专利名称：一种双频率超声检测发电机定子绝缘缺陷的方法
技术领域：
本发明用于大型发电机定子绝缘的老化状态检测领域，特别涉及一种双频 率超声检测发电机定子绝缘缺陷的方法。
背景技术：
目前大型发电机定子绝缘老化状态诊断常用的方法是局部放电测量。但是此 方法很容易受现场电磁波、电力系统谐波等干扰的影响，其准确度受到一定影 响。
近年来，针对局部放电测量技术的缺陷和不足，国内研制了适合大型发电 机定子绝缘状态诊断的低频超声反射检测装置及其方法。该方法可以实现以下 目的(1)适用于大型发电机定子绝缘的状态诊断；(2)检测得到在定子绝缘 内传播、并在定子绝缘-铜导体界面或者是绝缘缺陷处发射的超声反射全波波形， 保证超声波中携带绝缘材料微观结构变化的所有信息；(3)不仅能检测绝缘缺 陷，对产生绝缘缺陷之前(无缺陷)绝缘的老化状态也能诊断，以预测突然产 生并快速发展的绝缘裂纹的出现；(4)整个检测装置能够满足现场检测的要求。
低频超声法使用的超声发射探头的频率为0. 5 MHz或0. 76MHz 。由于频率低 穿透力强，故该频率探头可以方便地检测出定子绝缘上表面与下表面的反射回 波，超声波通过上下表面反射回波的时间为"如绝缘层厚度为A则绝缘层中 的声速可用公式v二d/2f计算得出，根据声速的大小可以对电机绝缘进行状态评 估和寿命预测。然而声速只能判断电机绝缘整体的老化状态，无法判断绝缘的 局部缺陷以及缺陷种类，因此，低频超声法对电机绝缘的局部老化状况及缺陷 检测能力不足。
发明内容
针对以上技术问题，本发明的目的在于提出一种双频率超声检测发电机 定子绝缘缺陷的方法，该方法不仅能够检测大型电机定子绝缘的整体老化
3状态，而且能够检测并定位其内部局部缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种双频率超声检测发电机定子绝缘缺陷的方法，基于具有低频探 头和高频探头的超声波发生及接收装置和用于跟踪显示超声波的示波 器，其特征在于，包括以下步骤
首先，在发电机定子绝缘的上表面涂抹超声耦合剂形成耦合层，将低频 探头放置在超声耦合层上，示波器显示发射波、耦合层回波、发电机定子 绝缘的底面回波；
其次，逐步用力将低频探头抵压发电机定子绝缘的上表面，耦合层逐 渐变薄，耦合层回波的波峰逐渐变小、发电机定子绝缘的底面回波的波峰逐 渐变大，标记耦合层回波的波峰位置和发电机定子绝缘的底面回波的波峰位 置；
最后，将低频探头换为高频探头，在示波器标记的耦合层回波的波峰位 置和发电机定子绝缘的底面回波的波峰位置之间寻找缺陷回波，确定缺陷位 置相对于发电机定子绝缘的底面的距离。
本发明的进一步改进和特点在于
所述超声耦合剂为TM-100型医用超声耦合剂。
所述低频探头频率为0.5MHz 0.8MHz ，所述高频探头频率为 0.8MHz lMHz。
本发明中，利用低频探头抵压发电机定子绝缘的上表面，耦合层逐渐 变薄，耦合层回波的波峰逐渐变小、发电机定子绝缘的底面回波的波峰逐渐 变大，可以方便地标记耦合层回波的波峰位置和发电机定子绝缘的底面回波 的波峰位置，并可以根据发电机定子绝缘的厚度计算超声波波速，或根据 超声波波速计算发电机定子绝缘的厚度，从而与未经老化的发电机定子 绝缘的超声波性能进行对比，评判发电机绝缘的整体老化状态；利用高频 探头，在示波器标记的耦合层回波的波峰位置和发电机定子绝缘的底面回 波的波峰位置之间寻找缺陷回波，并可以确定缺陷位置相对于发电机定子绝缘底面的距离，以便评估缺陷位置对发电机定子绝缘性能的整体影响， 以保证发电机的运行安全。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步详细说明 图1为本发明的双频率超声检测发电机定子绝缘缺陷的检测示意
