铸钢件超声波探伤及质量评定

本文通过对铸钢材料的结构、晶粒、常见缺陷的规律,及超声波在铸钢材料中的传播规律、特点的分析,同时通过大量铸钢件的超声波检测实例,得出了铸钢件超声波探伤方法和缺陷评定规则。     

特高压GIS局部放电超声波传播特性仿真

超声波法是一种非破坏性的电力设备局部放电检测方法,运用数值计算方法可以有效地分析超声波的声场特性。为明确特高压GIS局部放电超声波信号的传播特性,采用有限元计算方法仿真研究了特高压GIS不同位置发生局部放电时超声波信号的传播特性。按照某1 100 k V特高压GIS实际尺寸,建立了特高压GIS三维仿真模型,设置单极子声源分别位于GIS中心导体和盆式绝缘子处,布置多个超声波传感器位于GIS外壳不同位置用于接收局部放电产生的超声波信号。仿真得到了GIS壁面上接收的来自不同位置单极子声源产生的超声波声压分布图,以及传感器上超声波信号的时频域特性。分析了超声波信号不同传播路径之间的博弈过程,通过对比不同传感器接收到的超声波信号的先后顺序确定了单极子声源在不同位置时超声波信号的传播路径。仿真结果表明,当单极子声源位于中心导体远离盆式绝缘子时,超声波率先到达距离单极子声源直线距离最近的GIS外壳,然后向两侧传播;当单极子声源位于中心导体靠近盆式绝缘子或者单极子声源位于盆式绝缘子时,超声波将沿着盆式绝缘子传播至GIS外壳,然后向两侧传播。传感器接收到的超声波频谱主要集中在30~40 k Hz,在更高的频率范围内(60~80 k Hz),超声波信号迅速衰减。随着传感器到局放源距离的增加,超声波信号近似以指数规律衰减,在经过盆式绝缘子时,衰减更为严重。     

超声波信号在局部放电检测技术的特征集合探索

高压设备绝缘损坏会引起电力设备的局部放电,造成设备损坏。为实现对电力设备绝缘水平的有效监控,防止严重放电事故的发生,避免造成严重的损失,必须深入研究设备局部放电特征。局部放电超声信号检测是一种行之有效的检测方法,在检测过程中,电磁干扰不会对局部放电的超声波检测造成影响,但传播路径对检测结果的影响较大。本文对局部放电超声波信号的传输特性进行了介绍,对局部放电超声波信号的特征提取方法进行了分析,并利用小波分析对局部放电超声波信号进行了模式识别,对局部放电超声波信号检测的研究工作具有一定的参考价值。     

GIS局部放电超声波定位方法研究与应用

电力设备超声波局部放电检测可分为接触式检测和非接触式检测,GIS设备的超声波局放检测采用是非接触式传感器。文章介绍了超声波在GIS设备中的传播特性以及超声波局部放电检测方法的基本原理,并介绍了几种超声波局部放电定位方法,包括检测区域幅值梯度变化法、改变频率带宽法和信号时延法。结合典型实测案例,分析验证了超声波定位方法在现场检测中的有效性。     

光纤Mach-Zehnder干涉法超声波检测研究

基于马赫曾德(Mach-Zehnder)光学干涉原理,通过在长30 mm、直径11 mm、壁厚0.5 mm的聚碳酸酯棒上缠绕光纤,研制了普通1 550 nm单模光纤、保偏弯曲不敏感光纤这2种干涉传感器(二者的共振频率均为40 kHz),并搭建2套对应的光纤干涉系统,以研究光纤检测电缆局部放电超声波的方法。用超声发生器产生28 kHz和40 kHz的超声波来模拟电缆局部放电超声波,利用光纤干涉系统进行检测试验,通过光纤检测超声信号进行频域分析,研究超声源距离、超声传播介质对光纤传感性能的影响。结果表明:保偏弯曲不敏感光纤干涉传感器及其光纤干涉系统能检测到40 kHz超声波;在超声源和传感器间传播介质为硅橡胶时,传感信号随硅橡胶厚度增加而增强。     

GIS中特高频电磁波模式转换及传播效率的仿真研究

GIS内除了能传递TEM波之外,还存在高次模波分量,如TE11波和TM01波。这些模态之间将相互转换,因此导致分析局部放电特高频信号在GIS内部传播的衰减特性变得困难。为此笔者对特高频信号的各种模态电磁波进行了仿真研究,分析了它们在各种典型GIS管道结构中的模态转换规律,以及GIS筒体结构对特高频电磁波信号在传播过程中所造成的影响,从而揭示了各种模态的特高频电磁波在GIS中传播的规律,解释了局部放电信号在GIS内部各种结构的传播衰减特性,并用试验进行验证。     

