电磁无损检测技术在电力生产中的应用

师俊杰+邵季飞+石家铭

摘要：电磁无损检测是以电磁学理论为基础的无损检测技术，具有灵敏度高、检测速度快、效率高等优点，是工业领域中对导电及铁磁材料工件实施表面检测的首选方法，在航空航天、核工业、机械、石油、电力、铁道等工业部门的质量检验及管理中发挥着重要作用。随着我国在电力方面的不断发展，需要应用大量检测技术来保证电力的安全。本文介绍了涡流检测、漏磁检测、微波检测这三种在电力生产中最常用的电磁无损检测技术的基本原理以及它们在电力生产中的一些应用。

关键词：电磁无损检测 电力生产 涡流检测 漏磁检测 微波检测

中图分类号：TM154.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

电磁无损检测是无损检测技术的重要分支，是利用材料在电磁场作用下，呈现出的电学或磁学性能的变化，对材料及构件实施缺陷探测和性能测试的检测方法，主要包括涡流检测、磁粉检测、漏磁检测、磁记忆检测、微波检测等。电磁无损检测具有灵敏度高、检测速度快、效率高等优点，是工业领域中对导电及铁磁材料工件实施表面检测的首选方法，在航空航天、核工业、机械、石油、电力、铁道等工业部门的质量检验及管理中发挥着重要作用。电力是关系国计民生的产业，维护电力系统的安全稳定运行至关重要。随着我国在电力方面的不断发展，需要应用大量无损检测技术来保证电力的安全。本文主要介绍涡流检测、漏磁检测和微波检测在电力生产中的一些应用。

1 涡流检测的应用

涡流检测是以电磁感应为基础，通过测定被检工件内感生涡流的变化来无损地评定导电材料及其工件的某些性能，或发现其缺陷的无损检测方法，适用于材料的表面和浅表层检测。

（1）变电站GIS设备筒体焊缝的涡流检测。GIS设备在不同电压等级变电站都有广泛应用，投入使用后，在内、外部工作环境的作用下，易在筒体焊缝和热影响区部位产生表面裂纹。筒体一旦发生泄露，可能威胁设备和人身安全。青海电力科学实验研究院利用涡流检测方法对GIS设备筒体焊缝的检测进行了研究[1]。研制了直径15mm左右的正交桥式平线圈作为涡流检测探头，用电火花方法在铝合金板上加工出0.5mm、1.0mm、2.0mm深的人工刻槽作为对比试块。现场试验表明，利用研制的探头和对比试块有效检测带漆层的GIS设备筒体焊缝表面缺陷，但针对不同位置的缺陷，需要选择相对应的灵敏度。

（2）特高压输变电塔法兰的阵列涡流检测。法兰连接是特高压输变电钢杆塔的主要连接方式之一，其自身质量和有效的检测方法是生产过程控制的关键。国内有公司针对法兰盘颈根部位的结构特点，设计了R角柔性阵列涡流检测探头，开发了铁塔法兰盘的阵列涡流检测工艺方法，可实现法兰盘横向、纵向、斜向缺陷的全方位检测，避免了表面检测盲区，且探伤灵敏度高[2]。

2漏磁检测的应用

漏磁检测是基于铁磁性材料磁性变化的一种无损检测技术，其基本原理是对被检试件进行局部磁化，处于表面或近表面的缺陷会使工件内的磁力线发生畸变，通过检测工件表面漏磁场便可确定缺陷的位置、形状和大小。

（1）高压输电线钢芯的漏磁检测。输电线路要跨越较大的地理空间，在复杂气候和天气环境的影响下，输电线路导线所经受的巨大的交变张力可导致钢芯疲劳损伤、断股。国内有学者设计了一种基于钢芯损伤、断股后形成的漏磁进行检测的传感器，采用48H号钕铁硼稀土永磁铁磁化输电导线钢芯，以永磁铁、导磁体沿导线的径向宽度和轴向长度为变量，以传感器质量作为优化目标，应用小生境自适应遗传算法优化传感器的结构尺寸。所提方法有效提高了巡线机器人的携载能力，适用于不同规格导线钢芯断股检测的漏磁传感器设计和优化[3]。

