調(diào)相機(jī)油水管道檢測(cè)方法分析與措施建議

安徽新力電業(yè)科技咨詢有限責(zé)任公司 潘英峰 程 翔 國網(wǎng)安徽省電力有限公司 李堅(jiān)林 謝 佳 殷 振

國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院 繆春輝 趙 騫

隨著遠(yuǎn)距離特高壓直流輸電電網(wǎng)的規(guī)?；ㄔO(shè)，其輸電容量和電壓等級(jí)不斷提高，電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)也逐漸變大。為確保送端和受端的電網(wǎng)穩(wěn)定性，需配置大規(guī)模動(dòng)態(tài)無功設(shè)備，即“大直流輸電、強(qiáng)無功支撐”，目前國內(nèi)開發(fā)完成的大容量300MVar 調(diào)相機(jī)的冷卻方式有雙水內(nèi)冷和空冷兩種[1]。在雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)中，其轉(zhuǎn)子線圈采用水冷。轉(zhuǎn)子冷卻水系統(tǒng)包括進(jìn)水系統(tǒng)、調(diào)相機(jī)動(dòng)靜部件的密封結(jié)構(gòu)和回水系統(tǒng)。同樣，潤滑油系統(tǒng)作為調(diào)相機(jī)的重要輔助系統(tǒng)，持續(xù)穩(wěn)定地向調(diào)相機(jī)軸承提供潤滑冷卻油液，為調(diào)相機(jī)在各種工況下安全可靠運(yùn)行提供保障。隨著首批300MVar 調(diào)相機(jī)陸續(xù)投運(yùn)，調(diào)相機(jī)在直流輸電工程中的作用日益突出，其快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性為直流輸電提供了有力保證[2]。調(diào)相機(jī)系統(tǒng)在電網(wǎng)中承擔(dān)著極其重要的作用，而油水管道的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于整個(gè)調(diào)相機(jī)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行同樣起著關(guān)鍵的作用，對(duì)油水管道的監(jiān)督檢測(cè)就顯得十分必要，但同時(shí)，調(diào)相機(jī)系統(tǒng)的油水管道監(jiān)督檢測(cè)相對(duì)較少，其監(jiān)督檢測(cè)的方法亦較少，為此本文通過對(duì)調(diào)相機(jī)系統(tǒng)油水管道的缺陷案例分析和檢測(cè)方法的比較來探討調(diào)相機(jī)系統(tǒng)油水管道檢測(cè)的措施方法，為后續(xù)監(jiān)督檢驗(yàn)提供相應(yīng)的案例。

1 缺陷案例

對(duì)換流站內(nèi)調(diào)相的油、水管道進(jìn)行全面排查檢測(cè)工作時(shí)，常規(guī)采用的檢測(cè)方法是射線檢測(cè)；例如在省內(nèi)某換流站A 修期間，對(duì)其2號(hào)調(diào)相機(jī)定子冷卻水管焊縫采用射線檢測(cè)方法檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其冷卻水管焊縫存在不同程度的未熔合、未焊透等缺陷。當(dāng)管焊縫中存在未熔合/ 未焊透缺陷時(shí)，就會(huì)極大地減小焊縫的有效面積，可能成為裂紋源，使焊縫強(qiáng)度下降，從而帶來焊縫破壞危險(xiǎn)，嚴(yán)重影響調(diào)相機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行和電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

現(xiàn)階段對(duì)調(diào)相機(jī)油、水管道焊縫的檢測(cè)手段均單一采用射線檢測(cè)的方法，這種方法對(duì)缺陷的檢出有一定的準(zhǔn)確性，能夠很好地發(fā)現(xiàn)問題。但同時(shí)，射線檢測(cè)方法面臨一個(gè)重要的問題就是存在電離輻射問題，第一，射線檢測(cè)增加了公共安全風(fēng)險(xiǎn)；第二，射線檢測(cè)對(duì)作業(yè)人員會(huì)有一定的輻射；第三，射線檢測(cè)洗片過程中會(huì)因檢測(cè)廢液處理不當(dāng)對(duì)水資源產(chǎn)生嚴(yán)重污染?；诖?，尋找調(diào)相機(jī)油、水管道檢測(cè)的替代方法變得尤為重要。接下來，我們主要通過對(duì)檢測(cè)方法和缺陷成因的對(duì)比分析，來尋求最合適的檢測(cè)方法[3]。