局部放电超声信号在变压器模型中的传播

实验研究了变压器模型内局部放电超声波信号的传播路径和变化过程 ,分析了超声探头所采集超声信号的构成并给出了其在变压器模型钢壁上的声压分布规律。结果表明 :每个超声探头所接收到的信号都是几个传播路径超声波叠加的结果 ,每部分之间都存在不同大小的时延 ,最前沿的部分为直接入射的信号 ,能用于时延计算 ;经过反射后接收到的信号传播路径复杂 ,不能直接用于时延计算。     

基于超声波原理的GIS局部放电现场检测及缺陷定位方法

对基于超声波原理的气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)局部放电现场检测及缺陷定位方法进行了研究。通过采集大量数据,归纳了各类GIS局部放电的超声波信号特征,并且分析了局部放电信号和机械振动信号在频谱上的差异,有助于对检测信号进行识别。为准确判定GIS局部放电并分析其原因,进一步研究了声电联合定位方法和超声波时延定位方法在GIS现场检测中的应用,结果显示有助于排除现场干扰,具有良好的准确性和定位精度。     

超声波多普勒流量计换能器的研究与应用

以多普勒效应为基础,进行超声波换能器设计方法和参数选择研究,设计出适用于多普勒流量计的超声波换能器。结合多普勒效应,介绍了超声波多普勒流量计的原理和超声波换能器结构,分析了超声波在管道中的传播过程、换能器等效电路及其材料选择,进而通过计算得到换能器尺寸以及发射角度等参数,根据这些技术参数,进行换能器设计。对超声波换能器进行测试,配以适当的收发电路,得到谐振频率、等效电路的基本参数,收发信号的幅度有所提高,达到流量测量要求。     

超声波局部放电检测装置的检测及校验

超声波传感器及超声波局部放电检测装置的准确性、可靠性对于检测和保护电力设备的安全性至关重要,所以对超声波局部放电检测装置有效性的检定十分必要。文章主要分析了超声波局部放电检测装置的检测与校验系统的设计思路、构建了基于PCI总线工控机的系统结构和研究了超声波测试平台、局放信号超声波模拟模块和超声波信号采集模块的实现方法,这对于超声波局部放电检测装置性能的检测与校验方法以及相关系统的研制具有指导意义。     

不锈钢焊缝中超声传播特性及TOFD检测方法研究

为提高对不锈钢焊缝内部缺陷的超声检测能力,开展了关于焊缝超声波传播特性及其超声衍射时差法(TOFD)的研究工作。通过调整探头间距(PCS)改变检测声束方向,分析检测声束与柱状晶夹角对检测信号信噪比的影响,提出基于超声TOFD技术的焊缝一次波、二次波检测方法;鉴于二次波检测中特征波结构的复杂性,建立了特征波传播模型以识别二次波特征信号。研究结果表明,焊缝中传播的超声波声束呈现明显的各向异性特征,柱状晶与检测声束的夹角是检测信噪比的关键影响因素;与探头置于焊缝根部侧和余高侧相对应,需分别采用一次波和二次波检测方法进行TOFD检测;当检测声束与柱状晶夹角在35°~48°且检测区域具有较高声压时,可有效提高对焊缝缺陷的检测能力。基于声波传播的各向异性特征提出的超声TOFD一次波和二次波检测方法对于提高奥氏体不锈钢焊缝的超声检测能力具有重要作用。     

基于ICA的变压器局部放电超声信号直达波分离研究

针对变压器局部放电超声波检测法存在的定位精度问题,分析了其主要原因在于时延选取的误差,而时延选取误差的主要原因是由于变压器局放超声信号传播规律极其复杂,通过超声传感器接收到的信号是直达波和非直达波以及各种噪声的混合叠加,只有正确分离提取出直达波的时延,才能提高定位精度。为此,本文提出了一种基于独立分量分析(ICA)的变压器局放超声信号直达波分离方法,通过单独分析直达波信号、非直达波信号以及噪声信号各自的主分量特征,运用ICA从混合信号中分离提取出直达波信号并选取时延。仿真和实验结果证明了该方法的可行性。     

海底钴结壳微地形测距系统研究

根据主动检测时延估计法,采用向模拟海底微地形表面发射超声波.应用自适应滤波方法可以估计超声回波信号的时延,即在回波信号(接收信号)前加一延时量,通过不断调整延时量的大小,使最小均方误差(LMS)后的回波信号与参考信号之间方差达到最小值,此刻的延时量就是传输时间t,从而求出距离.通过计算机仿真和试验结果表明,将最小均方误差自适应时延法应用于海底微地形高程数据的测量,获得测距精度高,能够适用于海底微地形的探测.     

