X 射線檢驗(yàn)在XLPE電纜內(nèi)部損傷判斷中的應(yīng)用

趙子謙，何 平

（1.國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)春 130021；2.國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)春供電公司，長(zhǎng)春 130021）

交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣電力電纜（以下簡(jiǎn)稱XLPE電纜）在運(yùn)輸、鋪設(shè)、運(yùn)行的過(guò)程中，由于受外力等因素作用，會(huì)造成電纜變形、金屬護(hù)套損傷，通過(guò)外觀檢查很難判斷這些損傷是否傷及主絕緣。利用X 射線對(duì)電纜內(nèi)部損傷進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，能夠快速準(zhǔn)確地判斷損傷程度，為電纜安全運(yùn)行提供保障。

1 X 射線透照原理

X 射線檢驗(yàn)是利用射線在穿透物體過(guò)程中與物質(zhì)發(fā)生相互作用，因吸收和散射使其強(qiáng)度減弱，強(qiáng)度減弱的程度取決于物質(zhì)的成分和厚度。把膠片放在適當(dāng)位置使其透過(guò)射線感光，再經(jīng)過(guò)暗室處理，底片上就會(huì)出現(xiàn)由于X 射線感光強(qiáng)度不同而形成黑度差異，借助于觀片燈可以看到由不同黑度構(gòu)成的不同形狀的影像，從而觀察到電纜內(nèi)部的損傷情況。

設(shè)I0為初始入射X 射線強(qiáng)度，通過(guò)不同厚度的物體后，X 射線將衰減，衰減后的X 射線強(qiáng)度為I。

2 XLPE電纜的結(jié)構(gòu)及影像分析

XLPE電纜的基本結(jié)構(gòu)由金屬（鋁、銅）、非金屬（XLPE、石墨、化纖、PE塑料）等組成（見(jiàn)圖1a）。由于銅、鋁金屬的原子系數(shù)相差很遠(yuǎn)，因此其吸收X射線的程度也相差很大，而非金屬與金屬對(duì)X 射線能量的吸收程度相差更大，并且由于電纜是圓形結(jié)構(gòu)，厚度變化很大。

圖1 XLPE電纜結(jié)構(gòu)與X射線影像

圖1b是正常XLPE 電纜X 射線底片影像。從影像中可以清晰看到電纜主絕緣層、金屬護(hù)套、導(dǎo)電線芯等各部分，并且還能看到金屬護(hù)套管對(duì)接焊縫。

圖2是根據(jù)圖1a制作的模擬圖。由于電纜的損傷是多種多樣的，利用模擬圖能夠更直觀地闡明如何分析X 射線底片的影像，在模擬圖中可以觀察到電纜的損傷程度、主絕緣層邊緣形狀、主絕緣層與金屬護(hù)套的間隙、絕緣層厚度。

圖2 根據(jù)底片制作的模擬圖

a.觀察X 射線底片中黑度的變化。通過(guò)觀察底片的黑度是否符合以上模擬圖，如無(wú)異常變化（變黑或變白），則說(shuō)明電纜未受到損傷；如發(fā)現(xiàn)有變黑部位，說(shuō)明有孔洞存在，如發(fā)現(xiàn)有變白部位，則說(shuō)明有夾雜物或折疊。

b.觀察電纜主絕緣層的邊緣形狀。正常電纜的主絕緣層邊緣呈直線（或弧線）狀態(tài)，如邊緣為非直線（或弧線），則說(shuō)明電纜主絕緣層受到了擠壓損傷，此損傷為嚴(yán)重?fù)p傷。

c.觀察主絕緣層與金屬護(hù)套間隙。如果間隙發(fā)生了明顯的不均勻變化，說(shuō)明電纜主絕緣層發(fā)生了輕微損傷。

d.測(cè)量主絕緣層厚度。通過(guò)在底片上測(cè)量主絕緣層厚度，與絕緣層理論厚度比較，可以判斷主絕緣損傷情況。

3 X 射線檢驗(yàn)在XLPE電纜上的應(yīng)用

3.1 X射線檢驗(yàn)電纜金屬護(hù)套

2012年9月13日，某建筑工地由于野蠻操作，挖掘機(jī)將電纜勾起造成嚴(yán)重的外部損傷，損傷的外部形態(tài)見(jiàn)圖3a。為確定電纜變形對(duì)內(nèi)部造成的損傷情況，對(duì)損傷部位進(jìn)行了X 射線檢驗(yàn)。該部位的X 射線底片影像見(jiàn)圖3b，從影像上可以明顯看到金屬護(hù)套嚴(yán)重變形，與電纜主絕緣層間隙變小，電纜主絕緣層受到了擠壓。

