交流磁粉探傷設(shè)備指示裝置應(yīng)用問題分析

韓君，張俊琴，田麗青

（1. 大秦鐵路股份有限公司 太原北車輛段，山西 太原 030051；2. 中國鐵路太原局集團有限公司，山西 太原 030051）

0 引言

磁粉探傷屬五大常規(guī)無損檢測手段之一，具有設(shè)備簡單、操作方便、觀察缺陷直觀、靈敏度高的特點，是鐵路車輛零部件無損檢測中應(yīng)用最廣泛的一種方法[1]。輪軸、鉤尾框、制動梁等各類車輛零部件專用磁粉探傷設(shè)備，在鐵路車輛檢修中有非常重要的作用。指示裝置是磁粉探傷設(shè)備的必要組成部分，用來控制和監(jiān)視磁化電流[2]。指示裝置的合理選用和準確顯示對于確保磁化規(guī)范參數(shù)的實現(xiàn)至關(guān)重要。

1 問題表現(xiàn)

鐵路車輛零部件磁粉探傷設(shè)備大多采用大電流小電壓的周向、縱向復合磁化方式。目前現(xiàn)場應(yīng)用的磁化指示裝置中，周向磁化電流指示裝置均采用電流表，縱向磁化電流指示裝置有2種：電流表和磁勢表[3]（本質(zhì)為電流表）。

1.1 磁化電流指示失真

電流表負載能力一般不超過100 A，而鐵路車輛專用磁粉探傷設(shè)備上使用電流表，其額定磁化電流一般均超過100 A。為準確顯示較大電流，工程上通常采用在設(shè)備上加裝一定變比互感器及相應(yīng)變比電流表的方式，實現(xiàn)將大電流轉(zhuǎn)換為檢測用的小電流，再將小電流示值按比例在電流表上還原為大電流的功能，從而確保實際磁化電流與電流表示值一致?，F(xiàn)場經(jīng)常發(fā)現(xiàn)設(shè)備裝用電流表的變比與互感器變比不一致的情況，導致磁化電流指示失真。

1.2 縱向磁化指示裝置不統(tǒng)一

目前，在磁粉探傷設(shè)備上裝用的縱向磁化電流指示裝置采用電流表和磁勢表的均有，表盤單位有kA、kAN及kAT三種不同顯示（見圖1）。縱向磁化電流表與磁勢表是否具有互換性、怎樣互換等問題給實際應(yīng)用造成了一定困擾。

2 原理分析

2.1 互感原理

電流互感器（Current Transformer，CT）的作用是將數(shù)值較大的一次電流通過一定的變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次電流，用來實現(xiàn)大電流測量[4]。為便于二次儀表測量，需要轉(zhuǎn)換為較統(tǒng)一的電流（GB 1208—2016規(guī)定電流互感器的二次額定電流為1 A和5 A，優(yōu)選值為5 A）。如變比為3 000 A/5 A的電流互感器，可把實際為3 000 A的電流轉(zhuǎn)變?yōu)? A的電流。

圖1 同一設(shè)備裝用過的各指示裝置

電流互感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的，由閉合的鐵芯和繞組組成。其一次側(cè)繞組匝數(shù)很少，串聯(lián)在需要測量的電流線路中，通常有線路的全部電流流過；二次側(cè)繞組匝數(shù)較多，串聯(lián)在測量儀表中（見圖2）。

互感器兩側(cè)電流及繞組匝數(shù)存在如下關(guān)系：

式中：N1為一次側(cè)繞組匝數(shù)；I1為一次側(cè)電流值；N2為二次側(cè)繞組匝數(shù)；I2為二次側(cè)電流值。

2.2 互感器及電流表變比

設(shè)電流互感器的變比為K，則K=I1/I2=N2/N1（如3 000 A/5 A的電流互感器的變比K=3 000 A/5 A=600）。

為準確指示一次側(cè)的真實電流，配套使用的電流表變比也必須為3 000 A/5 A。該變比電流表表示其允許通過的最大電流為5 A，此時儀表盤上顯示電流值為3 000 A。

圖2 互感器原理

如3000型磁粉探傷設(shè)備，出廠額定周向磁化電流為3 000 A，應(yīng)裝用最大量程3 000 A的電流表（變比為3 000 A/5 A），以實現(xiàn)與設(shè)備所裝用互感器變比的一致性，但使用過程中因電流表需定期拆卸進行計量檢定，有可能更換為最大量程3 500 A的電流表（變比3 500 A/5 A），在電流互感器未發(fā)生改變的情況下，實際為2 400 A的磁化電流值將顯示為2 800 A。

2.3 磁勢表原理

磁勢表不是基礎(chǔ)測量儀表，不能用來直接測量磁勢這個物理量。其本質(zhì)是電流表，實際使用的磁勢表均是通過磁化電流、線圈匝數(shù)及磁勢三者的換算關(guān)系，將電流表表盤單位及刻度進行修改后得到，其使用受設(shè)備磁化線圈匝數(shù)的直接影響，無法互換使用。

3 危害性分析

3.1 電流指示失真

目前鐵路車輛檢修相關(guān)工藝及專用設(shè)備檢修維護相關(guān)規(guī)程中均未明確要求探傷設(shè)備用磁化電流表的選用必須與設(shè)備互感器的變比一致，這使得現(xiàn)場電流表裝用只關(guān)注表盤最大量程不得低于工藝要求的最大額定磁化電流，而忽略了電流表與設(shè)備互感器變比是否一致的問題，從而極易導致電流指示失真。

鐵路車輛零部件磁粉探傷在磁化電流確定范圍后，日常通過卡控電流表示值及A1-15/50試片的顯示情況來判斷設(shè)備狀態(tài)是否良好。而A1-15/50試片由軟磁質(zhì)材料制成，在微弱空間磁場作用下即可完整清晰顯示，無法真正判定設(shè)備磁化效果是否良好。當探傷作業(yè)零部件表面磁場強度達不到2 400 A/m的基本磁場強度時就無法形成足夠的漏磁場，從而導致小裂紋漏檢。

3.2 縱向磁化指示裝置不統(tǒng)一

鐵路車輛檢修相關(guān)工藝及專用設(shè)備檢修維護相關(guān)規(guī)程中對設(shè)備縱向磁化指示裝置的選用規(guī)定不夠明確?，F(xiàn)場作業(yè)人員不清楚磁化電流表和磁勢表的本質(zhì)區(qū)別，將二者隨意混裝，導致指示裝置的讀值出現(xiàn)很大偏差。

磁勢表非GB/T 7676—1998規(guī)定的標準儀表，現(xiàn)場裝用的磁勢表均為設(shè)備制造單位專門訂制。如遇儀表損壞，設(shè)備使用部門無法找到互換儀表。計量部門在對磁勢表進行定期拆卸檢定時，也無相應(yīng)計量檢定標準。

4 結(jié)論與建議

（1） 建議在鐵路車輛檢修相關(guān)工藝及專用設(shè)備檢修維護相關(guān)規(guī)程中，明確設(shè)備所裝用磁化電流表的變比需與設(shè)備互感器的變比一致；對縱向磁化指示裝置進行統(tǒng)一，采用縱向磁化電流表。

（2） 建議在鐵路專用磁粉探傷設(shè)備相關(guān)使用說明中，明確設(shè)備裝用互感器變比；明確設(shè)備縱向磁化線圈匝數(shù)，以及縱向電流與縱向磁勢的換算關(guān)系。

（3） 建議設(shè)備制造單位在設(shè)備設(shè)計制造時，縱向磁化指示裝置統(tǒng)一采用電流表。