检测纸质绝缘材料X射线机的改进

卢国庆，吴军霞

（泰州新源电工器材有限公司，江苏泰州225300）

变压器用纸质绝缘材料是高电压油浸变压器中最重要的材料之一，用其生产的产品是变压器构造的关键部位，其结构中存在的金属杂质、气隙、厚度均匀性、密度的均匀性，都是影响到变压器运行的关键因素，其电气性能和质量直接影响变压器运行的可靠性和变压器使用寿命。如果纸质绝缘材料中存在杂质，会使电介质内部导电离子增加，使材料的电阻率下降。如果在纸质绝缘材料中留有气隙，则外加电场多集中在气泡上，在电场作用下，气泡先行游离，会引起局部放电，导致绝缘老化，降低绝缘能力[1]，严重的会在变压器运行时由于此处的场强变化引起纸质绝缘材料击穿，造成输变电设备的故障。因此，保证纸质绝缘材料中无异物、无气隙和产品厚度、密度均匀一致，成为每个生产纸质绝缘材料厂家生产质量控制的重要环节。然而，由于多种因素的影响，产品中存在异物、气隙等影响产品质量的缺陷，一直是困绕生产企业的难题。

目前国内生产企业采用X射线机对纸质绝缘材料产品进行检测，力求达到产品符合变压器用的标准要求。

1 X射线机检测纸质绝缘材料的工作原理

X射线是由德国伦琴教授在1895年发现的[2]，这种由真空管发出能穿透物体的辐射线，穿透能力强。X射线实际上是一种波长极短、能量很大的电磁波。X射线穿透物质的能力与射线光子的能量有关，X射线的波长越短，光子的能量越大，穿透力越强。经过不同密度物质时，透射光强度不一样，X射线穿透力与物质密度有关，密度大的物质对X射线的吸收多，透过少；密度小者吸收少，透过多[3]。医学上利用差别吸收这种性质可以把密度不同的骨骼与肌肉、脂肪等软组织区分开来，是X射线透视和摄影的物理基础。

我们使用X射线对纸质绝缘材料进行诊断是用不同物质对于X射线的吸收率不同这一原理。也就是说，根据纸质绝缘材料产品本身的密度和产品中的异物密度、气隙密度是不同的，在接受X射线检测时所吸收的X射线也就不同，在荧光屏上或摄影胶片上引起的荧光作用，因而在荧光屏上或摄影胶片上将显示出不同密度的阴影，我们根据图像阴影浓淡对比、产品的特点来判断产品中是否有问题。举例来看，在对产品进行透视检测的情况下，如纸质绝缘材料产品中夹有金属异物，由于纸质绝缘材料产品密度比金属异物密度小，吸收的X射线少，图像显示阴影就淡，金属异物密度大，吸收的X射线大，图像显示阴影就黑，检测人员会判别出被检产品中有金属异物，然后对异物进行定位，从产品找出异物，重新用X射线对产品进行检测，完成产品的检测过程，保证产品的质量。同样检测产品中的其他异物、产品中的气隙、产品密度不一致、产品的厚度不均和组装产品每层之间撑条的粘接质量都是采用上述原理。

2 改进普通医用X射线机的必要性

在我国七十年代初期，生产变压器用纸质绝缘材料的企业为了防止产品中存在异物，只能通过手持检针器对产品进行检测，由于检针器只对产品中有较大的磁性异物时才会报警，不能检测气隙、厚度不均等缺陷。后来，随着变压器电压等级的提高，变压器纸质绝缘所承受的场强也随之提高，尤其是用在直流输变电用换流变压器绝缘中，对纸质绝缘材料产品的质量要求也不断提高。我们生产企业根据X射线的工作原理，逐渐采用普通医用X射线机对产品进行检测。经过多年的实际运用后，我们认为普通医用X射线机虽然能够检测产品中的异物、气隙、厚度不均等缺陷，但存在着很多问题：如检测精度低，工作台纵、横向移动距离短，而且与球管、增强器之间处于固定位置，只能对产品进行单方向检测，需要人工的多次进出工作室移动产品才能完成产品的检测，易产生漏检；检测图像需要在摄片后，经过显影、定影、烘干和读片等漫长的过程，工作效率十分低下，不能适应现在产品订单急、交货期短和质量要求高的形势，只能靠增加操作人员和延长工作时间，同时也对操作人员的职业安全健康带来隐患；检测图像的胶片难保存，查找不便，检测报告上不能显示产品检测的图像。所以对普通医用X射线机进行改进是必要的。

