電磁無損檢測技術在電力生產中的應用

師俊杰+邵季飛+石家銘

摘要：電磁無損檢測是以電磁學理論為基礎的無損檢測技術，具有靈敏度高、檢測速度快、效率高等優點，是工業領域中對導電及鐵磁材料工件實施表面檢測的首選方法，在航空航天、核工業、機械、石油、電力、鐵道等工業部門的質量檢驗及管理中發揮著重要作用。隨著我國在電力方面的不斷發展，需要應用大量檢測技術來保證電力的安全。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中最常用的電磁無損檢測技術的基本原理以及它們在電力生產中的一些應用。

關鍵詞：電磁無損檢測 電力生產 渦流檢測 漏磁檢測 微波檢測

中圖分類號：TM154.2 文獻標識碼：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的重要分支，是利用材料在電磁場作用下，呈現出的電學或磁學性能的變化，對材料及構件實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、效率高等優點，是工業領域中對導電及鐵磁材料工件實施表面檢測的首選方法，在航空航天、核工業、機械、石油、電力、鐵道等工業部門的質量檢驗及管理中發揮著重要作用。電力是關系國計民生的產業，維護電力系統的安全穩定運行至關重要。隨著我國在電力方面的不斷發展，需要應用大量無損檢測技術來保證電力的安全。本文主要介紹渦流檢測、漏磁檢測和微波檢測在電力生產中的一些應用。

1 渦流檢測的應用

渦流檢測是以電磁感應為基礎，通過測定被檢工件內感生渦流的變化來無損地評定導電材料及其工件的某些性能，或發現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設備筒體焊縫的渦流檢測。GIS設備在不同電壓等級變電站都有廣泛應用，投入使用后，在內、外部工作環境的作用下，易在筒體焊縫和熱影響區部位產生表面裂紋。筒體一旦發生泄露，可能威脅設備和人身安全。青海電力科學實驗研究院利用渦流檢測方法對GIS設備筒體焊縫的檢測進行了研究[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。現場試驗表明，利用研制的探頭和對比試塊有效檢測帶漆層的GIS設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，其自身質量和有效的檢測方法是生產過程控制的關鍵。國內有公司針對法蘭盤頸根部位的結構特點，設計了R角柔性陣列渦流檢測探頭，開發了鐵塔法蘭盤的陣列渦流檢測工藝方法，可實現法蘭盤橫向、縱向、斜向缺陷的全方位檢測，避免了表面檢測盲區，且探傷靈敏度高[2]。

2漏磁檢測的應用

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，其基本原理是對被檢試件進行局部磁化，處于表面或近表面的缺陷會使工件內的磁力線發生畸變，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，在復雜氣候和天氣環境的影響下，輸電線路導線所經受的巨大的交變張力可導致鋼芯疲勞損傷、斷股。國內有學者設計了一種基于鋼芯損傷、斷股后形成的漏磁進行檢測的傳感器，采用48H號釹鐵硼稀土永磁鐵磁化輸電導線鋼芯，以永磁鐵、導磁體沿導線的徑向寬度和軸向長度為變量，以傳感器質量作為優化目標，應用小生境自適應遺傳算法優化傳感器的結構尺寸。所提方法有效提高了巡線機器人的攜載能力，適用于不同規格導線鋼芯斷股檢測的漏磁傳感器設計和優化[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之一，其爐內水冷壁管在鍋爐的長期運行過程中受到煙氣、煤灰、火焰及管內介質等侵蝕，極易出現腐蝕、沖蝕及磨損等損傷，造成安全隱患。國內已有人將漏磁檢測技術應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，能準確檢出管內壁的腐蝕坑、均勻減薄、深孔、裂紋等缺陷的準確位置，檢測靈敏度達0.5mm，一天可檢測約60～120m2水冷壁管范圍[4]。

3微波檢測的應用

微波檢測是以微波作為信息載體的一種無損檢測技術。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，決定了微波的分布狀況和微波幅值、相位、頻率等基本參數的變化。通過測量微波基本參數的變化，即可判斷被測材料或物體內部是否存在缺陷以及測定其它物理參數。

（1）復合絕緣子的微波檢測。復合絕緣子相比于傳統的玻璃或陶瓷絕緣子，具有體積小、重量輕、憎水性、電暈小等優點，近年來越來越廣泛地應用于電力系統中。隨著復合絕緣子使用量的劇增，少量復合絕緣子難免會產生一些缺陷，比如芯棒脆斷、界面擊穿，導致事故的發生。國內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行缺陷檢測，可識別復合絕緣子內部和表面小于0.4mm的細微缺陷[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的，如果不合格會造成大量浪費。國內有學者基于微波檢測技術，研制了電纜偏心檢測系統。該系統是一個自動平衡微波電橋電路，它的設計分為微波檢測系統、信號處理電路和單片機控制系統，可以直接對電纜芯線位置的變化進行在線準確的判斷與顯示。該系統對工作環境要求不高，成本較低，具有良好的實用性[6]。

4結語

電磁無損檢測技術在發電、輸電、變電等整個電力的生產過程中有著廣泛的應用，在變電站GIS設備筒體、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勢，為減少事故發生，保障電力系統的安全運行做出了重要貢獻。本文分開介紹了三種常用的電磁無損檢測技術在電力生產中的應用，實際應用中可能會根據被檢設備的特點結合多種電磁無損檢測方法。隨著經濟社會的發展，人們對電網的供電可靠性提出了更高的要求，電磁無損檢測技術必將在電力生產中發揮更大的作用。

參考文獻

[1] 何喜梅，閆斌，鄧大勇，等.變電站GIS設備筒體焊縫渦流帶電檢測技術[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用研究[J].失效分析與預防，2013（2）：84-87.

[3] 夏云峰，蔣興良，張志勁，等.應用小生境遺傳算法優化導線鋼芯斷股漏磁檢測傳感器[J].中國電機工程學報，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用[J].湖南工程學院學報（自然科學版），2014（4）：28-30.

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

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