無損檢測在電力行業(yè)中的應(yīng)用

陳丹迪 楊丹 趙妍欣 莊躍翔 韓文濤 范文軒

摘 要：在當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)不斷快速發(fā)展形勢下，人們的用電需求越來越大，對電力設(shè)備的要求越來越高。無損檢測作為公認(rèn)的工業(yè)產(chǎn)品檢測方法，能夠在不損害被檢測對象使用性能的前提下對產(chǎn)品進(jìn)行檢測，并以其非破壞性、全面性等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)許多行業(yè)和部門都得到了廣泛應(yīng)用。本文主要針對目前無損檢測技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行研究分析。并基于這些探究，提出電力行業(yè)中無損檢測技術(shù)的一些建議。

關(guān)鍵詞：無損檢測;電力行業(yè);優(yōu)缺點(diǎn);應(yīng)用

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，人們對電力行業(yè)有著愈加高標(biāo)準(zhǔn)的要求。人們不僅滿足于對日常用電的需求，還對供電過程中的安全性與穩(wěn)定性有較高要求。在這種形式下，電力行業(yè)需要更加專業(yè)、更高要求的日常維護(hù)及故障檢測技術(shù)。

1. 無損檢測技術(shù)的概述

1.1 無損檢測技術(shù)的含義

無損檢測技術(shù)，即指在不損傷被測材料的前提下，借助先進(jìn)的設(shè)備器材和高新的技術(shù)，并根據(jù)由被測材料的缺陷引起的物理或化學(xué)變化，判斷出缺陷的形狀、性能以及結(jié)構(gòu)。

1.2 無損檢測技術(shù)的特點(diǎn)

與其他檢測技術(shù)相比，無損檢測技術(shù)主要有以下三大特點(diǎn)：1.非破壞性：無損檢測的本質(zhì)要求是非破壞性，即在進(jìn)行無損檢測時不會損害待測對象的使用性能、結(jié)構(gòu)形態(tài)等。2.全面性：由于無損檢測的非破壞性，可以對待測對象進(jìn)行全面檢測，而破壞性檢測無法實(shí)現(xiàn)這一需求。3.全程性：無損檢測可以對產(chǎn)品從材料制作、零件加工、成品制造、使用監(jiān)測等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行全程性的檢測，甚至也可以對服役中的設(shè)備進(jìn)行檢測。而破壞性檢測一般只適用于對原材料的檢測，對于批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，也可以采用抽樣進(jìn)行破壞性檢測的方法進(jìn)行檢測，以其中1個或者幾個產(chǎn)品的檢測結(jié)果代替一批次的產(chǎn)品性能。

除此三大特點(diǎn)以外，無損檢測還具有必要性、廣泛性、多樣性、強(qiáng)應(yīng)用性等特點(diǎn)。

1.3 無損檢測技術(shù)發(fā)展目的以及意義

在電力行業(yè)中應(yīng)用無損檢測技術(shù)的目的和意義是多方面的：其一，在電力設(shè)備及其零件生產(chǎn)過程中增加無損檢測這一環(huán)節(jié)，雖然生產(chǎn)費(fèi)用和生產(chǎn)時間上有所增加，但是可以及時發(fā)現(xiàn)不合格的原材料或半成品，保證產(chǎn)品質(zhì)量，并且有利于防止后續(xù)工序的浪費(fèi)，減少返工，降低廢品率，從而降低制造成本。其二，對電力設(shè)備實(shí)現(xiàn)全程的檢驗和監(jiān)測，尤其是對在役設(shè)備的定期檢測和監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)其表面和內(nèi)部所存在的缺陷，提高電力設(shè)備使用的穩(wěn)定性及安全性。其三，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無損檢測將會向智能化、自動化和圖像化方向發(fā)展，在電力行業(yè)中的應(yīng)用也將全面化和多樣化，將大大提高電力系統(tǒng)中設(shè)備運(yùn)行和控制的性能，有利于提高社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。

2. 無損檢測技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前，無損檢測在電力行業(yè)中的應(yīng)用主要有超聲檢測、射線檢測、聲發(fā)射檢測、磁粉檢測、滲透檢測以及渦流檢測。下面主要針對這六種檢測進(jìn)行分析與探討，并探究其在電力行業(yè)中的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景。