基于超声法的大电机局部放电监测系统及其仿真验证

探索了一种新的监测大电机绕组绝缘质量的局部放电方法.介绍了一种基于超声法和虚拟仪器的局部放电实时在线监测系统,分析了系统组成原理和各部分功能.通过实验分析了局部放电超声波信号在大电机定子内的传播特性,以及该超声信号在发电机正常运行时弱噪声和强机械背景噪声下的传播区别.实验证明,利用超声波对大电机绕组绝缘局部放电进行监测是可行的,为实现局部放电故障点定位提供了前期准备工作.     

L型及T型气体绝缘开关模型中电磁波传播特性的仿真研究

采用有限时域差分方法对L型及T型气体绝缘开关(gas-insulated switchgear,GIS)模型中电磁波的传播特性进行仿真计算,分析L型及T型结构GIS中电磁波的分布及其对自身传播特性的影响。研究表明,受速率色散特性的影响,在GIS腔体的直线部分,随着接收点远离激励源,接收电磁波信号的峰-峰值呈衰减分布,但总体能量变化不大。对于L型及T型结构的GIS,在经过L型及T型结构后,信号能量衰减很大。信号频域分析表明,在0°方向存在横电磁波和横电波的11型模波TE11、21型模波TE21和31型模波TE31等高次模波,而在90°方向只存在横电磁波和T21型模波,且信号频率分量的不同导致在不同接收方向上信号能量的分布也会有差异。     

煤矿主接地电极腐蚀超声 SH 波检测方法研究

煤矿井下主接地电极腐蚀检测对于保护工作人员的安全起着极其重要的作用,当前通过运至井上人工肉眼检测的方法耗时耗力且无法定损,因此本文提出了一种基于超声SH波回波特性的煤矿井下主接地电极在线腐蚀检测新方法。首先推导了液浸板结构中SH波的频散方程,选取频散小、传播距离长的零阶SH波作为检测激励信号,建立液浸板结构有限元模型,确定了最佳超声激励频率;其次构建煤矿主接地电极声-固-流多物理场耦合检测模型,仿真研究超声SH0波在主接地电极上的传播特性以及对于腐蚀的检测能力,分析了1～5 mm腐蚀深度以及5～25 mm腐蚀半径下的回波信号特征;最后搭建了煤矿主接地电极无损检测系统,开展了实验验证工作。实验结果表明,通过超声SH波检验井下主接地电极腐蚀缺陷具有可行性,在500 mm×375 mm×5 mm的主接地极板上腐蚀定位误差为5.64%,同时腐蚀信号的幅值与不同程度的腐蚀缺陷与成正相关性,为煤矿井下主接地电极腐蚀检测以及腐蚀程度的定量评估提供了一种有效的方法。     

基于光纤超声传感器的油纸绝缘局部放电超声波信号特性试验研究

对变压器绝缘进行有效的局部放电在线监测,可及时发现变压器的绝缘缺陷,确保整个电力系统的安全运行。本文采用光纤超声传感器对油中局部放电超声信号在油、绝缘纸板、钢板、绝缘纸钢板组合介质以及铜线圈中传播时,超声波衰减情况、传播速度和波形变化进行了试验研究,结果表明:超声波在油、绝缘纸、钢板以及组合介质中传播时信号强度会衰减,但波形不会变化;铜线圈对超声波影响最大,不仅衰减严重,速度减小,而且波形也会发生畸变。最后在实体变压器中进行了实际测量,取得较好的检测效果。     

Study of Partial Discharge Localization Using Ultrasonics in Power Transformer Based on Particle Swarm Optimization

The partial discharge source localization by ultrasonic measurements in power transformers is studied by the Particle Swarm optimization (PSO), and the signal parameter estimated model of ultrasonic localization has been established on the basis of the propagation properties of the ultrasonic wave. The experiment result shows that the PSO algorithm possesses high calculation efficiency and high convergence speed, and can efficiently prevent the result from falling into the local optimum, the localization error of the PSO algorithm is clearly better than that of the Least-Square algorithm obviously.     

基于物理信息嵌入式神经网络的管壁导波成像

为了实现管壁腐蚀缺陷的定量化成像,提出了一种基于物理信息嵌入式卷积神经网络的成像算法,从超声导波信号重 建管壁厚度。 首先推导了超声导波在管壁上传播的二维声波模型,通过矩阵 LU 分解求解频域波动方程,可实现从管壁导波速 度图到声场信号的正演;其次搭建了物理信息嵌入式卷积神经网络,包含 3 个迭代层,每个迭代层由正演模型和残差反演子网 络组成;生成包含随机腐蚀缺陷的管道仿真数据集,搭建网络进行训练和反演,训练集、验证集和测试集的成像结果的平均 Pearson 相关系数分别为 94. 91%、86. 47%和 87. 37%,缺陷图像一致度高;搭建了实验系统,在加工有不规则阶梯缺陷的管道上 采集导波信号进行反演,成像结果良好,厚度图的均方误差为 0. 005 7。 算法将物理模型与神经网络结合在一起,实现了从导波 信号到管道厚度图的高精度成像。