基于X射線無損探傷機的電力電纜偏心檢測方法

王賓

（云南電網有限責任公司，云南昆明，650011）

0 引言

在深入對電力產業發展的研究與市場調查中發現，我國近三年電力企業出現電力電纜故障或非預測性通電現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備故障、設備運行等原因影響電力企業供電[1]。因此，可認為在布設供電站及其內部電力設備零部件過程中，一旦出現電纜敷設不到位或安裝不標準的問題，便會造成電力電纜故障。其中，偏心故障是電力電纜運行中的常見故障，主要是指供電設備中電纜導線與電線芯部的絕緣層處于一種不同心的狀態，從而造成電力電纜截面上絕緣層的厚度不同。當其絕緣厚度處于不同狀態時，電力設備整體便容易出現絕緣效果差的問題[2]。針對此種問題，倘若不及時對其進行有效處理，不僅會產生觸電危險，同時也會在一定程度上影響電力的持續供應等。但偏心故障又區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現，需要輔助相關技術，深入到對電力電纜絕緣層厚度的探測中。因此，本文引進X射線無損探傷機，利用其較強的穿透性，設計可實現對電力電纜偏心故障進行有效檢測方法，掌握電力電纜的絕緣層實際厚度，降低絕緣材料浪費的現象發生，保障供電的安全性與可靠性。

1 基于X射線無損探傷機的電力電纜偏心檢測方法

■1.1 基于X射線無損探傷機布設電力電纜掃描裝置

為了滿足對電力電纜偏心的檢測需求，本文引進X射線無損探傷機，對掃描電力電纜流程進行規劃[3]。在開展相關工作前，對X射線無損探傷機運行技術參數進行分析，如表1所示。

在上述表1提出內容的基礎上，選擇脈沖射線源1臺；可充電電池2塊；充電器1個；控制線1條（不低于50m）；運輸箱1個。在完成對X射線無損探傷機布設相關準備工作后，繪制X射線無損探傷機掃描電力電纜示意圖，如圖1所示。

表1 X射線無損探傷機技術參數

圖1 基于X射線無損探傷機掃描電力電纜示意圖

圖1 中：①表示為C型架構；②表示為攜帶準直器的X射線發射管；③表示為X射線點探測裝置；④表示為X射線發射管；⑤表示為線性結構CCD探測裝置[4]。按照上述圖1所示結構，完成對電力電纜掃描裝置的布設。

■1.2 計算X射線射入電力電纜衰減系數

在完成上述相關工作后，對電力電纜進行偏心掃描，此過程中，對電力電纜偏心檢測的精度可通過控制X射線無損探傷機位置精度來控制[5]。設定位移精度為0.01mm，采用BNBSZ1004G型號的滾珠絲杠，滾珠絲杠的公徑直徑控制在10.0mm內，每個螺距控制在4.0mm內。此時，X射線無損探傷機位置精度可以通過如下計算公式表示。

公式(1)中：l表示為X射線無損探傷機的位置精度；θ表示為電力電纜步距角度；l0表示為螺距。根據上述計算公式，可對上述公式(1)進行推導，得到公式(2)。

根據上述計算公式，選擇混合式兩相位電機，控制電機的驅動電壓在3.2V以內，相位電流控制在2.0A范圍內，在此過程中保持X射線無損探傷機的轉矩在1.0N·m范圍內。結合上述公式的計算，可知當θ=1.8°時，布局轉角為0.9°，此時便可滿足對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上，設定C型號構件移動速度最大為100.0mm/s，每執行一次掃描行為，便可認為數據實施了一次迭代處理操作，并且每次掃描行為發生所需要的時間，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，會產生某種程度上的射線散射問題。因此，在計算偏心位移時，需要結合等效效應，掌握X射線的穿透強度在不同厚度下的穿透系數衰減規律。根據電子等效原理，對其衰減效應變化規律進行表達，如下公式(3)所示。

公式(3)中：I表示為X射線在穿透物質后射線此時具有的強度；I0表示為X射線在入射前的強度；μ表示為電力電纜絕緣物質對X射線的吸收強度；d表示為電力電纜絕緣厚度（計算單位為mm）。在完成上述計算后，考慮到不同絕緣材料對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構成[7]。因此，當X射線無損探傷機穿透復雜結構電力電纜時，其衰減系數表示如下。

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

■1.3 輸出X射線偏心位移檢測結果

在掌握電力電纜絕緣材質后，使用X射線對物質對絕緣進行穿透[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射線無損探傷機射入方向。按照上述圖2穿透方式，獲取不同截面參數信息，并以此為依據與參照，獲取在不同方向上，電力電纜絕緣層的尺寸參數，再通過對幾何參數進行位移加減計算的方式，得到偏心位移尺寸，以此作為X射線偏心位移檢測結果。以此完成對基于X射線無損探傷機的電力電纜偏心檢測方法的設計。

圖2 X射線無損探傷機的穿透過程

2 實驗論證分析

本文以某城市電力企業作為實驗研究背景，將該電力企業中現有電力電纜作為實驗研究對象，分別利用本文提出的基于X射線無損探傷機的電力電纜偏心檢測方法和文獻[6]提出的基于振蕩波局部放電的檢測方法對該實驗研究對象進行偏心檢測。將100條電力電纜進行平均分配，其中50條利用本文檢測方法對其偏心情況進行檢測，另外50條利用文獻[6]檢測方法對其偏心情況進行檢測。檢測過程中，兩種檢測方法均以10條電力電纜為單位，對其偏心情況進行檢測。為確保實驗結果的準確性，本文選擇的100條電力電纜均為確定未出現偏心問題，能夠在電力運行過程中正常使用的電纜。分別對兩組電力電纜中隨機20條電力電纜進行人為偏心處理，使電纜周圍厚度發生改變，并將20條電力電纜隨機分配到5組待檢測組當中。將兩種檢測方法的正確檢測存在偏心問題的電力電纜個數作為實驗評價指標，并將其記錄如表2所示。

表2 兩種檢測方法實驗結果對比表

從表2實驗結果可以看出，本文檢測方法檢測出存在偏心問題的電力電纜個數與實際存在偏心問題的電力電纜個數完全一致，而文獻[6]檢測方法檢測出存在偏心問題電力電纜個數與實際存在偏心問題的電力電纜個數相差較大。因此，通過對比實驗證明，本文提出的基于X射線無損探傷機的電力電纜偏心檢測方法在實際應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，為后續電力企業實現高質量、高效率用電服務提供重要基礎。

3 結束語

本文設計一種基于X射線無損探傷機的電力電纜偏心檢測方法，在完成對方法的設計后，通過對比實驗證明，本文方法具有更高的實用性，相比傳統方法而言，整體價值更高。因此，可在后期的發展中，將本文設計方法應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行問題，致力于為電力市場的穩定運行提供指導。