（2）电站锅炉水冷壁管的漏磁检测。锅炉是电站的三大主机之一，其炉内水冷壁管在锅炉的长期运行过程中受到烟气、煤灰、火焰及管内介质等侵蚀，极易出现腐蚀、冲蚀及磨损等损伤，造成安全隐患。国内已有人将漏磁检测技术应用于某电厂的锅炉水冷壁管检测。通过马鞍形探头在水冷壁管外部快速扫描检测，能准确检出管内壁的腐蚀坑、均匀减薄、深孔、裂纹等缺陷的准确位置，检测灵敏度达0.5mm，一天可检测约60～120m2水冷壁管范围[4]。

3微波检测的应用

微波检测是以微波作为信息载体的一种无损检测技术。在微波检测中，微波与被检材料相互作用，材料的电磁特性和微波场的响应，决定了微波的分布状况和微波幅值、相位、频率等基本参数的变化。通过测量微波基本参数的变化，即可判断被测材料或物体内部是否存在缺陷以及测定其它物理参数。

（1）复合绝缘子的微波检测。复合绝缘子相比于传统的玻璃或陶瓷绝缘子，具有体积小、重量轻、憎水性、电晕小等优点，近年来越来越广泛地应用于电力系统中。随着复合绝缘子使用量的剧增，少量复合绝缘子难免会产生一些缺陷，比如芯棒脆断、界面击穿，导致事故的发生。国内有研究院提出一种基于高频微波的检测方法，利用微波在硅橡胶与缺陷以及缺陷与芯棒交界处的折反射进行缺陷检测，可识别复合绝缘子内部和表面小于0.4mm的细微缺陷[5]。

（2）电力电缆偏心的微波检测。电缆偏心就是电缆的导电芯线和它外面的绝缘层不同心，从而使电缆横截面上的绝缘层厚度不一样。电缆的绝缘层厚度是以它最薄的地方为准的，如果不合格会造成大量浪费。国内有学者基于微波检测技术，研制了电缆偏心检测系统。该系统是一个自动平衡微波电桥电路，它的设计分为微波检测系统、信号处理电路和单片机控制系统，可以直接对电缆芯线位置的变化进行在线准确的判断与显示。该系统对工作环境要求不高，成本较低，具有良好的实用性[6]。

4结语

电磁无损检测技术在发电、输电、变电等整个电力的生产过程中有着广泛的应用，在变电站GIS设备筒体、电站锅炉水冷壁、架空输电线、绝缘子、钢杆塔法兰、电缆检测等方面有明显优势，为减少事故发生，保障电力系统的安全运行做出了重要贡献。本文分开介绍了三种常用的电磁无损检测技术在电力生产中的应用，实际应用中可能会根据被检设备的特点结合多种电磁无损检测方法。随着经济社会的发展，人们对电网的供电可靠性提出了更高的要求，电磁无损检测技术必将在电力生产中发挥更大的作用。

参考文献

[1] 何喜梅，闫斌，邓大勇，等.变电站GIS设备筒体焊缝涡流带电检测技术[J]. 青海电力，2012（2）：17-22.

[2] 林俊明，李寒林，赵晋成，等.阵列涡流检测特高压输变电塔法兰的应用研究[J].失效分析与预防，2013（2）：84-87.

[3] 夏云峰，蒋兴良，张志劲，等.应用小生境遗传算法优化导线钢芯断股漏磁检测传感器[J].中国电机工程学报，2011（19）：122-128.

[4] 覃波，吴安如，彭欣. 漏磁检测在电站锅炉水冷壁管腐蚀检测中的应用[J].湖南工程学院学报（自然科学版），2014（4）：28-30.

[5] 王黎明，李昂，成立，等.基于微波反射法的复合绝缘子无损检测方法[J]. 高电压技术，2015（2）：584-591.

[6] 丁梦瑶.微波电缆偏心在线检测系统的研究[D].天津：河北工业大学，2011.