論高壓電纜附件鉛封探傷中渦流探傷方式的應(yīng)用

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局 楊金海 劉雪鋒 尹泓江

作為高壓電纜附件中的重要關(guān)鍵步驟之一的鉛封，能夠?qū)⒏郊你~殼或尾管與電纜鋁護(hù)套相連接，從而起到密封防水效果，如果鉛封開裂，會(huì)造成電氣虛接，引發(fā)鋁護(hù)套與地點(diǎn)位之間放電，長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)燒蝕電纜的絕緣屏蔽層，造成電纜絕緣的擊穿[1]。人工方式檢測(cè)鉛封時(shí)，須取下鉛封防水帶、熱縮套，操作復(fù)雜且效率低下，更主要的是具有破壞性。所以，急需一種檢測(cè)快速、靈敏度高、適用電纜復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境、能夠?qū)Ω邏弘娎|鉛封開裂、孔洞等缺陷進(jìn)行帶電檢測(cè)的無損探傷技術(shù)。

1 鉛封渦輪檢測(cè)重要性

對(duì)于電纜附件的接地來說，往往通過鉛封方式使得電纜鋁保護(hù)套與尾管或其他銜接，這種方式主要借助了燃燒器火焰對(duì)其進(jìn)行局部加熱，使鉛封焊料呈現(xiàn)出半固態(tài)，再通過手工加工塑形，進(jìn)而成為完整的金屬密封容器。由于電纜附件鉛封是安裝現(xiàn)場(chǎng)手工制作完成，成品因人不同有比較大的差異，施工人員的技術(shù)水平對(duì)鉛封效果起到了較高的影響程度。同時(shí)電纜附件運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，當(dāng)電纜長(zhǎng)期運(yùn)行后，由于機(jī)械振動(dòng)、地面沉降等原因，可能會(huì)出現(xiàn)開裂等現(xiàn)象[2]。一旦鉛封發(fā)生開裂，會(huì)造成電氣虛接，引發(fā)鋁護(hù)套與地點(diǎn)位之間放電，長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)燒蝕電纜的絕緣屏蔽層，造成電纜絕緣的擊穿。近幾年，由于地面沉降、施工振動(dòng)、鉛封施工工藝不良等原因，國(guó)內(nèi)在110kV及以上電纜線路中已出現(xiàn)幾十起因鉛封開裂造成的電纜附件擊穿事故。

鉛封工作完成后，通常會(huì)纏繞防水帶、熱縮管等，若鉛封內(nèi)部出現(xiàn)開裂等缺陷，根本無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。渦流探傷作為一種先進(jìn)的鉛封檢測(cè)方式，以其固有的優(yōu)越性，在高壓電纜附件鉛封檢測(cè)中得以廣泛應(yīng)用。

2 渦流檢測(cè)理論分析

2.1 基本原理

從渦流檢測(cè)的應(yīng)用原理來看，主要是電磁感應(yīng)原理，渦流檢測(cè)技術(shù)適用于導(dǎo)電材料的無損檢測(cè)，通過將帶有交變電流激勵(lì)信號(hào)的檢測(cè)線圈與導(dǎo)體材料相貼近，在線圈磁場(chǎng)的作用下，使得導(dǎo)體材料表面形成一定的電渦流，而電渦流也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，并與原磁場(chǎng)相疊加，這就改變了檢測(cè)線圈的負(fù)阻抗。簡(jiǎn)言之，檢測(cè)線圈中相位、電流大小因受此磁場(chǎng)影響均會(huì)產(chǎn)生一定改變。上述改變與被檢測(cè)體激勵(lì)電流參數(shù)、感應(yīng)渦流強(qiáng)度、幾何尺寸、電磁特性密切相關(guān)。所以，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，在確保被檢測(cè)導(dǎo)體的檢測(cè)距離，電磁場(chǎng)特點(diǎn)，檢驗(yàn)參數(shù)等都保持穩(wěn)定的情況下，借助周圍磁場(chǎng)電壓以及相應(yīng)探測(cè)線圈的阻力變化，能夠?qū)⒈粰z測(cè)對(duì)象的導(dǎo)體信息進(jìn)行充分反映。通過這種方式，能夠?qū)?dǎo)體表面缺陷進(jìn)行檢測(cè)，如圖1所示。當(dāng)被檢測(cè)導(dǎo)體處于無缺陷狀態(tài)下時(shí)，由于阻抗的影響會(huì)使其均勻變化在渦流信號(hào)圖譜上；而一旦檢測(cè)出缺陷，其內(nèi)部阻抗會(huì)發(fā)生明顯變化，并在圖譜幅值上以“8”字回形呈現(xiàn)出來。由此可見，渦流檢測(cè)為一種非接觸式及無填充耦合檢測(cè)方式。