2 檢測(cè)方法分析比較

對(duì)于調(diào)相機(jī)油、水管道的無損檢測(cè)方法，可采用射線檢測(cè)[4]、滲透檢測(cè)、脈沖反射法超聲檢測(cè)、相控陣超聲檢測(cè)[5]等，以上幾種檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍如下。

2.1 射線檢測(cè)方法

射線檢測(cè)主要利用X 射線穿透物質(zhì)時(shí)能量會(huì)衰減，利用被檢工件與其內(nèi)部缺陷對(duì)射線能量衰減程度的差異，來判斷被檢工件中是否存在缺陷。

其優(yōu)點(diǎn)在于能檢測(cè)出調(diào)相機(jī)管道焊縫中存在的未焊透、氣孔、夾渣、裂紋、未融合等；缺陷可直觀在底片上顯示；射線底片/照片可長期保存，追溯性好。但同時(shí)存在一定程度的缺點(diǎn)：較難確定缺陷的深度及高度；有電離輻射，隔離和防護(hù)要求較高；一定施工范圍內(nèi)無法共同作業(yè)（一般采用夜間作業(yè)）。

2.2 滲透檢測(cè)方法

滲透檢測(cè)主要利用毛細(xì)管現(xiàn)象和滲透液對(duì)缺陷的浸潤作用，使?jié)B透液進(jìn)入缺陷中，將多余的滲透液除去后，殘留缺陷內(nèi)的滲透液吸附顯像劑從而形成對(duì)比度高的缺陷顯像。

其優(yōu)點(diǎn)在于能發(fā)現(xiàn)調(diào)相機(jī)油、水管道表面開口的氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。其缺點(diǎn)是無法檢測(cè)焊縫內(nèi)部的缺陷。

2.3 脈沖反射法超聲檢測(cè)

脈沖反射法超聲檢測(cè)主要通過探頭發(fā)射超聲波，超聲波在工件內(nèi)發(fā)生反射、折射，顯示器接收超聲波，通過波形變化判斷缺陷。其檢測(cè)原理如圖1所示。

圖1 脈沖反射法超聲檢測(cè)原理

優(yōu)點(diǎn)是能快速檢測(cè)出管道焊縫內(nèi)部缺陷；能確定缺陷在管道的位置和相對(duì)尺寸；無輻射危害，檢測(cè)過程可與其他檢修作業(yè)同步開展，縮短檢修周期。缺點(diǎn)是檢測(cè)記錄信息量少，無底片、圖像，無法直觀記錄等。

2.4 相控陣超聲檢測(cè)方法

相控陣超聲檢測(cè)主要通過發(fā)射多束超聲波，接收到超聲波后對(duì)聲波進(jìn)行合成形成圖像（超聲成像），是一種新型的無損檢測(cè)方法，其檢測(cè)原理如圖2所示。其優(yōu)點(diǎn)包括以下內(nèi)容。

圖2 相控陣超聲檢測(cè)檢測(cè)原理

第一，相控陣超聲檢測(cè)對(duì)有高度危害性的面積型缺陷（裂紋、未熔合、未焊透）檢出率高。相控陣有利于消除重大安全隱患并減少不必要的返修工作。第二，相控陣超聲檢測(cè)可精確測(cè)定缺陷的深度及自身高度尺寸，對(duì)缺陷危害性的判定更全面、更具體。第三，相控陣超聲檢測(cè)無輻射危害，可與其他作業(yè)交叉，無須夜間開展，加快檢測(cè)進(jìn)度，縮短檢修周期。

缺點(diǎn)包括：第一，該項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)對(duì)檢測(cè)技術(shù)人員的知識(shí)儲(chǔ)備量要求較高；第二，檢測(cè)圖譜的評(píng)定需要技術(shù)人員一定的經(jīng)驗(yàn)積累來判斷；第三，相控陣超聲檢測(cè)對(duì)晶粒度粗大的不銹鋼管材分辨力較低。

