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行透視檢測(cè)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(cè)人員會(huì)判別出被檢產(chǎn)品中有金屬異物，然后對(duì)異物進(jìn)行定位，從產(chǎn)品找出異物，重新用X射線對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，完成產(chǎn)品的檢測(cè)過(guò)程，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。同樣檢測(cè)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(guó)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(guò)手持檢針器對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，由于檢針器只對(duì)產(chǎn)品中有較大的磁性異物時(shí)才會(huì)報(bào)警，不能檢測(cè)氣隙、厚度不均等缺陷。后來(lái)，隨著變壓器電壓等級(jí)的提高，變壓器紙質(zhì)絕緣所承受的場(chǎng)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(duì)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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)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(cè)產(chǎn)品中的異物、氣隙、厚度不均等缺陷，但存在著很多問(wèn)題：如檢測(cè)精度低，工作臺(tái)縱、橫向移動(dòng)距離短，而且與球管、增強(qiáng)器之間處于固定位置，只能對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行單方向檢測(cè)，需要人工的多次進(jìn)出工作室移動(dòng)產(chǎn)品才能完成產(chǎn)品的檢測(cè)，易產(chǎn)生漏檢；檢測(cè)圖像需要在攝片后，經(jīng)過(guò)顯影、定影、烘干和讀片等漫長(zhǎng)的過(guò)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(shì)，只能靠增加操作人員和延長(zhǎng)工作時(shí)間，同時(shí)也對(duì)操作人員的職業(yè)安全健康帶來(lái)隱患；檢測(cè)圖像的膠片難保存，查找不便，檢測(cè)報(bào)告上不能顯示產(chǎn)品檢測(cè)的圖像。所以對(duì)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(guò)分析，同時(shí)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(diǎn)，結(jié)合操作方法和操作員工安全等方面，對(duì)普通醫(yī)用X射線機(jī)進(jìn)行了如下針對(duì)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(dòng)的特點(diǎn)，在工作臺(tái)上產(chǎn)品不移動(dòng)的情況下對(duì)產(chǎn)品全方位進(jìn)行X射線的檢測(cè)，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(dòng)方法，增加工作床的移動(dòng)軌道，由立柱移動(dòng)改變?yōu)槠酱驳囊苿?dòng)，同時(shí)對(duì)工作床面的縱、橫向移動(dòng)的電機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，使工作床的縱、橫向移動(dòng)距離增加，適應(yīng)對(duì)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(cè)。

（3）在平床工作臺(tái)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(dòng)圓形工作臺(tái)，可對(duì)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(cè)。

（4）在平床工作臺(tái)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(dòng)的情況下，上下移動(dòng)C臂，同時(shí)旋轉(zhuǎn)小圓床，對(duì)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(cè)。

（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(diǎn)、旋轉(zhuǎn)陽(yáng)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(shí)間累積均為液晶屏數(shù)字顯示，并有透視時(shí)間超時(shí)報(bào)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(dòng)調(diào)整。采用AEC自動(dòng)控制曝光，最短曝光時(shí)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(wàn)像素12bit100Hz逐行掃描無(wú)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(tái) X射線機(jī)經(jīng)過(guò)改進(jìn)，操作臺(tái)由1個(gè)工作臺(tái)（平床臺(tái)臺(tái)面100*200cm） 增加為3個(gè)工作臺(tái)（雙軌移動(dòng)平床臺(tái)面120*240cm、長(zhǎng)臺(tái)橫向移動(dòng)距離為大于400cm、縱向移動(dòng)距離為35cm，移動(dòng)圓形工作臺(tái)臺(tái)面直徑120cm、旋轉(zhuǎn)±360°，小圓臺(tái)臺(tái)面直徑50cm、旋轉(zhuǎn)±360°），C型臂球管焦點(diǎn)到增強(qiáng)器最大距離為110cm、上下移動(dòng)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(wàn)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(jiàn)表1、圖1）

表1 X射線機(jī)改進(jìn)前、后對(duì)比表

6 結(jié)語(yǔ)

改進(jìn)后的X光射線機(jī)工作時(shí)，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(hào)，操作人員通過(guò)高清顯示屏現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)觀測(cè)，判斷產(chǎn)品中是否有雜質(zhì)、氣隙、厚度不均等質(zhì)量問(wèn)題，并可根據(jù)需要任意點(diǎn)片或連續(xù)曝光攝片，檢測(cè)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(jiǎn)便，非常適合對(duì)變壓器用紙質(zhì)絕緣材料的檢測(cè)，運(yùn)行以來(lái)改進(jìn)效果已得到國(guó)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(guó)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(diǎn)片曝光裝置控制系統(tǒng)研究[D].重慶:重慶大學(xué),2006.