專利名稱：一種雙頻率超聲檢測發電機定子絕緣缺陷的方法
技術領域：
本發明用于大型發電機定子絕緣的老化狀態檢測領域，特別涉及一種雙頻 率超聲檢測發電機定子絕緣缺陷的方法。
背景技術：
目前大型發電機定子絕緣老化狀態診斷常用的方法是局部放電測量。但是此 方法很容易受現場電磁波、電力系統諧波等干擾的影響，其準確度受到一定影 響。
近年來，針對局部放電測量技術的缺陷和不足，國內研制了適合大型發電 機定子絕緣狀態診斷的低頻超聲反射檢測裝置及其方法。該方法可以實現以下 目的(1)適用于大型發電機定子絕緣的狀態診斷；(2)檢測得到在定子絕緣 內傳播、并在定子絕緣-銅導體界面或者是絕緣缺陷處發射的超聲反射全波波形， 保證超聲波中攜帶絕緣材料微觀結構變化的所有信息；(3)不僅能檢測絕緣缺 陷，對產生絕緣缺陷之前(無缺陷)絕緣的老化狀態也能診斷，以預測突然產 生并快速發展的絕緣裂紋的出現；(4)整個檢測裝置能夠滿足現場檢測的要求。
低頻超聲法使用的超聲發射探頭的頻率為0. 5 MHz或0. 76MHz 。由于頻率低 穿透力強，故該頻率探頭可以方便地檢測出定子絕緣上表面與下表面的反射回 波，超聲波通過上下表面反射回波的時間為"如絕緣層厚度為A則絕緣層中 的聲速可用公式v二d/2f計算得出，根據聲速的大小可以對電機絕緣進行狀態評 估和壽命預測。然而聲速只能判斷電機絕緣整體的老化狀態，無法判斷絕緣的 局部缺陷以及缺陷種類，因此，低頻超聲法對電機絕緣的局部老化狀況及缺陷 檢測能力不足。
發明內容
針對以上技術問題，本發明的目的在于提出一種雙頻率超聲檢測發電機 定子絕緣缺陷的方法，該方法不僅能夠檢測大型電機定子絕緣的整體老化
3狀態，而且能夠檢測并定位其內部局部缺陷。
為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。
一種雙頻率超聲檢測發電機定子絕緣缺陷的方法，基于具有低頻探 頭和高頻探頭的超聲波發生及接收裝置和用于跟蹤顯示超聲波的示波 器，其特征在于，包括以下步驟
首先，在發電機定子絕緣的上表面涂抹超聲耦合劑形成耦合層，將低頻 探頭放置在超聲耦合層上，示波器顯示發射波、耦合層回波、發電機定子 絕緣的底面回波；
其次，逐步用力將低頻探頭抵壓發電機定子絕緣的上表面，耦合層逐 漸變薄，耦合層回波的波峰逐漸變小、發電機定子絕緣的底面回波的波峰逐 漸變大，標記耦合層回波的波峰位置和發電機定子絕緣的底面回波的波峰位 置；
最后，將低頻探頭換為高頻探頭，在示波器標記的耦合層回波的波峰位 置和發電機定子絕緣的底面回波的波峰位置之間尋找缺陷回波，確定缺陷位 置相對于發電機定子絕緣的底面的距離。
本發明的進一步改進和特點在于
所述超聲耦合劑為TM-100型醫用超聲耦合劑。
所述低頻探頭頻率為0.5MHz 0.8MHz ，所述高頻探頭頻率為 0.8MHz lMHz。
本發明中，利用低頻探頭抵壓發電機定子絕緣的上表面，耦合層逐漸 變薄，耦合層回波的波峰逐漸變小、發電機定子絕緣的底面回波的波峰逐漸 變大，可以方便地標記耦合層回波的波峰位置和發電機定子絕緣的底面回波 的波峰位置，并可以根據發電機定子絕緣的厚度計算超聲波波速，或根據 超聲波波速計算發電機定子絕緣的厚度，從而與未經老化的發電機定子 絕緣的超聲波性能進行對比，評判發電機絕緣的整體老化狀態；利用高頻 探頭，在示波器標記的耦合層回波的波峰位置和發電機定子絕緣的底面回 波的波峰位置之間尋找缺陷回波，并可以確定缺陷位置相對于發電機定子絕緣底面的距離，以便評估缺陷位置對發電機定子絕緣性能的整體影響， 以保證發電機的運行安全。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步詳細說明 圖1為本發明的雙頻率超聲檢測發電機定子絕緣缺陷的檢測示意