圖1 渦流檢測(cè)原理示意圖

2.2 提離效應(yīng)

所謂提離效應(yīng)，是應(yīng)用于點(diǎn)式放置線圈檢測(cè)工作中，由于不同檢測(cè)場(chǎng)景下，在工件和線圈間距方面的變化會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)線圈阻力產(chǎn)生變化。由于提離效應(yīng)，當(dāng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)傳輸效果與檢測(cè)線圈之間的位置關(guān)系密切相關(guān)。隨著提離值的不斷增大，渦流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)衰敗，也會(huì)逐漸增加，反應(yīng)到具體檢測(cè)結(jié)果上，就是磁場(chǎng)值會(huì)越小。對(duì)于鉛封材質(zhì)屬于非鐵磁性材料的情況下而言，使用的檢測(cè)線圈多為圓柱形激勵(lì)線圈，這種線圈的檢測(cè)信號(hào)，其整體幅值會(huì)與提離距離呈現(xiàn)正向相關(guān)關(guān)系。由于鉛板上的感應(yīng)渦流流向和激勵(lì)電流流向相悖，且兩者所處的線圈位置感應(yīng)方向也處于相反方向，在實(shí)際使用中，兩相疊加會(huì)導(dǎo)致提離距離增加時(shí)，其渦流感應(yīng)磁場(chǎng)，激勵(lì)磁場(chǎng)的疊加差值增強(qiáng)，反映在檢測(cè)線圈中即為，感應(yīng)信號(hào)將會(huì)隨之產(chǎn)生弱化、強(qiáng)化的顯著改變。

綜合而言，提離值的結(jié)果對(duì)于渦流檢測(cè)結(jié)果有著直接影響，如果使用圓柱形激勵(lì)件線圈為檢測(cè)線圈，且被檢測(cè)試件又屬于非鐵磁性材料，這時(shí)提離值越大，其反映出來的感應(yīng)信號(hào)變化幅值的最大值也會(huì)變大，試件可檢靈敏度也不斷提升。

2.3 適用分析

利用渦流技術(shù)檢測(cè)鉛封表面質(zhì)量時(shí)，需先滿足渦流檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用原理，并掌握相對(duì)一致的檢測(cè)距離及可靠的電磁特性參數(shù)。

一般情況下，檢測(cè)參數(shù)即為檢測(cè)儀器參數(shù)、檢測(cè)探頭儀器參數(shù)兩部分構(gòu)成，主要包括頻率、激勵(lì)電流、直徑、檢測(cè)線圈繞制匝數(shù)、繞制層數(shù)、檢測(cè)線圈材質(zhì)等物理值，經(jīng)調(diào)試設(shè)定后，將此視作固定值。針對(duì)被檢測(cè)導(dǎo)體電磁參數(shù)而言，加工工藝、冶煉工藝、組成材質(zhì)均可影響電磁參數(shù)，對(duì)于一些鉛封加工金屬和加工工藝而言，具有混合比例統(tǒng)一的特點(diǎn)，并且在完成測(cè)量后導(dǎo)體磁導(dǎo)率和導(dǎo)電率也往往較為固定。在檢測(cè)距離上，可以將其粗略等同于提離高度，由于在自由空間內(nèi)檢測(cè)起提離高度有較大難度，且探頭往較為粗糙或存在一定的傾斜問題，這些現(xiàn)象又會(huì)造成一定的提離噪聲。對(duì)于一些鉛封富有塑造的情況下，外部絕緣體能夠保持的厚度統(tǒng)一，并且分布均勻?；谶@一情況，在檢測(cè)時(shí)，需要將探頭放置在絕緣體表面處，并水平滑動(dòng)探頭，從而確保最大程度上減少提離噪聲。對(duì)于光滑無邊界無缺陷的情況下，可以將幾何尺寸視為被檢測(cè)對(duì)象的鉛封表面固定值，而如果鉛封存在一定缺陷，則可將其看作為非線性幾何變化。通常情況下，典型鉛封缺陷位置主要分為如下兩方面：其一，近表面缺陷、表面缺陷，主要包括表面開裂及刀痕狀劃傷；其二，埋藏缺陷，主要包括內(nèi)部層疊砂眼、孔洞。常見渦流檢測(cè)優(yōu)勢(shì)主要為靈敏度高、檢測(cè)快、無接觸等。從理論層面出發(fā)，可適用于未拆除熱縮保護(hù)套、鉛封包帶前提下的表面檢測(cè)。