3 缺陷成因及檢測(cè)方法

調(diào)相機(jī)油、水管道焊縫缺陷主要表現(xiàn)形式為未熔合、未焊透、裂紋、氣孔、表面氣孔和弧坑裂紋等，常見缺陷形成原因及建議采用檢測(cè)方法見表1。

表1 缺陷成因及檢測(cè)方法

從表1中可以看出，對(duì)于未熔合缺陷和裂紋，可以采用射線檢測(cè)、脈沖反射法超聲檢測(cè)和相控陣超聲檢測(cè)方法等；對(duì)于未焊透、氣孔，可采用射線檢測(cè)和相控陣超聲檢測(cè)方法等；對(duì)于表面氣孔和弧坑裂紋，可采用滲透檢測(cè)方法。

4 措施建議

對(duì)于調(diào)相機(jī)油、水管道，主要包括潤滑油系統(tǒng)中的頂軸油管、進(jìn)油管、回油管和排油煙管；內(nèi)冷系統(tǒng)中的定子冷卻水管和轉(zhuǎn)子冷卻水管；外冷系統(tǒng)中的循環(huán)水供水管和循環(huán)水回水管等。其主要材質(zhì)為不銹鋼，常見管道規(guī)格參數(shù)見表2，從表2可知，其外徑范圍為22～219mm，壁厚范圍為3～7mm；除頂軸油管道的運(yùn)行壓力為11～12MPa 外，其他管道運(yùn)行壓力均為0.2～0.55MPa。

表2 常見管道規(guī)格參數(shù)

基于上述管樣和規(guī)格，給出以下措施建議。

第一，對(duì)于不同的管道規(guī)格（外徑＜100mm，壁厚≤4mm 與外徑≥100mm，壁厚＞4mm）、管道壓力（＞1MPa 與≤1MPa）來確定檢測(cè)比例和檢測(cè)方法，具體的檢測(cè)比例和檢測(cè)方法見表3。對(duì)于壓力＞1MPa 的管道焊縫，檢測(cè)比例為100%，對(duì)于壓力≤1MPa 的管道焊縫，檢測(cè)比例為每種規(guī)格20%；與管道無法連接的焊縫，無論何種規(guī)格和壓力，均采用滲透檢測(cè)的方法；而與管道對(duì)接的焊縫，則采用射線檢測(cè)方法，特別地，對(duì)于外徑≥100mm，壁厚＞4mm 且壓力≤1MPa 的管道，優(yōu)先采用相控陣超聲檢測(cè)方法，只有當(dāng)分辨率和靈敏度都不能保證的情況下，才可選用射線檢測(cè)方法。

表3 管道焊縫的檢測(cè)比例和檢測(cè)方法

第二，對(duì)于檢測(cè)結(jié)果，在評(píng)定時(shí)，對(duì)于壓力大管徑小的頂軸油管道，若管道內(nèi)部存在焊瘤，建議切割重新焊接。

第三，對(duì)于抽查的管道焊縫，檢測(cè)結(jié)果若存在不合格，應(yīng)擴(kuò)大1倍的抽檢比例，重點(diǎn)抽查相同規(guī)格、同一焊工施焊的焊縫，若仍存在不合格焊縫，應(yīng)對(duì)該批次焊縫進(jìn)行100%檢測(cè)。

第四，對(duì)確定進(jìn)行返修的焊縫部件，返修前進(jìn)行缺陷原因分析，補(bǔ)焊應(yīng)重新制定焊接工藝，補(bǔ)焊后按原方法進(jìn)行檢測(cè)，同一部位的返修次數(shù)不得超過兩次。

第五，繼續(xù)推動(dòng)調(diào)相機(jī)金屬技術(shù)監(jiān)督工作，加大檢測(cè)技術(shù)人員培訓(xùn)，提升檢測(cè)水平，保證機(jī)組運(yùn)行安全。