高壓電纜封鉛渦流檢測(cè)對(duì)比試塊的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

付文光，寇 正，楊 軍

(內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院 全國示范性勞模和工匠人才創(chuàng)新工作室，呼和浩特 010020)

隨著電力需求的增長，110 kV級(jí)以上電力電纜的應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大，綜合運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)和管理手段是保障電纜線路安全可靠的基礎(chǔ)。

高壓電纜附件封鉛技術(shù)是電力電纜連接的關(guān)鍵。封鉛對(duì)金屬鉛護(hù)套或鋁護(hù)套電纜的各種終端頭、中間連接部位有著極重要的密封防水作用，可使電纜的金屬外護(hù)層與其他電氣設(shè)備連接形成良好的接地系統(tǒng)。封鉛工藝不良可能導(dǎo)致電纜出現(xiàn)潮氣侵入、絕緣程度降低等問題，引發(fā)擊穿事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

在電纜運(yùn)維質(zhì)量評(píng)估過程中，適時(shí)地對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件如附件封鉛部位進(jìn)行健康評(píng)估及缺陷檢測(cè)是消除故障隱患的一項(xiàng)重要工作。渦流檢測(cè)對(duì)工件表面或近表面的缺陷有較高的檢測(cè)靈敏度，且在一定范圍內(nèi)具有良好的線性顯示，可對(duì)不同大小的缺陷進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)行接觸檢測(cè)或非接觸檢測(cè)(帶有非金屬包敷層的檢測(cè))， 同時(shí)可對(duì)電力電纜進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

電力電纜附件渦流檢測(cè)對(duì)比試塊是建立評(píng)價(jià)被檢構(gòu)件質(zhì)量符合性標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)(通常采用對(duì)比試塊上的人工缺陷作為判定電力電纜渦流檢測(cè)是否合格的依據(jù))。目前電網(wǎng)企業(yè)多采用傳統(tǒng)的周期運(yùn)維和在線檢測(cè)對(duì)電纜進(jìn)行缺陷診斷，如文獻(xiàn)[1-3]使用的局部放電檢測(cè)、光纖測(cè)溫、金屬護(hù)層接地電流監(jiān)測(cè)等技術(shù)。文獻(xiàn)[4-5]模擬了電纜封鉛人工缺陷并開展了試驗(yàn)研究，證實(shí)了渦流檢測(cè)的有效性，但對(duì)于電力電纜附件封鉛渦流檢測(cè)對(duì)比試塊缺陷的多樣性設(shè)計(jì)、信號(hào)調(diào)校和分析、建立現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)的相關(guān)研究甚少。

1 典型電纜封鉛接頭形式

高壓電纜附件封鉛接頭共分為2種，即終端接頭和中間接頭，封鉛模式分為全塘鉛和半塘鉛。高壓電纜封鉛使附件的銅殼或尾管與電纜的鋁護(hù)套連接，同時(shí)起到密封防水作用。封鉛制作時(shí)，首先在高壓電纜鋁護(hù)套和中間接頭銅殼間高溫塘鉛一層圓弧狀的鉛，再在鉛表面緊繞23層防水包帶，最后熱縮一層護(hù)套。 封鉛結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 封鉛結(jié)構(gòu)示意

2 典型缺陷故障形式

近年來， 110，220 kV及以上高壓電纜在運(yùn)行過程中，因封鉛部位開裂或脫鉛造成的缺陷或故障逐漸增多[4-8]。安裝附件時(shí)，封鉛工藝執(zhí)行不到位產(chǎn)生的虛焊會(huì)導(dǎo)致封鉛出現(xiàn)孔洞缺陷；電纜通道周邊地質(zhì)松軟土質(zhì)沉降造成的物理性拉伸會(huì)使接頭出現(xiàn)不同程度的封鉛脫落現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)常見典型缺陷的外觀如圖2，3所示。

圖2 虛焊造成孔洞或漏封鉛缺陷的外觀

圖3 封鉛接頭開裂脫落外觀

3 對(duì)比試塊的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)渦流檢測(cè)對(duì)比試塊(渦流基準(zhǔn)試塊)多為長方體，材料基體為導(dǎo)電材料，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 渦流基準(zhǔn)試塊結(jié)構(gòu)示意