2.1 超聲檢測

2.1.1 超聲檢測原理概述

超聲波檢測是通過超聲波聲場施加在被檢測物體上，利用檢測物體存在的不連續(xù)性（缺陷）或材料特性變化使超聲場的能量分布形式發(fā)生相應(yīng)改變的特點(diǎn)，測量超聲場的某種（或某幾種）參數(shù)的改變來評價被檢測對象是否存在不連續(xù)性（缺陷）或材料特性狀態(tài)的檢測技術(shù)。超聲檢測系統(tǒng)可大致分為三個發(fā)展階段，分別為：模擬式超聲波探傷儀、數(shù)字式超聲波探傷儀和以計算機(jī)為核心的超聲自動檢測系統(tǒng)。

2.1.2 超聲檢測的優(yōu)點(diǎn)

（1）適用材料范圍廣，有較強(qiáng)的穿透力，可用于檢測具有一定厚度的試件的內(nèi)部缺陷。

（2）適用于小尺寸缺陷的檢測，靈敏度較高。

（3）可以比較準(zhǔn)確地確定缺陷的位置。從經(jīng)濟(jì)效益方面看，超聲檢測的檢測方式成本較少而其效率極高。

（4）相較于其他檢測方式，超聲檢測的設(shè)備較為輕便，且不會對人體及環(huán)境造成傷害。

（5）超聲檢測系統(tǒng)發(fā)展至今，已經(jīng)能夠初步實(shí)現(xiàn)自動化檢測，據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，最新的超聲波檢測儀器已經(jīng)能夠永久性記錄檢測結(jié)果，其結(jié)果甚至還包括截屏圖像和視頻等。

2.1.3 超聲檢測的局限性

超聲檢測對位于表面和近表面的一些缺陷難以檢測，而被測對象的形狀上的復(fù)雜性也會對檢測造成一定程度的影響，例如：尺寸小、形狀不規(guī)則、表面粗糙、曲率半徑小等。除形狀的影響外，材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也對其檢測有一定影響。鑒于超聲檢測的檢測結(jié)果并不直觀，有一定的參考評定標(biāo)準(zhǔn)，因而對操作人員的技術(shù)及經(jīng)驗有較高的要求。

2.1.4 超聲檢測的應(yīng)用

超聲檢測應(yīng)用較廣。就材料而言，其適用于金屬及非金屬材料;就被測者的制造工藝而言，其適用于鑄件、鍛件、焊接件、膠接件、復(fù)合材料等;就被測者的形狀而言，其適用于管材、板材、棒材等;就被測者的尺寸而言，其可檢測厚度為1毫米到幾米。在電力行業(yè)中，主要用于繼電器、斷路器、變壓器以及絕緣裝置等發(fā)生電氣放電時的檢測。

2.2 射線檢測

2.2.1 射線檢測原理概述

射線檢測的基本原理是根據(jù)透入射線在材料不同位置產(chǎn)生的不同衰減，利用穿透電離輻射，獲取被檢對象的缺陷圖像信息，從而達(dá)到檢測缺陷的目的。

2.2.2 射線檢測的優(yōu)點(diǎn)

（1）不受被測者的材料、形狀及表面狀況的限制。

（2）其敏感度較高，可對被測者內(nèi)部進(jìn)行檢測。

（3）該種檢測方式不損害被測物，使用面寬，其檢測的底片可供長期保存留檔以備查看，對事故的分析有較大幫助。

（4）該種檢測方式可以將缺陷的圖案直觀的顯示出來，相較于超聲檢測，其結(jié)果更為直觀明了，對操作人員的技術(shù)要求稍低。

2.2.3 射線檢測的局限性

射線檢測將三維物體轉(zhuǎn)變?yōu)槎S圖形，其前后的缺陷會重疊，影響最終的檢測結(jié)果。射線檢測對射線的照射方向也有一定的要求，若射線的透照方向與缺陷方向一致，則缺陷無法被檢測出。此外，射線檢測對人體的副作用較大，即使是采取一定的射線防護(hù)措施也不可避免有一定負(fù)面?zhèn)Γ瑢Νh(huán)境也有一定的輻射污染。