為對(duì)渦流檢測(cè)高壓電纜附件鉛封缺陷實(shí)際效果展開檢驗(yàn)，可在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室實(shí)施鉛封典型缺陷檢測(cè)模擬試驗(yàn)工作。

3 鉛封渦流檢測(cè)過程設(shè)計(jì)

3.1 鉛封典型缺陷樣品

運(yùn)行過程中，常常在電纜中間接頭部位，由于不固定或固定不規(guī)范，以及機(jī)械振動(dòng)，地質(zhì)沉浮等主客觀因素的共同影，高壓電纜接頭處的鉛封位置常常存在著徑向單側(cè)受力的問題，這容易造成使用過程中鉛封位置的頂部開裂，而開裂又會(huì)造成內(nèi)部進(jìn)水，這一現(xiàn)象對(duì)于電纜安全運(yùn)行起到嚴(yán)重的影響，會(huì)滋生較大的安全隱患。在檢測(cè)過程中出于實(shí)用性的考慮，往往涉及局部及貫通性的人工缺陷，1號(hào)缺陷是一種輕微開裂的鉛封樣品，其主要參考了高壓電纜中間接頭標(biāo)準(zhǔn)搪鉛施工工藝，在長(zhǎng)度上控制在1/2分周長(zhǎng)，在裂縫寬度上表現(xiàn)為1mm。2號(hào)缺陷作為開裂較為嚴(yán)重的鉛封樣品，制作方式與1號(hào)一致，制作周長(zhǎng)也保持在1/2分周長(zhǎng)，在裂縫寬度上為5mm。

3.2 鉛封典型缺陷樣品模擬試驗(yàn)

為進(jìn)一步探究渦流探傷檢測(cè)在不同鉛封開裂狀態(tài)下的檢測(cè)差異，研究中對(duì)1號(hào)、2號(hào)缺陷樣品進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，其主要的檢測(cè)儀器是數(shù)字式渦流探傷儀，結(jié)合防水帶材和鉛封外包熱縮套結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在探頭選取上運(yùn)用了大功率放射性探頭，其提離高度控制在5mm，并且結(jié)合信號(hào)圖譜可以發(fā)現(xiàn)相關(guān)變量的相位，阻抗幅度。在檢測(cè)過程中探頭需要充分接觸鉛封表面，選擇其中無缺陷，或有缺陷鉛封邊緣的任意位置作為接觸點(diǎn)。在檢測(cè)方向上以軸向單向滑動(dòng)為具體方向，最終停滯于鉛封位置處。

1號(hào)、2號(hào)缺陷樣品檢測(cè)結(jié)果如圖2、圖3，鉛封正常狀態(tài)下檢測(cè)結(jié)果如圖4。經(jīng)檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，非缺陷處、缺陷處檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生顯著差異，缺陷處產(chǎn)生較大幅值，并存在相位偏移，呈現(xiàn)典型“8”字回線，鉛封開裂現(xiàn)象越為嚴(yán)重則檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度越高，并越易于辨別。