图；其中横坐标代表时间T，单位为S;横坐标代表幅值U，单位为 V; l为耦合层回波；2为发电机定子绝缘的底面回波；3为缺陷回波。
具体实施例方式
本发明的双频率超声检测发电机定子绝缘缺陷的的方法，基于具有低频探 头和高频探头的超声波发生及接收装置和用于跟踪显示超声波的示波器。超声 波发生及接收装置的同步电路产生周期ft的同步脉冲信号， 一方面触发发射电 路，产生电脉冲激励探头内的压电晶片产生脉冲超声波入射到发电机定子绝缘 后，在定子绝缘中传播，遇到绝缘-导体界面或缺陷处的绝缘-空气界面时超声波 发生反射，反射波由探头接收转换成电脉冲，经放大调理后形成全波波形，该 波形加到数字化示波器或者采用数字采集卡(采样频率》100M)完成数字化采 集，并存储在电脑上以便进行数字信号处理和诊断评估分析。
下面结合发电机定子绝缘通常采用的环氧云母复合材料进行实际的 检测试验说明。 -
发电机定子绝缘是一种声衰减很大的材料，因此超声探头的频率是一个很 重要的检测参数。检测发电机定子绝缘的超声波必须具有较强的穿透能力和较 高的分辨力，较高的分辨力是与较高的频率相对应的。然而频率越高，超声波 在复合材料中的衰减越严重，穿透性越差，较高的分辨力与较好的穿透性在检 测电机绝缘时不能兼顾。因此必须研究适合发电机定子绝缘检测的超声频率， 在穿透性与分辨力之间寻找一个合适的平衡点。目前，超声纵波检测中应用较 普遍的2. 0MHz 5. OMHz探头明显频率过高，因此发明人研制了四个频率分别为 0. 59MHz、 0. 76MHz、 0. 98MHz、 1. 29MHz的低频直探头进行对比试验与分析。
5用上述4个频率的探头分别测量发电机定子绝缘的声速及缺陷，根
据发电机定子绝缘声传播特性制作环氧树脂标准试块，并在不同位置设 置直径为lmm的气隙孔作为绝缘缺陷。分别在标准试块上进行检测，并 对无孔位置和有孔位置的检测结果进行比较。通过4个频率的探头在标 准试块上的检测可知1.29MHz探头频率过高，杂波较多，不适用于发 电机定子绝缘的超声检测；而0.5MHz探头的频率较低，在材料中杂波 少，底面回波清晰，但由于其波长过长，不能用于检测缺陷，但适用于 发电机定子绝缘的底面回波判定，可作为复杂波形的辅助判定；0. 76MHz 与0.98M探头检测发电机定子绝缘的缺陷和底面回波效果较好，其中
0. 76M探头杂波较少，而0. 98MHz探头检测缺陷回波较明显，因此均适 用于发电机定子绝缘的超声检测。综上所述，对于采用环氧云母复合材 料的发电机定子绝缘，可以选用0.5MHz 0.8MHz的低频探头检测底面 回波，选用0.8MHz lMHz的高频探头检测缺陷回波。
参照图1，本发明的双频率超声检测发电机定子绝缘缺陷的的方法， 具体包括以下步骤
首先，在发电机定子绝缘的上表面涂抹TM-100型医用超声耦合剂形成 耦合层，将低频探头放置在超声耦合层上，示波器显示发射波、耦合层回波
1、 缺陷回波3、发电机定子绝缘的底面回波2。
同时发明人发现TM-IOO型医用超声耦合剂粘度约为17Pa* s (20°C)，能 很好的固定住探头，其声阻抗为1500 1700kg/cm2 s，虽然与定子绝缘的声阻 抗差别较大，但是由于其延展性好，加上探头后耦合剂变为极薄一层，对声能 的传递并无影响；并对探头加力大小进行变化，可知加力大小对超声回波检测 效果并无影响(二者反射回波位置完全重合)，因此，TM-100型医用超声耦合剂 用于检测定子绝缘重复性好，非常适用于定子绝缘的超声检测。同时以往低频 超声检测所采用的凡士林或硅脂耦合剂，试验证明凡士林或硅脂的物理和声学 性能并不适合大电机主绝缘缺陷的超声检测。