2.2.4 射線檢測的應(yīng)用

射線檢測可用于金屬、陶瓷、復(fù)合材料等多種材料，其可用于缺陷檢測、裝配檢測、密度檢測及尺寸測量。射線檢測在電力行業(yè)主要應(yīng)用于鑄件及焊縫的檢測中。但這種技術(shù)在電力工程中由于工藝復(fù)雜、不當(dāng)?shù)臄[放位置及現(xiàn)場的條件等因素，而直接影響其檢測結(jié)果。

2.3 聲發(fā)射檢測

2.3.1 聲發(fā)射檢測原理概述

材料在由于應(yīng)力作用而產(chǎn)生范性形變或斷裂，釋放出應(yīng)變能（瞬態(tài)彈性波）的現(xiàn)象，稱為聲發(fā)射。

2.3.2 聲發(fā)射檢測的優(yōu)點(diǎn)

（1）聲發(fā)射檢測與其他無損檢測技術(shù)相比，使用比較簡單輕便，檢測費(fèi)用較低，對擴(kuò)展的缺陷非常靈敏

（2）不受缺陷所處位置和方向以及幾何件形狀的制約。

2.3.3 聲發(fā)射檢測的局限性

一般來講，聲發(fā)射檢測需要在加載過程中同步運(yùn)行，無法測出缺陷具體的大小和性質(zhì)，且易受噪音或干擾信號的影響，因此需要佐以其他無損檢測技術(shù)進(jìn)行細(xì)致檢查。

2.3.4 聲發(fā)射檢測的應(yīng)用

聲發(fā)射檢測是一種非靜態(tài)的無損檢測方法，可以對發(fā)射信號進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，并對之進(jìn)行分析觀察，從而判斷聲源并定位。因此，聲發(fā)射檢測技術(shù)適用于容器或結(jié)構(gòu)的在線檢測和耐壓試驗過程中的監(jiān)測。目前，在電力行業(yè)中，聲發(fā)射檢測主要用于檢測高壓蒸汽汽包、管道和閥門，同時也應(yīng)用于汽輪機(jī)葉片檢測、變壓器局部放電檢測等。

2.4 磁粉檢測

2.4.1 磁粉檢測原理概述

磁粉檢測的基本原理是利用漏磁場對磁粉的吸附作用，顯示出材料表面和近表面缺陷的位置和形狀，從而達(dá)到檢測缺陷的目的。

2.4.2 磁粉檢測的優(yōu)點(diǎn)

磁粉檢測結(jié)果直觀易懂、操作過程簡潔明了、成本低廉。而且檢測靈敏度高，檢測的裂紋甚至可小至微米級。

2.4.3 磁粉檢測的局限性

無法準(zhǔn)確的知道缺陷的深度，并且只適用于檢查缺陷在表面和近表面的鐵磁性材料。另外，其觀察評定必須由檢測人員的眼睛觀察，難以實(shí)現(xiàn)真正的自動化檢測，檢測結(jié)果目前主要是通過照相方式保存。

2.4.4 磁粉檢測的應(yīng)用

由于磁粉檢測費(fèi)用低、檢測靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，它被廣泛應(yīng)用于檢測維修具有鐵磁性質(zhì)的電力設(shè)備材料表面和近表面缺陷。

2.5 滲透檢測

2.5.1 滲透檢測原理概述

滲透檢測是一種因為固體染料在一定條件下會發(fā)光的現(xiàn)象和毛細(xì)作用來檢驗非多孔性材料表面開口缺陷的無損檢測方法。被普遍應(yīng)用于檢測非多孔工件。具體的操作方法是在工件表面添加熒光染料的滲透劑或者相溶的著色染料，在液體滲進(jìn)缺陷后，除掉多余的滲透劑，隨后在干燥表面施加顯像劑，在可見光或黑光下觀察，此時會在缺陷處觀察到黃綠色熒光或者鮮艷紅色，從而可以觀察到缺陷的形貌和分布狀態(tài)。

