核电站蒸汽发生器传热管电磁超声导波自动化检测系统设计

蒸汽发生器传热管作为高温气冷堆核电站一回路压力边界的关键部件,承担着热交换及辐射屏障的重要作用,其结构完整性严重影响核电安全运行。针对该类特殊结构传热管的在役检查难题,设计了专用的电磁超声导波自动化检测系统,研制了内置单点检测式的磁场增强型电磁超声导波探头,开发了采用模块化组件的五轴联动多自由度自动运载装置,提出了基于机器视觉的管孔动态定位方法,建立了蒸汽发生器全尺寸模拟体试验平台并开展了定位精度测试与缺陷检测试验。试验结果表明所设计的自动化检测系统可实现任意位置目标管孔的高精度定位及自动行走,可识别模拟体上异种钢焊缝处与距离检测端约60 m处的刻槽缺陷,有效检测范围覆盖传热管全长,有望为高温气冷堆核电站蒸汽发生器特殊结构传热管的质量健康评价提供技术支撑。     

Noncontact detection of electromagnetic noise occurrence due to partial discharges by spatial phase difference method

A new method for detecting the occurrence of partial discharge (PD) in a high-voltage electric apparatus due to a dielectric material defect is presented. This method uses the phase difference of electromagnetic signals emitted through space. The time delay of the signals at two points is estimated. From this, the time delay of the PD and the originating position can be determined. When the electromagnetic wave due to an internal PD is to be measured and an electric power apparatus has a dielectric defect, the mean power of the background noise is normally higher than that of the signal of interest and the signal tends to get lost in the background noise. This paper shows experimentally that the proposed method can be applied to identify the electromagnetic waves emitted from the PD. This method is shown to be useful for detecting and predicting an insulation material defect. © 1997 Scripta Technica, Inc. Electr Eng Jpn. 118 (4): 20–26, 1997     

考虑超声波传播特性对GIS内部自由金属粒子的游离尺寸评价

介绍采用电磁波及超声波检测法探讨精确诊断GIS内部是否有金属粒子存在、位置以及绝缘击穿危险程度的诊断检则。以GIS罐内进行的金属粒子自由落下的试验，探计了有关产生超声波波形的衰减、螺旋波以及速度分散等传播特性，根据校正的超声波振幅值评价了GIS内游离的金属粒子的尺寸。     

电站管超声导波检测的模式选择

电力设备中使用的大量管状构件常处于高温高压的运行状态,其安全直接影响到机组的安全稳定运行,目前常用的探伤方法不仅效率低且不便现场操作,而利用超声导波遥测可实现在一固定位置对管状构件进行长距离检测.为此,对导波在管状结构中的传播特性进行了阐述,分析了其频散现象对导波检测技术的不利影响,并以导波在电站管道和锅炉受热面的实际检测为例,研究了激发超声导波的不同方法和对频散的影响,分析了导波检测中的模式选择和频散抑制方法.     

基于太赫兹波的复合绝缘子界面检测研究

复合绝缘子的交界面缺陷问题严重威胁着电网的安全运行。为了有效评估复合绝缘子的界面性能,研究基于太赫兹波的无损检测方法。首先理论分析了太赫兹反射波在不同性能界面中的传播过程。测试界面气隙、蚀损缺陷情形的太赫兹反射波,分析太赫兹波在含缺陷界面中的反射传播特性。针对气隙缺陷,提出通过太赫兹波形特征比对的定量检测方法;针对蚀损缺陷,提出基于波形差值的成像检测方法。根据太赫兹波形特征信息,可对界面气隙和蚀损缺陷进行分类诊断。对实际缺陷的测试表明,太赫兹时域反射波在复合绝缘子界面缺陷检测中具有较高的应用价值。     

基于GIS中电磁波传播路径特性的局放源定位方法

气体绝缘开关设备（GIS）中发生局部放电（以下简称局放）时,为查找绝缘缺陷,需对局放源进行准确定位。超高频（UHF）时差定位法由于原理简单、实现方便、定位精度高等优点获得了广泛应用,但当局放信号的初始脉冲较小而难以确定信号的起始脉冲时间时,UHF时差法将难以有效运用从而导致较大误差。为提高时差定位法的准确性,对局放电磁波在GIS中的传播路径特性进行研究,分析结果表明,局部放电产生的电磁波在GIS中的传播路径与局放源的位置、检测点的位置密切相关,据此提出了基于传播路径的脉冲时差定位法。实验结果表明,当局放源位于GIS外壳附近、电磁波信号初始脉冲很小、难以辨识时,用该方法可以准确定位。     

