基于X射線無損探傷機(jī)的電力電纜偏心檢測方法

王賓

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司，云南昆明，650011）

0 引言

在深入對(duì)電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的研究與市場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，我國近三年電力企業(yè)出現(xiàn)電力電纜故障或非預(yù)測性通電現(xiàn)象的主要原因在于外部因素影響。其中外部因素影響電力電纜故障占主要原因比例的50.0%以上，除提出原因，還存在部分電力電纜設(shè)備故障、設(shè)備運(yùn)行等原因影響電力企業(yè)供電[1]。因此，可認(rèn)為在布設(shè)供電站及其內(nèi)部電力設(shè)備零部件過程中，一旦出現(xiàn)電纜敷設(shè)不到位或安裝不標(biāo)準(zhǔn)的問題，便會(huì)造成電力電纜故障。其中，偏心故障是電力電纜運(yùn)行中的常見故障，主要是指供電設(shè)備中電纜導(dǎo)線與電線芯部的絕緣層處于一種不同心的狀態(tài)，從而造成電力電纜截面上絕緣層的厚度不同。當(dāng)其絕緣厚度處于不同狀態(tài)時(shí)，電力設(shè)備整體便容易出現(xiàn)絕緣效果差的問題[2]。針對(duì)此種問題，倘若不及時(shí)對(duì)其進(jìn)行有效處理，不僅會(huì)產(chǎn)生觸電危險(xiǎn)，同時(shí)也會(huì)在一定程度上影響電力的持續(xù)供應(yīng)等。但偏心故障又區(qū)別于電力電纜其他故障類型，此種故障無法通過人工檢測的方式實(shí)現(xiàn)，需要輔助相關(guān)技術(shù)，深入到對(duì)電力電纜絕緣層厚度的探測中。因此，本文引進(jìn)X射線無損探傷機(jī)，利用其較強(qiáng)的穿透性，設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)電力電纜偏心故障進(jìn)行有效檢測方法，掌握電力電纜的絕緣層實(shí)際厚度，降低絕緣材料浪費(fèi)的現(xiàn)象發(fā)生，保障供電的安全性與可靠性。

1 基于X射線無損探傷機(jī)的電力電纜偏心檢測方法

■1.1 基于X射線無損探傷機(jī)布設(shè)電力電纜掃描裝置

為了滿足對(duì)電力電纜偏心的檢測需求，本文引進(jìn)X射線無損探傷機(jī)，對(duì)掃描電力電纜流程進(jìn)行規(guī)劃[3]。在開展相關(guān)工作前，對(duì)X射線無損探傷機(jī)運(yùn)行技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析，如表1所示。

在上述表1提出內(nèi)容的基礎(chǔ)上，選擇脈沖射線源1臺(tái)；可充電電池2塊；充電器1個(gè)；控制線1條（不低于50m）；運(yùn)輸箱1個(gè)。在完成對(duì)X射線無損探傷機(jī)布設(shè)相關(guān)準(zhǔn)備工作后，繪制X射線無損探傷機(jī)掃描電力電纜示意圖，如圖1所示。

表1 X射線無損探傷機(jī)技術(shù)參數(shù)

圖1 基于X射線無損探傷機(jī)掃描電力電纜示意圖

圖1 中：①表示為C型架構(gòu)；②表示為攜帶準(zhǔn)直器的X射線發(fā)射管；③表示為X射線點(diǎn)探測裝置；④表示為X射線發(fā)射管；⑤表示為線性結(jié)構(gòu)CCD探測裝置[4]。按照上述圖1所示結(jié)構(gòu)，完成對(duì)電力電纜掃描裝置的布設(shè)。

■1.2 計(jì)算X射線射入電力電纜衰減系數(shù)

在完成上述相關(guān)工作后，對(duì)電力電纜進(jìn)行偏心掃描，此過程中，對(duì)電力電纜偏心檢測的精度可通過控制X射線無損探傷機(jī)位置精度來控制[5]。設(shè)定位移精度為0.01mm，采用BNBSZ1004G型號(hào)的滾珠絲杠，滾珠絲杠的公徑直徑控制在10.0mm內(nèi)，每個(gè)螺距控制在4.0mm內(nèi)。此時(shí)，X射線無損探傷機(jī)位置精度可以通過如下計(jì)算公式表示。

公式(1)中：l表示為X射線無損探傷機(jī)的位置精度；θ表示為電力電纜步距角度；l0表示為螺距。根據(jù)上述計(jì)算公式，可對(duì)上述公式(1)進(jìn)行推導(dǎo)，得到公式(2)。

根據(jù)上述計(jì)算公式，選擇混合式兩相位電機(jī)，控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓在3.2V以內(nèi)，相位電流控制在2.0A范圍內(nèi)，在此過程中保持X射線無損探傷機(jī)的轉(zhuǎn)矩在1.0N·m范圍內(nèi)。結(jié)合上述公式的計(jì)算，可知當(dāng)θ=1.8°時(shí)，布局轉(zhuǎn)角為0.9°，此時(shí)便可滿足對(duì)電力電纜偏心位移的檢測需求。