圖2 1號(hào)樣品檢測(cè)結(jié)果

圖3 2號(hào)樣品檢測(cè)結(jié)果

圖4 鉛封正常狀態(tài)下檢測(cè)結(jié)果

3.3 運(yùn)行狀態(tài)下電磁干擾試驗(yàn)

在檢測(cè)過程中，為了運(yùn)行為了檢驗(yàn)鉛封渦流探傷與電磁干擾之間的關(guān)系，本次測(cè)試?yán)昧烁邏弘娎|狀態(tài)下仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在110kV的中間接頭位置處設(shè)計(jì)了鉛封缺陷，并模擬相關(guān)運(yùn)行狀態(tài)下的不同負(fù)荷電，其具體檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 電磁干擾下鉛封渦流探傷檢測(cè)結(jié)果

分析表1數(shù)據(jù)可知，當(dāng)處于高壓電纜運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，檢測(cè)強(qiáng)度定位在缺陷處和非缺陷處并沒有較為明顯的差異，缺陷處與非缺陷處之間的檢測(cè)信號(hào)基本保持一致。并且在不同載荷電流不同運(yùn)行電壓的情況下，仍然可以清晰的分辨出鉛封自身是否存在開裂缺陷，這也意味著電磁干擾對(duì)于鉛封渦流探傷檢測(cè)結(jié)果的影響不足。

3.4 試點(diǎn)應(yīng)用

為檢驗(yàn)鉛封渦流探傷法檢驗(yàn)效果，需考慮現(xiàn)場(chǎng)試用環(huán)節(jié)，選取某220kV高壓電纜線路展開試點(diǎn)應(yīng)用，能夠達(dá)到預(yù)期效果，對(duì)于鉛封不均勻、開裂等現(xiàn)象有較高的辨識(shí)度。

3.5 試驗(yàn)結(jié)論

在本次實(shí)驗(yàn)過程中，經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)室人工缺陷模擬實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試點(diǎn)，以及電磁干擾試驗(yàn)3種測(cè)試類型，主要結(jié)合渦流探傷技術(shù)，對(duì)高壓電纜鉛封開裂缺陷的檢測(cè)狀況。

4 結(jié)語

試驗(yàn)所獲結(jié)論可總結(jié)歸納為如下幾點(diǎn)：

第一，渦流探傷技術(shù)能夠?qū)Ω邏弘娎|鉛封開裂缺陷進(jìn)行有效檢測(cè)，并且當(dāng)處于檢測(cè)狀態(tài)下時(shí)，其相位、信號(hào)圖譜會(huì)有明顯的“8”字回線特點(diǎn)，更易于識(shí)別，且開裂現(xiàn)象越嚴(yán)重，則檢測(cè)信號(hào)越強(qiáng)，更容易分辨[3]。

第二，在渦流探傷法檢測(cè)對(duì)于新建高壓電纜線路的鉛封狀態(tài)檢測(cè)中，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)案例，做好收納整理，確保工程質(zhì)量。針對(duì)投入運(yùn)行的高壓電纜應(yīng)定期展開電纜附件鉛封渦流探傷檢測(cè)，對(duì)存在的故障隱患及時(shí)發(fā)現(xiàn)并予以解決，保障高壓電纜安全、穩(wěn)定運(yùn)行[4-5]。

綜上所述，為保障高壓電纜安全、穩(wěn)定運(yùn)行，確保電纜附件鉛封狀態(tài)完好尤為重要，以往所采取的人工檢測(cè)方式，需拆除防水帶、熱縮套，工序復(fù)雜、繁瑣，且工作效率低。因此，找尋一種高效、便捷的檢測(cè)方式尤為重要。經(jīng)高壓電纜鉛封渦流探傷試驗(yàn)室人工缺陷模擬實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試點(diǎn)應(yīng)用試驗(yàn)、電磁干擾試驗(yàn)等三項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果分析，渦流探傷在電纜附件鉛封檢測(cè)中獲得良好檢測(cè)效果，且結(jié)果準(zhǔn)確，使用便捷，具備一定推廣價(jià)值。