电站锅炉小径管内壁裂纹超声波检测

为防止锅炉炉管爆漏,采用超声波检测电站锅炉小径管内壁裂纹很有必要。介绍电站锅炉小径管内壁裂纹超声波检测方法;重点论述小径管内壁裂纹超声波检测探头的选择原则,参考试块的制作,灵敏度及扫查灵敏度的选择,验收标准的确定等。以水冷壁螺纹管为例,简要说明螺纹管内壁螺纹产生的伪缺陷波的判别和小径管内壁裂纹波的波形特征。实践表明, 所给出的检测方法有利于提高锅炉小径管内壁裂纹检出率。     

利用超声导波检测不锈钢波纹管缺陷

分析得出不锈钢波纹管中超声导波的近似频散方程,利用disperse软件对方程进行数值求解,设计出满足不锈钢波纹管超声导波检测的电磁声(EMAT)换能器及压电换能器,并选择L(0,2)模态超声导波对不锈钢波纹管试样进行检测,结果表明超声导波可以检测不锈钢波纹管的横向裂纹缺陷,而对通孔缺陷较难识别。     

笼型异步电动机径向电磁力波的有限元计算

建立笼型异步电动机的场路耦合时步有限元模型,通过定子相电流仿真波形和实测波形的谐波比较验证有效性。基于该模型计算气隙磁通密度,进而利用经典的Maxwell应力张量法计算径向电磁力。气隙磁通密度和径向电磁力均随空间和时间变化,利用二维傅里叶分析分别求解它们的谐波;并探讨齿槽和转差率对磁通密度和径向电磁力的影响,以及磁通密度波和径向电磁力波之间的关系。将径向电磁力波和实测电磁噪声频谱进行了分析和对比,结果表明径向电磁力波的计算是合理有效的。利用本文方法计算的径向电磁力及其谐波可应用于在设计阶段对电磁噪声的分析。     

基于辐射电磁波检测的电力变压器局部放电定位研究

在局部放电特高频检测技术基础上，提出一种基于天线阵列技术和时间差算法的电力变压器局放定位新方法。研究了电磁波法的定位精度与检测频率的关系，提出1~5GHz的局放定位检测频带；对铁心、线圈模型对电磁波传播的影响进行了试验探讨；提出基于4阵元天线阵列检测的方式；设计了基于多样本互相关－移位－叠加－互相关的时延测量算法；最后开发了融合遗传算法的时间差法定位技术，试验验证了该技术的定位效果。结果表明，提出的检测频带、传感器阵列技术及时延算法有效地解决了铁心对定位的不利影响，实现了时延的自动测量并将时延测量精度提高到数十皮秒；通过把遗传算法与时间差算法有机结合成功实现了对单一局放源的定位，实验中定位精度可达数厘米。     

现代行波测距技术及其应用

介绍了利用电压、电流行波进行线路故障测距的方法。单端法是测量故障产生的行波在故障点及母线之间往返一趟的时间来计算故障距离,双端法利用故障行波到达线路两端的时间差测距。阐述了故障行波信号的测量、超高速记录、行波脉冲的小波检测以及双端装置时间精确同步等关键技术问题的解决方案以及行波测距技术实际应用中的若干问题。     

电磁声发射的实验与信号识别研究(英文)

电磁声发射技术是一种新型的无损检测技术,通过对金属部件进行电磁加载会在裂纹处激发出声发射信号,并利用这一现象实现对金属材料的无损检测。本文分析了电磁声发射技术的基本原理与实现过程,采用一种基于波形分析的神经网络模式识别方法,利用小波包变换提取出电磁声发射信号波形的识别特征参数,建立了由10个输入单元、18个隐含单元和单输出组成的人工神经网络识别系统。为了克服BP神经网络收敛速度慢的缺点,提出了一种输入单元数目可变的神经网络改进方法,实验表明该系统能够对有无裂纹板进行快速、准确的识别。     

电厂管道大小头处减薄研究

对电厂管道中大小头(变截面)处减薄损伤机理进行了分析。应用计算流体力学(CFD)软件Fluent对某电厂管道内的冲刷情况进行了模拟,对管道减薄严重处进行了定位,计算结果与实际管道的检测结果吻合较好。同时,论述了控制减薄的改进措施。     

炉内双排换热器管阵列声传播特性的数值研究

根据炉内单排换热器管阵列声传播特性的研究,利用Twersky声散射理论和光学法布里-珀罗干涉原理,研究双排换热器管阵列的声传播特性,分析了双排管阵列对声波的反射、透射和衍射机制,给出了计算炉内双排管阵列声透射与反射系数的数学模型,计算了炉内双排管阵列的声反射与透射系数随声波频率、管阵列横向与纵向节距等参数变化的关系曲线,以及传输泄漏声辐射信号时的聋带和聪带的分布特征,指出双排管阵列对声波的截止带和导通带的位置与管阵列结构参数和炉内温度有关,并在炉内实际环境参数下对声传播特性进行了数值计算,为研究多排管阵列的声传播特性提供了方法,也为利用管阵列透射声谱判断管道泄漏口发生在管排阵列中的位置提供了依据。     