在滿足電力電纜偏心位移檢測需求的基礎(chǔ)上，設(shè)定C型號(hào)構(gòu)件移動(dòng)速度最大為100.0mm/s，每執(zhí)行一次掃描行為，便可認(rèn)為數(shù)據(jù)實(shí)施了一次迭代處理操作，并且每次掃描行為發(fā)生所需要的時(shí)間，主要依靠電力電纜線的偏心尺寸[6]。而在此過程中，考慮到X射線在穿透電力電纜絕緣層時(shí)，會(huì)產(chǎn)生某種程度上的射線散射問題。因此，在計(jì)算偏心位移時(shí)，需要結(jié)合等效效應(yīng)，掌握X射線的穿透強(qiáng)度在不同厚度下的穿透系數(shù)衰減規(guī)律。根據(jù)電子等效原理，對(duì)其衰減效應(yīng)變化規(guī)律進(jìn)行表達(dá)，如下公式(3)所示。

公式(3)中：I表示為X射線在穿透物質(zhì)后射線此時(shí)具有的強(qiáng)度；I0表示為X射線在入射前的強(qiáng)度；μ表示為電力電纜絕緣物質(zhì)對(duì)X射線的吸收強(qiáng)度；d表示為電力電纜絕緣厚度（計(jì)算單位為mm）。在完成上述計(jì)算后，考慮到不同絕緣材料對(duì)X射線的吸收能力不同，而電力電纜的絕緣層通常為不同物質(zhì)構(gòu)成[7]。因此，當(dāng)X射線無損探傷機(jī)穿透復(fù)雜結(jié)構(gòu)電力電纜時(shí)，其衰減系數(shù)表示如下。

公式(4)中：iμ表示為電力電纜第i種絕緣物質(zhì)對(duì)X射線的吸收強(qiáng)度；di表示為第i層電力電纜絕緣厚度（計(jì)算單位為mm）。輸出最終計(jì)算的I值，完成對(duì)X射線射入電力電纜衰減系數(shù)的計(jì)算。

■1.3 輸出X射線偏心位移檢測結(jié)果

在掌握電力電纜絕緣材質(zhì)后，使用X射線對(duì)物質(zhì)對(duì)絕緣進(jìn)行穿透[8]。穿透過程參照如圖2所示。

圖2 中，箭頭指向方向表示為X射線無損探傷機(jī)射入方向。按照上述圖2穿透方式，獲取不同截面參數(shù)信息，并以此為依據(jù)與參照，獲取在不同方向上，電力電纜絕緣層的尺寸參數(shù)，再通過對(duì)幾何參數(shù)進(jìn)行位移加減計(jì)算的方式，得到偏心位移尺寸，以此作為X射線偏心位移檢測結(jié)果。以此完成對(duì)基于X射線無損探傷機(jī)的電力電纜偏心檢測方法的設(shè)計(jì)。

圖2 X射線無損探傷機(jī)的穿透過程

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

本文以某城市電力企業(yè)作為實(shí)驗(yàn)研究背景，將該電力企業(yè)中現(xiàn)有電力電纜作為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，分別利用本文提出的基于X射線無損探傷機(jī)的電力電纜偏心檢測方法和文獻(xiàn)[6]提出的基于振蕩波局部放電的檢測方法對(duì)該實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象進(jìn)行偏心檢測。將100條電力電纜進(jìn)行平均分配，其中50條利用本文檢測方法對(duì)其偏心情況進(jìn)行檢測，另外50條利用文獻(xiàn)[6]檢測方法對(duì)其偏心情況進(jìn)行檢測。檢測過程中，兩種檢測方法均以10條電力電纜為單位，對(duì)其偏心情況進(jìn)行檢測。為確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文選擇的100條電力電纜均為確定未出現(xiàn)偏心問題，能夠在電力運(yùn)行過程中正常使用的電纜。分別對(duì)兩組電力電纜中隨機(jī)20條電力電纜進(jìn)行人為偏心處理，使電纜周圍厚度發(fā)生改變，并將20條電力電纜隨機(jī)分配到5組待檢測組當(dāng)中。將兩種檢測方法的正確檢測存在偏心問題的電力電纜個(gè)數(shù)作為實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并將其記錄如表2所示。

表2 兩種檢測方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

從表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文檢測方法檢測出存在偏心問題的電力電纜個(gè)數(shù)與實(shí)際存在偏心問題的電力電纜個(gè)數(shù)完全一致，而文獻(xiàn)[6]檢測方法檢測出存在偏心問題電力電纜個(gè)數(shù)與實(shí)際存在偏心問題的電力電纜個(gè)數(shù)相差較大。因此，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的基于X射線無損探傷機(jī)的電力電纜偏心檢測方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠有效提高檢測正確率，將所有存在偏心問題的電力電纜全部找出，為后續(xù)電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率用電服務(wù)提供重要基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)一種基于X射線無損探傷機(jī)的電力電纜偏心檢測方法，在完成對(duì)方法的設(shè)計(jì)后，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，本文方法具有更高的實(shí)用性，相比傳統(tǒng)方法而言，整體價(jià)值更高。因此，可在后期的發(fā)展中，將本文設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到電力電纜偏心檢測過程中，以此解決電力電纜故障與運(yùn)行問題，致力于為電力市場的穩(wěn)定運(yùn)行提供指導(dǎo)。