封鉛結(jié)構(gòu)包括中間接頭和GIS(氣體絕緣金屬封閉開關(guān))終端接頭，封鉛絕緣層包裹形式多樣，有的采用半搪鉛，有的是全封鉛，其外形均為圓弧狀，檢測(cè)時(shí)需要使用相同類型的試塊和匹配的探頭來進(jìn)行校準(zhǔn)才能滿足檢測(cè)要求。電纜封鉛的主要缺陷為孔洞類缺陷、疲勞裂紋和撕裂?？锥搭惾毕葜饕獮殡娎|封鉛制作過程中工藝操作不當(dāng)造成的；疲勞裂紋和撕裂主要是受地質(zhì)沉降、機(jī)械振動(dòng)或接頭固定不當(dāng)?shù)纫蛩赜绊?，?dǎo)致電纜接頭封鉛徑向受力而開裂產(chǎn)生(裂紋和撕裂為周向缺陷)。基于產(chǎn)生缺陷的類型，根據(jù)高壓電纜接頭封鉛結(jié)構(gòu)和缺陷形式，筆者設(shè)計(jì)制作了封鉛渦流對(duì)比試塊。

為保證檢測(cè)精度，在對(duì)渦流檢測(cè)對(duì)比試塊進(jìn)行調(diào)校時(shí)需要保證對(duì)比試塊和渦流檢測(cè)設(shè)備都穩(wěn)定地放置在對(duì)應(yīng)的放置面上，保證檢測(cè)傳感器垂直于檢測(cè)面。調(diào)校過程中對(duì)比試塊和渦流傳感器需要人工扶穩(wěn)，不能產(chǎn)生傾斜。因此，該過程人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，人力成本高，檢測(cè)效率低，且容易出現(xiàn)誤操作，影響檢測(cè)精度。

該渦流檢測(cè)對(duì)比試塊采用電纜附件封鉛通用工藝制成，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)主要有斷裂及孔洞類缺陷，所以對(duì)比試塊采用刻槽模擬斷裂缺陷， 平底孔模擬封鉛表面的孔洞缺陷。該試塊共設(shè)計(jì)了5處不同深度、不同類別的缺陷，具體參數(shù)如表1所示。缺陷沿封鉛表面分布展開圖如圖6所示(圖中L為刻槽長度；h為刻槽或平底孔的深度；d為平底孔直徑)。

表1 對(duì)比試塊缺陷設(shè)計(jì)參數(shù) mm

圖5 渦流檢測(cè)封鉛對(duì)比試塊結(jié)構(gòu)示意

圖6 缺陷沿封鉛表面分布展開圖

4 對(duì)比試塊驗(yàn)證

采用差動(dòng)橋式探頭對(duì)上述對(duì)比試塊封鉛部位的表面缺陷進(jìn)行渦流檢測(cè)，并調(diào)節(jié)檢測(cè)靈敏度。差動(dòng)橋式探頭型號(hào)為SCDC-ETO19012，實(shí)物如圖7所示。利用渦流檢測(cè)系統(tǒng)同時(shí)對(duì)含包敷層與不含包敷層的區(qū)域進(jìn)行靈敏度比對(duì)[9]，以確定最佳的檢測(cè)工藝參數(shù)。試驗(yàn)通過提高檢測(cè)信號(hào)的信噪比和抗干擾能力，采用數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)分析模塊相結(jié)合的方式獲取數(shù)據(jù)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的識(shí)別分析和診斷，并實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示阻抗平面。檢測(cè)工藝參數(shù)如表2所示(表中f為探頭頻率，fg為材料的特征頻率)。

表2 檢測(cè)工藝參數(shù)

圖7 差動(dòng)橋式探頭實(shí)物

帶有模擬缺陷的對(duì)比試塊外觀如圖8所示，帶有包覆層的對(duì)比試塊外觀如圖9所示。

圖8 帶有模擬缺陷的對(duì)比試塊外觀

圖9 帶有包覆層的對(duì)比試塊外觀

對(duì)對(duì)比試塊的無缺陷部位和典型缺陷部位進(jìn)行渦流檢測(cè)， 得到的阻抗圖如圖1013所示。

圖10 無缺陷部位的阻抗圖

通過調(diào)校，檢測(cè)圖譜均較好地反映了設(shè)計(jì)的缺陷，達(dá)到了建立現(xiàn)場(chǎng)封鉛接頭檢測(cè)質(zhì)量符合性標(biāo)準(zhǔn)的目的，為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作的可靠性和質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了技術(shù)依據(jù)。

圖11 刻槽C1的阻抗圖

圖12 刻槽C3的阻抗圖

圖13 平底孔P1的阻抗圖

5 結(jié)語

(1) 平面型無非金屬包敷層試塊與運(yùn)維或制造過程中的附件封鉛接頭差異較大，用其進(jìn)行校準(zhǔn)和靈敏度調(diào)試時(shí)誤差較大，無法實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)存在的缺陷進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。

(2) 制作的封鉛渦流檢測(cè)對(duì)比試塊為附件封鉛的渦流檢測(cè)提供了技術(shù)支持。

(3) 設(shè)計(jì)檢測(cè)探頭端部內(nèi)凹，使之同附件封鉛部位的外表面密貼，提高了設(shè)置檢測(cè)靈敏度的準(zhǔn)確度。