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套相連接，從而起到密封防水效果，如果鉛封開裂，會造成電氣虛接，引發(fā)鋁護套與地點位之間放電，長時間后會燒蝕電纜的絕緣屏蔽層，造成電纜絕緣的擊穿[1]。人工方式檢測鉛封時，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，急需一種檢測快速、靈敏度高、適用電纜復(fù)雜運行環(huán)境、能夠?qū)Ω邏弘娎|鉛封開裂、孔洞等缺陷進行帶電檢測的無損探傷技術(shù)。

1 鉛封渦輪檢測重要性

對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套與尾管或其他銜接，這種方式主要借助了燃燒器火焰對其進行局部加熱，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)水平對鉛封效果起到了較高的影響程度。同時電纜附件運行環(huán)境復(fù)雜，當(dāng)電纜長期運行后，由于機械振動、地面沉降等原因，可能會出現(xiàn)開裂等現(xiàn)象[2]。一旦鉛封發(fā)生開裂，會造成電氣虛接，引發(fā)鋁護套與地點位之間放電，長時間后會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、鉛封施工工藝不良等原因，國內(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，根本無法及時發(fā)現(xiàn)。渦流探傷作為一種先進的鉛封檢測方式，以其固有的優(yōu)越性，在高壓電纜附件鉛封檢測中得以廣泛應(yīng)用。

2 渦流檢測理論分析

2.1 基本原理

從渦流檢測的應(yīng)用原理來看，主要是電磁感應(yīng)原理，渦流檢測技術(shù)適用于導(dǎo)電材料的無損檢測，通過將帶有交變電流激勵信號的檢測線圈與導(dǎo)體材料相貼近，在線圈磁場的作用下，使得導(dǎo)體材料表面形成一定的電渦流，而電渦流也會產(chǎn)生感應(yīng)磁場，并與原磁場相疊加，這就改變了檢測線圈的負阻抗。簡言之，檢測線圈中相位、電流大小因受此磁場影響均會產(chǎn)生一定改變。上述改變與被檢測體激勵電流參數(shù)、感應(yīng)渦流強度、幾何尺寸、電磁特性密切相關(guān)。所以，在實際的應(yīng)用過程中，在確保被檢測導(dǎo)體的檢測距離，電磁場特點，檢驗參數(shù)等都保持穩(wěn)定的情況下，借助周圍磁場電壓以及相應(yīng)探測線圈的阻力變化，能夠?qū)⒈粰z測對象的導(dǎo)體信息進行充分反映。通過這種方式，能夠?qū)?dǎo)體表面缺陷進行檢測，如圖1所示。當(dāng)被檢測導(dǎo)體處于無缺陷狀態(tài)下時，由于阻抗的影響會使其均勻變化在渦流信號圖譜上；而一旦檢測出缺陷，其內(nèi)部阻抗會發(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，渦流檢測為一種非接觸式及無填充耦合檢測方式。

圖1 渦流檢測原理示意圖

2.2 提離效應(yīng)

所謂提離效應(yīng)，是應(yīng)用于點式放置線圈檢測工作中，由于不同檢測場景下，在工件和線圈間距方面的變化會導(dǎo)致檢測線圈阻力產(chǎn)生變化。由于提離效應(yīng)，當(dāng)進行檢測時，渦流產(chǎn)生的磁場傳輸效果與檢測線圈之間的位置關(guān)系密切相關(guān)。隨著提離值的不斷增大，渦流所產(chǎn)生的磁場衰敗，也會逐漸增加，反應(yīng)到具體檢測結(jié)果上，就是磁場值會越小。對于鉛封材質(zhì)屬于非鐵磁性材料的情況下而言，使用的檢測線圈多為圓柱形激勵線圈，這種線圈的檢測信號，其整體幅值會與提離距離呈現(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，在實際使用中，兩相疊加會導(dǎo)致提離距離增加時，其渦流感應(yīng)磁場，激勵磁場的疊加差值增強，反映在檢測線圈中即為，感應(yīng)信號將會隨之產(chǎn)生弱化、強化的顯著改變。

綜合而言，提離值的結(jié)果對于渦流檢測結(jié)果有著直接影響，如果使用圓柱形激勵件線圈為檢測線圈，且被檢測試件又屬于非鐵磁性材料，這時提離值越大，其反映出來的感應(yīng)信號變化幅值的最大值也會變大，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)檢測鉛封表面質(zhì)量時，需先滿足渦流檢測技術(shù)應(yīng)用原理，并掌握相對一致的檢測距離及可靠的電磁特性參數(shù)。