3 改进方案

通过分析，同时根据纸质绝缘材料产品的密度和人体密度不同、产品的形状和人体不同等特点，结合操作方法和操作员工安全等方面，对普通医用X射线机进行了如下针对性的改进：

（1）把医用C型臂X射线机中C型臂安装在DR产品中的U型臂的立柱上，利用C型臂可以多方位旋转和上下移动的特点，在工作台上产品不移动的情况下对产品全方位进行X射线的检测，增加了设备利用率，减少了操作人员进出机房的次数，提高了工作效率。

（2）改进医用X射线机中工作床的移动方法，增加工作床的移动轨道，由立柱移动改变为平床的移动，同时对工作床面的纵、横向移动的电机进行改进，使工作床的纵、横向移动距离增加，适应对大产品（如薄的大压板、纸板、大组装件等）进行X射线的检测。

（3）在平床工作台轨道旁增加一组轨道，轨道上增加桌面直径达1.2m、可以旋转±360°的移动圆形工作台，可对角环、静电环、整体角环等有弧形产品进行X射线的检测。

（4）在平床工作台轨道的另一端增加桌面直径达0.5m、可旋转±360°的小圆床，在C臂水平不动的情况下，上下移动C臂，同时旋转小圆床，对小直径、圆柱形产品（如均压球、绝缘筒）进行360°X射线的检测。

（5）主机选用进口高频高压发生器及X线管组件。X线高频高压发生器与微焦点、旋转阳极X射线管系采用一体化结构，能产生高质量的X射线。透视kV、mA及摄影kV、mA、透视时间累积均为液晶屏数字显示，并有透视时间超时报警功能，在保证X线管最大使用容量的前提下，随着kV的选择而mA自动调整。采用AEC自动控制曝光，最短曝光时间1ms；工作站由进口金属屏超高质增强管（中心分辨率最大62LP/cm）、100万像素12bit100Hz逐行扫描无闪耀的CCD摄像系统、数字采集系统和监视器等组成。

4 改进后X射线机工作参数

（1）工作台 X射线机经过改进，操作台由1个工作台（平床台台面100*200cm） 增加为3个工作台（双轨移动平床台面120*240cm、长台横向移动距离为大于400cm、纵向移动距离为35cm，移动圆形工作台台面直径120cm、旋转±360°，小圆台台面直径50cm、旋转±360°），C型臂球管焦点到增强器最大距离为110cm、上下移动距离为125cm、绕水平轴旋转±90°，绕垂直轴旋转±45°。

（2） 主要技术参数 主机kV调节范围40~150kV，mA调节范围0.5~630mA，最大容量50kV，摄影电量调节范围2~800mAs，透视调节范围40~110kV/0.2~20mA，增强器9"，摄像机100万像素12bitCCD，监视器18英寸LCD分辨率 1280×1024，球管功率 40/100kw，小焦0.6mm/大焦1.2mm，铝栅格比10：1，栅密度60LP/cm。

5 改进效果的比较（见表1、图1）

表1 X射线机改进前、后对比表

6 结语

改进后的X光射线机工作时，X射线发射球管发出连续的保证适宜产品密度和厚度的射线强度，经由高清增强器接收，转变成数字图像信号，操作人员通过高清显示屏现场实时观测，判断产品中是否有杂质、气隙、厚度不均等质量问题，并可根据需要任意点片或连续曝光摄片，检测数据按产品订单信息要求进行建档保存。结构合理，操作简便，非常适合对变压器用纸质绝缘材料的检测，运行以来改进效果已得到国内多家变压器用纸质绝缘材料生产企业和变压器制造企业的认可，为变压器用纸质绝缘材料的内在质量提供了保证。

[1]荆宏智.绝缘材料与绝缘伯制造工艺/变压器制造技术丛书[M].北京:机械工业出版社,2001.

[2]程国均.大学物理教程[M].北京:科学出版社,2002.

[3]胡宝剑.医用X射线机点片曝光装置控制系统研究[D].重庆:重庆大学,2006.