2.5.2 滲透檢測的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）滲透檢測可以不受缺陷方向、尺寸和形狀來檢測工件;

（2）滲透檢測僅需穿透測試一次，即可檢測出工件表面的所有缺陷。

2.5.3 滲透檢測的局限性

滲透檢測不適用于檢查疏松材料制成的工件或者多孔工件;對表面有污染物或開口被堵塞的缺陷不能有效地檢出，不能確定缺陷深度，只能檢測出工件表面的缺陷分布的缺點(diǎn)。同時，滲透檢測受檢測人員個體水平差異的影響較大，檢測的速度較慢，成本較高。而且污染較重，廢液必須要環(huán)保處理，必須要達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)才能排放，還要注意安全衛(wèi)生防護(hù)，注意檢測人員的人身安全。

2.5.3滲透檢測的應(yīng)用

滲透檢測的應(yīng)用范圍較廣，但是需要根據(jù)具體條件選擇不同的滲透方法，滿足規(guī)定的檢測靈敏度等級，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。滲透檢測一般作為輔助檢測方法在電力行業(yè)中應(yīng)用。

2.6 渦流檢測

2.6.1 渦流檢測原理概述

渦流檢測是一種根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行檢測的技術(shù)。渦流檢測的原理是含有交變電流的線圈靠近測試元件時，線圈會產(chǎn)生交變磁場并在被檢試件中產(chǎn)生渦流，渦流的大小、相位和流動方式被樣品性能和缺陷所影響。同時線圈阻抗發(fā)生變化，檢測出線圈阻抗的變化，傳送到放大單元，再傳送給處理單元，然后抑制或消除干擾信號，提取有用信號，最后就可以知道被檢試件性能有是否有缺陷和細(xì)微變化。

2.6.2 渦流檢測的優(yōu)點(diǎn)

（1）渦流檢測在應(yīng)用時不需要與工件接觸，可以在高溫下檢測，也可以在狹小區(qū)域和深孔壁檢測，同時也不需要耦合劑的優(yōu)點(diǎn)。

（2）渦流檢測處理電路時采用不同的信號，防止干擾，檢測速度快，安全防護(hù)簡單。

2.6.3渦流檢測的局限性

渦流檢測僅能應(yīng)用于對能導(dǎo)電的金屬材料和具有感應(yīng)渦流能力的非金屬材料的檢測。而且只能檢測表面和接近表面的缺陷，對于材料內(nèi)部的深層結(jié)構(gòu)的檢測并無大作用。并且渦流檢測方法對缺陷的詳細(xì)情況描述還比較困難，并且對缺陷的顯示不夠直觀。

2.6.4 渦流檢測的應(yīng)用

在現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展下，渦流檢測技術(shù)逐漸被重視。它一般被用于材料的表面、近表面的缺陷檢測，以及材料的材質(zhì)分選、厚度的測量。在電力行業(yè)中，渦流檢測主要應(yīng)用于發(fā)電廠的凝汽器、火電廠的高壓加熱器換熱器等設(shè)備的檢測。

3. 無損檢測技術(shù)在電力系統(tǒng)中的發(fā)展前景

隨著目前各種高新技術(shù)的發(fā)展，把新技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的無損檢測中，實(shí)現(xiàn)無損檢測的高智能化，將成為必然趨勢。而未來無損技術(shù)在電力行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，必將大幅度提高我國電力系統(tǒng)的質(zhì)量與效率，提升我國電力行業(yè)在國際市場上的競爭力。

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1 作者簡介：

陳丹迪（1997-），女，江蘇連云港人，南京工程學(xué)院本科在讀，電氣自動化方向

楊丹（1999-），女，江蘇鹽城人，南京工程學(xué)院本科在讀，電氣自動化方向

趙妍欣（1999-），女，江蘇淮安人，南京工程學(xué)院本科在讀，電氣自動化方向

莊躍翔（1998-），男，江蘇泰州人，南京工程學(xué)院本科在讀，電氣自動化方向

韓文濤（2000-），男，江蘇徐州人，南京工程學(xué)院本科在讀，電氣自動化方向

范文軒（1999-），男，安徽宣城人，南京工程學(xué)院本科在讀，電氣自動化方向