锅炉过热器与再热器流量分配的非线性数学模型及壁温计算方法

根据并联管组各根管子进、出口降之间的关系,并考虑到分配集箱与汇集集箱中流体的静压变化,建立了锅炉过热器、再热器流量分配的非线性数学模型。该模型所使用的经验参数较少,具有较高的计算精度,并可求出每根管子中的工质流量。各根管子上的热负荷分布已知后,再考虑到流量分配特性,即可确定需要进行壁温校核的危险部位及其壁温。此方法克服了目前常用的电厂锅炉壁温计算方法中核核点工质流量与热负荷并一定互相对应的缺点。针对蒲城电厂330MW燃煤直流锅炉1号过热器的改造方案,利用本文提出的方法与电厂锅炉常用的壁温计算方法分别计算了100％与50％锅炉运行负荷下危险部位的壁温。结果表明,所有校核点的壁温均有在管材所允许的范围之内。     

基于三端行波测量数据的输电线路故障测距新方法

行波波速的不确定性往往给行波故障测距带来较大误差.目前消除波速影响的单、双端行波故障测距方法中,常存在折反射后的行波衰减至不可测量的问题,此情况下该方法将失效或存在很大误差.在行波故障测距原理基础上,提出了一种新型的不受波速影响的输电线路三端故障测距方法,检测故障行波渡头到达故障线路本端、对端以及相邻线路对端共3个母线测量点的时刻,由这3个时间参数得到的故障距离表达式中消除了波速的影响和线路弧垂造成的误差.仿真结果表明,该方法定位精度高且简单、可靠.     

超宽带射频技术对变压器多局部放电源的定位

电力变压器局部放电故障大多是在很短时间间隔内相继出现多个放电源,因此对于多放电源的有效定位是定位技术成功的关键,为解决多点局部放电源的定位问题,采用基于最短光程原理的超宽带射频定位技术,用4阵元传感器阵列检测局部放电源激发的电磁辐射波,获取3个相对时延作为计算参量,利用时间差算法实现对局部放电源空间几何位置进行搜索定位,在实验室环境下进行了空间多点模拟局部放电源的定位试验,多放电源的定位误差控制在10cm以内。此外,还介绍了最近在现场真实设备上进行局部放电定位的探索研究,为该技术向实用化方向的发展做出了有益的尝试。     

基于调制电磁脉冲场的主动电磁探测研究

在车辆检测中,主动电磁探测因其性能受环境干扰影响小而越来越受重视。但是主动电磁探测常采用连续波工作,车辆的反射信号与直耦信号叠加在一起,使得检测算法非常复杂。为了大幅度简化检测算法,提出了一种调制电磁脉冲场方法。本系统包括一个磁偶极子发射天线和一个接收线圈,发射天线持续地辐射经正弦信号调制的且极性周期性改变的脉冲信号,这样就产生了一个具有低频成分的发射电磁场。如果目标存在,在接收电磁场的脉冲间隔内,就会出现目标的涡流二次场。连续地在接收电磁场的脉冲间隔内采样并做谱,如果出现此低频成分,则表示目标存在。     

水冷壁管道泄漏声场分布特征数值研究

根据Bloch理论研究了锅炉水冷壁周期表面的声反射行为，指出了水冷壁表面将使入射声波沿多个方向发生散射，其行为类似于反射光栅，其中镜面反射方向的零级衍射波，具有较高的能量份额。炉内水冷壁管道泄漏声场，主要包括泄漏直达声和所在水冷壁面的反射声两部分组成。根据叠加原理和镜像原理，近似计算了水冷壁管道泄漏声辐射的远场空间分布特征。结果表明较高频泄漏声波具有明显的空间指向性特征．在泄漏口正前方声压级(SPL)较高。较低频泄漏声波由于空间干涉效应明显，指向性特征被干涉效应掩蔽，泄漏口正前方的声压级(SPL)甚至有时很低。因此，利用泄漏声强度特征在较低频段不宜对泄漏源进行有效定位，强度定位技术益在较高频段进行，其特征频段与水冷壁管道几何尺寸有关。     

锅炉受热面小径管周向缺陷磁致伸缩导波检测试验研究

针对受热面小径管周向缺陷检测问题,本文设计了纵向磁致伸缩导波传感器,并将其应用于受热面小径管的无损检测。通过分析小径管中纵向导波模态传播特性,选取了130 kHz和250 kHz L(0,2)模态对小径管进行检测。通过比较两个不同尺寸永磁铁构成的偏置磁路对传感器性能的影响,优化选择了尺寸为20×20×10 mm的磁铁。在此基础上,在受热面小径管中进行了纵向导波无损检测试验研究。结果显示,L(0,2)模态可以有效检测小径管内外壁周向缺陷,用中心频率为130 kHz和250 kHz传感器对0.5~2 mm深度周向缺陷检测时发现,缺陷波包幅值随缺陷深度的增加而增加,为实际检测小径管提供依据。