交流磁粉探伤设备指示装置应用问题分析

2019-06-18韩君张俊琴田丽青

铁路技术创新 2019年2期

韩君，张俊琴，田丽青

（1. 大秦铁路股份有限公司太原北车辆段，山西太原 030051；2. 中国铁路太原局集团有限公司，山西太原 030051）

0 引言

磁粉探伤属五大常规无损检测手段之一，具有设备简单、操作方便、观察缺陷直观、灵敏度高的特点，是铁路车辆零部件无损检测中应用最广泛的一种方法[1]。轮轴、钩尾框、制动梁等各类车辆零部件专用磁粉探伤设备，在铁路车辆检修中有非常重要的作用。指示装置是磁粉探伤设备的必要组成部分，用来控制和监视磁化电流[2]。指示装置的合理选用和准确显示对于确保磁化规范参数的实现至关重要。

1 问题表现

铁路车辆零部件磁粉探伤设备大多采用大电流小电压的周向、纵向复合磁化方式。目前现场应用的磁化指示装置中，周向磁化电流指示装置均采用电流表，纵向磁化电流指示装置有2种：电流表和磁势表[3]（本质为电流表）。

1.1 磁化电流指示失真

电流表负载能力一般不超过100 A，而铁路车辆专用磁粉探伤设备上使用电流表，其额定磁化电流一般均超过100 A。为准确显示较大电流，工程上通常采用在设备上加装一定变比互感器及相应变比电流表的方式，实现将大电流转换为检测用的小电流，再将小电流示值按比例在电流表上还原为大电流的功能，从而确保实际磁化电流与电流表示值一致。现场经常发现设备装用电流表的变比与互感器变比不一致的情况，导致磁化电流指示失真。

1.2 纵向磁化指示装置不统一

目前，在磁粉探伤设备上装用的纵向磁化电流指示装置采用电流表和磁势表的均有，表盘单位有kA、kAN及kAT三种不同显示（见图1）。纵向磁化电流表与磁势表是否具有互换性、怎样互换等问题给实际应用造成了一定困扰。

2 原理分析

2.1 互感原理

电流互感器（Current Transformer，CT）的作用是将数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来实现大电流测量[4]。为便于二次仪表测量，需要转换为较统一的电流（GB 1208—2016规定电流互感器的二次额定电流为1 A和5 A，优选值为5 A）。如变比为3 000 A/5 A的电流互感器，可把实际为3 000 A的电流转变为5 A的电流。

图1 同一设备装用过的各指示装置

电流互感器是依据电磁感应原理制成的，由闭合的铁芯和绕组组成。其一次侧绕组匝数很少，串联在需要测量的电流线路中，通常有线路的全部电流流过；二次侧绕组匝数较多，串联在测量仪表中（见图2）。

互感器两侧电流及绕组匝数存在如下关系：

式中：N1为一次侧绕组匝数；I1为一次侧电流值；N2为二次侧绕组匝数；I2为二次侧电流值。

2.2 互感器及电流表变比

设电流互感器的变比为K，则K=I1/I2=N2/N1（如3 000 A/5 A的电流互感器的变比K=3 000 A/5 A=600）。

为准确指示一次侧的真实电流，配套使用的电流表变比也必须为3 000 A/5 A。该变比电流表表示其允许通过的最大电流为5 A，此时仪表盘上显示电流值为3 000 A。

图2 互感器原理

如3000型磁粉探伤设备，出厂额定周向磁化电流为3 000 A，应装用最大量程3 000 A的电流表（变比为3 000 A/5 A），以实现与设备所装用互感器变比的一致性，但使用过程中因电流表需定期拆卸进行计量检定，有可能更换为最大量程3 500 A的电流表（变比3 500 A/5 A），在电流互感器未发生改变的情况下，实际为2 400 A的磁化电流值将显示为2 800 A。

2.3 磁势表原理

磁势表不是基础测量仪表，不能用来直接测量磁势这个物理量。其本质是电流表，实际使用的磁势表均是通过磁化电流、线圈匝数及磁势三者的换算关系，将电流表表盘单位及刻度进行修改后得到，其使用受设备磁化线圈匝数的直接影响，无法互换使用。

3 危害性分析

3.1 电流指示失真

目前铁路车辆检修相关工艺及专用设备检修维护相关规程中均未明确要求探伤设备用磁化电流表的选用必须与设备互感器的变比一致，这使得现场电流表装用只关注表盘最大量程不得低于工艺要求的最大额定磁化电流，而忽略了电流表与设备互感器变比是否一致的问题，从而极易导致电流指示失真。

铁路车辆零部件磁粉探伤在磁化电流确定范围后，日常通过卡控电流表示值及A1-15/50试片的显示情况来判断设备状态是否良好。而A1-15/50试片由软磁质材料制成，在微弱空间磁场作用下即可完整清晰显示，无法真正判定设备磁化效果是否良好。当探伤作业零部件表面磁场强度达不到2 400 A/m的基本磁场强度时就无法形成足够的漏磁场，从而导致小裂纹漏检。