在电力变压器无损检测中如何通过超声检测判断绕组变形情况

电力变压器是电网稳定运行的核心设备，绕组作为其“心脏”部件，若因短路冲击、运输振动或长期过载发生变形，可能引发绝缘击穿、绕组烧损甚至设备爆炸。传统检测方法（如低压脉冲法）虽常用，但对细微变形敏感度有限。超声检测作为无损检测技术的重要分支，通过分析超声在绕组中的传播与反射信号，可精准识别绕组变形类型及程度，因操作便捷、不破坏设备结构，已成为变压器状态检修的关键手段。

超声检测用于绕组变形判断的基本原理

超声检测判断绕组变形的核心逻辑是“结构改变引发信号改变”。检测采用脉冲反射法：高频超声探头（5-10MHz）向绕组发射脉冲波，声波在绕组内部传播时，遇到不同介质界面（如导线与绝缘层、绝缘层与撑条）会产生反射信号，探头接收后转换为电信号显示在仪器上。

正常变压器绕组结构规则——多层漆包线绕制，层间有绝缘纸，饼间有撑条支撑，超声传播路径稳定，反射信号呈现“周期性脉冲”特征：每经过一个撑条或绝缘层界面，就会产生一次规则反射波，幅值、间隔相对一致（如相邻撑条的反射间隔约5-6mm）。

当绕组变形（如移位、鼓包），内部结构改变会导致超声传播路径、速度或反射界面位置变化。例如，绕组鼓包会使局部介质密度增加，反射幅值显著升高；绕组移位会改变反射信号的到达时间；饼间间隙缩小则缩短相邻反射波的间隔。通过捕捉这些信号差异，即可反推绕组变形情况。

电力变压器绕组常见变形类型及超声响应特征

绕组变形主要分为四类，每类对应明确的超声响应：

1、轴向移位：绕组沿轴线方向偏移，多由短路轴向电磁力引发。超声表现为“时间-位置”对应关系破坏——如正常第3个撑条反射在15mm位置，移位2mm后会提前至13mm或延迟至17mm。

2、径向鼓包：绕组向铁芯/外壳凸起，因径向电磁力或撑条松动导致。鼓包区域介质挤压，声阻抗增大，反射幅值升至正常1.2-2倍，波形出现“尖峰”或杂波。

3、绕组扭曲：运输振动引发的旋转变形，超声表现为周期性消失——沿圆周扫查时，某角度信号突然中断，相邻角度幅值骤降。

4、饼间间隙变化：撑条松动导致饼间距离缩小/增大。间隙缩小使反射间隔缩短（如从5mm变3mm），间隙增大则间隔延长、幅值降低（空气占比增加，声波衰减）。

超声检测前的准备工作

检测准确性依赖前期准备，需重点做好四件事：

1、设备校准：选5-10MHz高频探头（分辨精细结构），用同材质试块（如电工钢+绝缘纸）校准灵敏度——调整增益至清晰显示试块底面反射，确保参数一致。

2、变压器预处理：停电、验电、接地后，清理绕组表面油污、灰尘，用砂纸轻磨不平整处（避免耦合不良）；若有涂层，需去除至露出绝缘层。

3、耦合剂选择：用甘油或专用超声耦合剂（声阻抗与绝缘纸匹配），避免水（腐蚀绝缘）或机油（声阻抗差异大）；耦合剂涂0.5-1mm厚，确保探头与表面紧密贴合。

4、方案制定：根据变压器型号、运行史（如是否短路过）确定扫查范围——重点检测曾受冲击的区域，采用轴向/径向网格扫查（间距10-20mm）。

绕组变形超声检测的操作流程

操作需遵循《电力设备超声检测技术导则》，步骤如下：

1、探头定位：将探头贴在绕组绝缘表面，沿轴向（顶部到底部）或径向（圆周方向）网格扫查，间距10-20mm；疑似变形区缩小间距至5mm，确保覆盖全面。

2、参数设置：增益设40-60dB（清晰显示信号）、脉冲重复频率（PRF）500-1000Hz（避免信号重叠）、扫描速度匹配绕组长度（如1000mm绕组设100mm/s）。

3、信号采集：每个扫查点停留1-2秒，记录波形、幅值、到达时间及位置（如“高压A相，轴向200mm处”）；疑似区域采集多组信号对比。

4、数据记录：用仪器存储或纸质表记录，标注检测点位置与信号特征，便于后续分析。

超声信号分析与变形特征识别

信号分析需结合时域、频域特征，对比正常与异常差异：

1、时域分析：正常信号是“周期性脉冲”——幅值稳定（波动≤10%）、间隔均匀（偏差≤5%）。若出现三类异常，提示变形：

- 幅值异常：某脉冲幅值>1.2倍或<0.8倍正常；

- 间隔异常：相邻间隔<0.9倍或>1.1倍正常；

- 波形异常：脉冲分叉、拖尾或出现杂波（如正常单峰变双峰）。

2、频域分析：用傅里叶变换转换为频域信号，正常信号集中在探头中心频率附近（如5MHz探头集中在4-6MHz）。变形后会出现高次谐波（如8-10MHz成分增加），因结构改变导致散射增多。

3、特征提取：对比基线数据（同型号正常变压器或出厂报告），提取“最大幅值”“脉冲间隔”“谐波含量”等参数——如某区域间隔从5mm变3mm，可判断饼间间隙缩小。

实际检测中的典型案例解析

通过案例可更直观理解信号与变形的对应关系：

案例1：某110kV变压器短路后检测，高压B相200mm处幅值升至1.8倍，间隔从6mm缩至4mm——解体发现径向鼓包3mm，撑条挤压变形。

案例2：某220kV变压器运输后检测，低压C相圆周扫查时某角度信号中断，相邻角度幅值骤降——解体确认绕组扭曲15°，超声无法正常传播。

案例3：某35kV变压器过热，高压A相间隔从5mm变3mm，幅值降为0.7倍——解体发现饼间撑条松动，间隙缩小导致绝缘挤压、散热不良。

超声检测需注意的干扰因素及应对

干扰会影响检测准确性，需针对性排除：

1、耦合不良：表面不平整或耦合剂少导致信号衰减——打磨表面至光滑，均匀涂耦合剂，手轻压探头确保贴合。

2、电磁干扰：铁芯剩磁或周围设备辐射导致杂波——检测前退磁（用退磁机或衰减交流电），远离电焊机、变频器等强电磁设备。

3、探头磨损：探头表面划痕>0.1mm会降低发射功率——定期检查，磨损严重及时更换。

4、人员误判：经验不足易误判——检测人员需持UTⅡ级及以上资质，熟悉绕组结构与信号特征；疑似变形需两名以上人员确认。