圖；其中橫坐標代表時間T，單位為S;橫坐標代表幅值U，單位為 V; l為耦合層回波；2為發電機定子絕緣的底面回波；3為缺陷回波。
具體實施例方式
本發明的雙頻率超聲檢測發電機定子絕緣缺陷的的方法，基于具有低頻探 頭和高頻探頭的超聲波發生及接收裝置和用于跟蹤顯示超聲波的示波器。超聲 波發生及接收裝置的同步電路產生周期ft的同步脈沖信號， 一方面觸發發射電 路，產生電脈沖激勵探頭內的壓電晶片產生脈沖超聲波入射到發電機定子絕緣 后，在定子絕緣中傳播，遇到絕緣-導體界面或缺陷處的絕緣-空氣界面時超聲波 發生反射，反射波由探頭接收轉換成電脈沖，經放大調理后形成全波波形，該 波形加到數字化示波器或者采用數字采集卡(采樣頻率》100M)完成數字化采 集，并存儲在電腦上以便進行數字信號處理和診斷評估分析。
下面結合發電機定子絕緣通常采用的環氧云母復合材料進行實際的 檢測試驗說明。 -
發電機定子絕緣是一種聲衰減很大的材料，因此超聲探頭的頻率是一個很 重要的檢測參數。檢測發電機定子絕緣的超聲波必須具有較強的穿透能力和較 高的分辨力，較高的分辨力是與較高的頻率相對應的。然而頻率越高，超聲波 在復合材料中的衰減越嚴重，穿透性越差，較高的分辨力與較好的穿透性在檢 測電機絕緣時不能兼顧。因此必須研究適合發電機定子絕緣檢測的超聲頻率， 在穿透性與分辨力之間尋找一個合適的平衡點。目前，超聲縱波檢測中應用較 普遍的2. 0MHz 5. OMHz探頭明顯頻率過高，因此發明人研制了四個頻率分別為 0. 59MHz、 0. 76MHz、 0. 98MHz、 1. 29MHz的低頻直探頭進行對比試驗與分析。
5用上述4個頻率的探頭分別測量發電機定子絕緣的聲速及缺陷，根
據發電機定子絕緣聲傳播特性制作環氧樹脂標準試塊，并在不同位置設 置直徑為lmm的氣隙孔作為絕緣缺陷。分別在標準試塊上進行檢測，并 對無孔位置和有孔位置的檢測結果進行比較。通過4個頻率的探頭在標 準試塊上的檢測可知1.29MHz探頭頻率過高，雜波較多，不適用于發 電機定子絕緣的超聲檢測；而0.5MHz探頭的頻率較低，在材料中雜波 少，底面回波清晰，但由于其波長過長，不能用于檢測缺陷，但適用于 發電機定子絕緣的底面回波判定，可作為復雜波形的輔助判定；0. 76MHz 與0.98M探頭檢測發電機定子絕緣的缺陷和底面回波效果較好，其中
0. 76M探頭雜波較少，而0. 98MHz探頭檢測缺陷回波較明顯，因此均適 用于發電機定子絕緣的超聲檢測。綜上所述，對于采用環氧云母復合材 料的發電機定子絕緣，可以選用0.5MHz 0.8MHz的低頻探頭檢測底面 回波，選用0.8MHz lMHz的高頻探頭檢測缺陷回波。
參照圖1，本發明的雙頻率超聲檢測發電機定子絕緣缺陷的的方法， 具體包括以下步驟
首先，在發電機定子絕緣的上表面涂抹TM-100型醫用超聲耦合劑形成 耦合層，將低頻探頭放置在超聲耦合層上，示波器顯示發射波、耦合層回波
1、 缺陷回波3、發電機定子絕緣的底面回波2。
同時發明人發現TM-IOO型醫用超聲耦合劑粘度約為17Pa* s (20°C)，能 很好的固定住探頭，其聲阻抗為1500 1700kg/cm2 s，雖然與定子絕緣的聲阻 抗差別較大，但是由于其延展性好，加上探頭后耦合劑變為極薄一層，對聲能 的傳遞并無影響；并對探頭加力大小進行變化，可知加力大小對超聲回波檢測 效果并無影響(二者反射回波位置完全重合)，因此，TM-100型醫用超聲耦合劑 用于檢測定子絕緣重復性好，非常適用于定子絕緣的超聲檢測。同時以往低頻 超聲檢測所采用的凡士林或硅脂耦合劑，試驗證明凡士林或硅脂的物理和聲學 性能并不適合大電機主絕緣缺陷的超聲檢測。