圖3 受外力擠壓變形后金屬護(hù)套形態(tài)及電纜的X射線影像

3.2 X射線檢驗(yàn)變形電纜主絕緣損傷

2014年8月，長(zhǎng)春某道路工程由于野蠻施工，造成多處埋地電纜外部嚴(yán)重變形，有3處無(wú)法準(zhǔn)確判斷損傷程度，為確定電纜變形對(duì)內(nèi)部造成的損傷情況，對(duì)這3處損傷部位進(jìn)行了X 射線檢驗(yàn)。

a.損傷位置1。損傷位置1 的外部形態(tài)見(jiàn)圖4a，從外部看，損傷程度并不嚴(yán)重，但經(jīng)過(guò)X 射線檢查發(fā)現(xiàn)已經(jīng)對(duì)主絕緣造成一定的損傷，損傷部位的X 射線底片見(jiàn)圖4b。

圖4 損傷位置1的外部形態(tài)及X射線影像

b.損傷位置2。損傷位置2 的外部形態(tài)見(jiàn)圖5a，從外部看，損傷程度并不嚴(yán)重，但經(jīng)過(guò)X 射線檢查發(fā)現(xiàn)已經(jīng)對(duì)主絕緣造成一定的損傷，損傷部位的X 射線底片見(jiàn)圖5b。由此看來(lái)，不能簡(jiǎn)單地通過(guò)外觀來(lái)判斷絕緣的損傷程度。

c.損傷位置3。損傷位置3 的外部形態(tài)見(jiàn)圖6a，從外部看，損傷程度比較嚴(yán)重，但經(jīng)過(guò)X 射線檢查發(fā)現(xiàn)并未對(duì)主絕緣造成損傷。損傷部位的X 射線影像見(jiàn)圖6b。

4 結(jié)束語(yǔ)

可以通過(guò)X 射線方法對(duì)XLPE 電纜主絕緣及金屬護(hù)套的內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)于電纜主絕緣損傷及金屬護(hù)套變形程度的判定可以通過(guò)底片中影像的對(duì)比以及測(cè)量來(lái)確定。

不能簡(jiǎn)單地通過(guò)外觀來(lái)確定內(nèi)部損傷程度，利用X 射線影像可以確定內(nèi)部損傷程度，但透照方向和位置一定要準(zhǔn)確，電纜被檢部位應(yīng)與X 射線發(fā)生器窗口對(duì)中。

為了保證底片影像尺寸與實(shí)際尺寸盡可能一致，減小影像的放大現(xiàn)象，應(yīng)把底片與電纜貼緊，且與X 射線發(fā)生器中心距離應(yīng)保持在500mm。

圖5 損傷位置2的外部形態(tài)及X射線影像

圖6 損傷位置3的外部形態(tài)及X射線影像

由于X 射線與機(jī)體細(xì)胞、組織、體液等物質(zhì)相互作用，引起物質(zhì)的原子或分子電離，可以直接破壞機(jī)體內(nèi)某些大分子結(jié)構(gòu)，甚至可直接損傷細(xì)胞結(jié)構(gòu)，因此，從事此項(xiàng)工作必須注意自身和他人的X 射線防護(hù)。工作時(shí)必須設(shè)立防護(hù)繩、防護(hù)標(biāo)志，防止外來(lái)無(wú)關(guān)人員進(jìn)入；操作人員也必須做好自身防護(hù)，佩戴個(gè)人計(jì)量?jī)x，必要時(shí)穿防護(hù)衣、帶防護(hù)眼鏡。