其次，逐步用力将低频探头抵压发电机定子绝缘的上表面，耦合层逐渐变薄，耦合层回波的波峰逐渐变小、发电机定子绝缘的底面回波的波峰逐 渐变大，标记耦合层回波的波峰位置和发电机定子绝缘的底面回波的波峰位 置。
由于声能必须通过耦合剂进行传递，而耦合剂是粘稠体，若检测时对耦合 剂加力小，则耦合层较厚会产生超声回波，同时缺陷回波和底面回波幅值会变 小；检测时对耦合剂加力大，则耦合层很薄，不会引起回波，而只是把探头与 检测面之间的空气排除，使声能全部透射。因此检测时可以通过先对耦合剂加 力小来判断耦合层出现的位置，然后再加力大，那么耦合层回波会消失，则可 判定耦合层回波位置，同时耦合层回波前稳定不动的波峰就是发射波。同时， 用低频探头(0.5MHz 0.8MHz)测量底面位置。低频探头的穿透力强，经过绝 缘层后衰减较小，故低频探头检测的底面回波幅值较大，容易辨别。
最后，将低频探头换为高频探头，在示波器标记的耦合层回波的波峰位置 和发电机定子绝缘的底面回波的波峰位置之间寻找缺陷回波，确定缺陷位置相 对于发电机定子绝缘的底面的距离。由于超声波波速仅与材料的性质有关，而 与声源频率、幅值等参数无关，试块的厚度不变，不同频率探头在绝缘层中各 位置包括缺陷位置产生的回波位置应该相同。因此，可以确定缺陷位置相对于 发电机定子绝缘的底面的距离，用来评估缺陷位置对发电机定子绝缘的整体影 响，以保证发电机的运行安全。
权利要求
1、一种双频率超声检测发电机定子绝缘缺陷的的方法，基于具有低频探头和高频探头的超声波发生及接收装置和用于跟踪显示超声波的示波器，其特征在于，包括以下步骤首先，在发电机定子绝缘的上表面涂抹超声耦合剂形成耦合层，将低频探头放置在超声耦合层上，示波器显示发射波、耦合层回波、发电机定子绝缘的底面回波；其次，逐步用力将低频探头抵压发电机定子绝缘的上表面，耦合层逐渐变薄，耦合层回波的波峰逐渐变小、发电机定子绝缘的底面回波的波峰逐渐变大，标记耦合层回波的波峰位置和发电机定子绝缘的底面回波的波峰位置；最后，将低频探头换为高频探头，在示波器标记的耦合层回波的波峰位置和发电机定子绝缘的底面回波的波峰位置之间寻找缺陷回波，确定缺陷位置相对于发电机定子绝缘的底面的距离。
2、 根据权利要求1所述的一种双频率超声检测发电机定子绝缘缺陷的 的方法，其特征在于，所述超声耦合剂为TM-100型医用超声耦合剂。
3、 根据权利要求1所述的一种双频率超声检测发电机定子绝缘缺陷的 的方法，其特征在于，所述低频探头频率为0.5MHz 0.8MHz，所述高频探头频 率为0.8MHz lMHz。
全文摘要
本发明公开了一种双频率超声检测发电机定子绝缘缺陷的方法，包括以下步骤首先，在发电机定子绝缘的上表面涂抹超声耦合剂形成耦合层，将低频探头放置在超声耦合层上，示波器显示发射波、耦合层回波、发电机定子绝缘的底面回波；其次，逐步用力将低频探头抵压发电机定子绝缘的上表面，耦合层逐渐变薄，耦合层回波的波峰逐渐变小、发电机定子绝缘的底面回波的波峰逐渐变大，标记耦合层回波的波峰位置和发电机定子绝缘的底面回波的波峰位置；最后，将低频探头换为高频探头，在示波器标记的耦合层回波的波峰位置和发电机定子绝缘的底面回波的波峰位置之间寻找缺陷回波，确定缺陷位置相对于发电机定子绝缘的底面的距离。
文档编号G01R31/34GK101644745SQ20091002379
公开日2010年2月10日 申请日期2009年9月4日 优先权日2009年9月4日
发明者锴 吴, 孟永鹏, 彭发东, 成永红 申请人:西安交通大学