其次，逐步用力將低頻探頭抵壓發電機定子絕緣的上表面，耦合層逐漸變薄，耦合層回波的波峰逐漸變小、發電機定子絕緣的底面回波的波峰逐 漸變大，標記耦合層回波的波峰位置和發電機定子絕緣的底面回波的波峰位 置。
由于聲能必須通過耦合劑進行傳遞，而耦合劑是粘稠體，若檢測時對耦合 劑加力小，則耦合層較厚會產生超聲回波，同時缺陷回波和底面回波幅值會變 小；檢測時對耦合劑加力大，則耦合層很薄，不會引起回波，而只是把探頭與 檢測面之間的空氣排除，使聲能全部透射。因此檢測時可以通過先對耦合劑加 力小來判斷耦合層出現的位置，然后再加力大，那么耦合層回波會消失，則可 判定耦合層回波位置，同時耦合層回波前穩定不動的波峰就是發射波。同時， 用低頻探頭(0.5MHz 0.8MHz)測量底面位置。低頻探頭的穿透力強，經過絕 緣層后衰減較小，故低頻探頭檢測的底面回波幅值較大，容易辨別。
最后，將低頻探頭換為高頻探頭，在示波器標記的耦合層回波的波峰位置 和發電機定子絕緣的底面回波的波峰位置之間尋找缺陷回波，確定缺陷位置相 對于發電機定子絕緣的底面的距離。由于超聲波波速僅與材料的性質有關，而 與聲源頻率、幅值等參數無關，試塊的厚度不變，不同頻率探頭在絕緣層中各 位置包括缺陷位置產生的回波位置應該相同。因此，可以確定缺陷位置相對于 發電機定子絕緣的底面的距離，用來評估缺陷位置對發電機定子絕緣的整體影 響，以保證發電機的運行安全。
權利要求
1、一種雙頻率超聲檢測發電機定子絕緣缺陷的的方法，基于具有低頻探頭和高頻探頭的超聲波發生及接收裝置和用于跟蹤顯示超聲波的示波器，其特征在于，包括以下步驟首先，在發電機定子絕緣的上表面涂抹超聲耦合劑形成耦合層，將低頻探頭放置在超聲耦合層上，示波器顯示發射波、耦合層回波、發電機定子絕緣的底面回波；其次，逐步用力將低頻探頭抵壓發電機定子絕緣的上表面，耦合層逐漸變薄，耦合層回波的波峰逐漸變小、發電機定子絕緣的底面回波的波峰逐漸變大，標記耦合層回波的波峰位置和發電機定子絕緣的底面回波的波峰位置；最后，將低頻探頭換為高頻探頭，在示波器標記的耦合層回波的波峰位置和發電機定子絕緣的底面回波的波峰位置之間尋找缺陷回波，確定缺陷位置相對于發電機定子絕緣的底面的距離。
2、 根據權利要求1所述的一種雙頻率超聲檢測發電機定子絕緣缺陷的 的方法，其特征在于，所述超聲耦合劑為TM-100型醫用超聲耦合劑。
3、 根據權利要求1所述的一種雙頻率超聲檢測發電機定子絕緣缺陷的 的方法，其特征在于，所述低頻探頭頻率為0.5MHz 0.8MHz，所述高頻探頭頻 率為0.8MHz lMHz。
全文摘要
本發明公開了一種雙頻率超聲檢測發電機定子絕緣缺陷的方法，包括以下步驟首先，在發電機定子絕緣的上表面涂抹超聲耦合劑形成耦合層，將低頻探頭放置在超聲耦合層上，示波器顯示發射波、耦合層回波、發電機定子絕緣的底面回波；其次，逐步用力將低頻探頭抵壓發電機定子絕緣的上表面，耦合層逐漸變薄，耦合層回波的波峰逐漸變小、發電機定子絕緣的底面回波的波峰逐漸變大，標記耦合層回波的波峰位置和發電機定子絕緣的底面回波的波峰位置；最后，將低頻探頭換為高頻探頭，在示波器標記的耦合層回波的波峰位置和發電機定子絕緣的底面回波的波峰位置之間尋找缺陷回波，確定缺陷位置相對于發電機定子絕緣的底面的距離。
文檔編號G01R31/34GK101644745SQ20091002379
公開日2010年2月10日 申請日期2009年9月4日 優先權日2009年9月4日
發明者鍇 吳, 孟永鵬, 彭發東, 成永紅 申請人:西安交通大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