一般情況下，檢測參數(shù)即為檢測儀器參數(shù)、檢測探頭儀器參數(shù)兩部分構(gòu)成，主要包括頻率、激勵電流、直徑、檢測線圈繞制匝數(shù)、繞制層數(shù)、檢測線圈材質(zhì)等物理值，經(jīng)調(diào)試設(shè)定后，將此視作固定值。針對被檢測導(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，并且在完成測量后導(dǎo)體磁導(dǎo)率和導(dǎo)電率也往往較為固定。在檢測距離上，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)象又會造成一定的提離噪聲。對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。基于這一情況，在檢測時，需要將探頭放置在絕緣體表面處，并水平滑動探頭，從而確保最大程度上減少提離噪聲。對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對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。常見渦流檢測優(yōu)勢主要為靈敏度高、檢測快、無接觸等。從理論層面出發(fā)，可適用于未拆除熱縮保護套、鉛封包帶前提下的表面檢測。

為對渦流檢測高壓電纜附件鉛封缺陷實際效果展開檢驗，可在生產(chǎn)現(xiàn)場、實驗室實施鉛封典型缺陷檢測模擬試驗工作。

3 鉛封渦流檢測過程設(shè)計

3.1 鉛封典型缺陷樣品

運行過程中，常常在電纜中間接頭部位，由于不固定或固定不規(guī)范，以及機械振動，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，而開裂又會造成內(nèi)部進水，這一現(xiàn)象對于電纜安全運行起到嚴重的影響，會滋生較大的安全隱患。在檢測過程中出于實用性的考慮，往往涉及局部及貫通性的人工缺陷，1號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，在長度上控制在1/2分周長，在裂縫寬度上表現(xiàn)為1mm。2號缺陷作為開裂較為嚴重的鉛封樣品，制作方式與1號一致，制作周長也保持在1/2分周長，在裂縫寬度上為5mm。

3.2 鉛封典型缺陷樣品模擬試驗

為進一步探究渦流探傷檢測在不同鉛封開裂狀態(tài)下的檢測差異，研究中對1號、2號缺陷樣品進行了對比驗證，其主要的檢測儀器是數(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。在探頭選取上運用了大功率放射性探頭，其提離高度控制在5mm，并且結(jié)合信號圖譜可以發(fā)現(xiàn)相關(guān)變量的相位，阻抗幅度。在檢測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。在檢測方向上以軸向單向滑動為具體方向，最終停滯于鉛封位置處。

1號、2號缺陷樣品檢測結(jié)果如圖2、圖3，鉛封正常狀態(tài)下檢測結(jié)果如圖4。經(jīng)檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，非缺陷處、缺陷處檢測結(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)象越為嚴重則檢測信號強度越高，并越易于辨別。

圖2 1號樣品檢測結(jié)果

圖3 2號樣品檢測結(jié)果

圖4 鉛封正常狀態(tài)下檢測結(jié)果

3.3 運行狀態(tài)下電磁干擾試驗

在檢測過程中，為了運行為了檢驗鉛封渦流探傷與電磁干擾之間的關(guān)系，本次測試利用了高壓電纜狀態(tài)下仿真實驗平臺，在110kV的中間接頭位置處設(shè)計了鉛封缺陷，并模擬相關(guān)運行狀態(tài)下的不同負荷電，其具體檢測結(jié)果如表1所示。

表1 電磁干擾下鉛封渦流探傷檢測結(jié)果

分析表1數(shù)據(jù)可知，當(dāng)處于高壓電纜運行狀態(tài)下時，檢測強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信號基本保持一致。并且在不同載荷電流不同運行電壓的情況下，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于鉛封渦流探傷檢測結(jié)果的影響不足。

3.4 試點應(yīng)用

為檢驗鉛封渦流探傷法檢驗效果，需考慮現(xiàn)場試用環(huán)節(jié)，選取某220kV高壓電纜線路展開試點應(yīng)用，能夠達到預(yù)期效果，對于鉛封不均勻、開裂等現(xiàn)象有較高的辨識度。

3.5 試驗結(jié)論

在本次實驗過程中，經(jīng)歷了實驗室人工缺陷模擬實驗、現(xiàn)場試點，以及電磁干擾試驗3種測試類型，主要結(jié)合渦流探傷技術(shù)，對高壓電纜鉛封開裂缺陷的檢測狀況。

4 結(jié)語

試驗所獲結(jié)論可總結(jié)歸納為如下幾點：

第一，渦流探傷技術(shù)能夠?qū)Ω邏弘娎|鉛封開裂缺陷進行有效檢測，并且當(dāng)處于檢測狀態(tài)下時，其相位、信號圖譜會有明顯的“8”字回線特點，更易于識別，且開裂現(xiàn)象越嚴重，則檢測信號越強，更容易分辨[3]。

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

綜上所述，為保障高壓電纜安全、穩(wěn)定運行，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、便捷的檢測方式尤為重要。經(jīng)高壓電纜鉛封渦流探傷試驗室人工缺陷模擬實驗、現(xiàn)場試點應(yīng)用試驗、電磁干擾試驗等三項試驗結(jié)果分析，渦流探傷在電纜附件鉛封檢測中獲得良好檢測效果，且結(jié)果準(zhǔn)確，使用便捷，具備一定推廣價值。