高壓電纜封鉛渦流檢測對比試塊的設(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)量評估過程中，適時(shí)地對關(guān)鍵構(gòu)件如附件封鉛部位進(jìn)行健康評估及缺陷檢測是消除故障隱患的一項(xiàng)重要工作。渦流檢測對工件表面或近表面的缺陷有較高的檢測靈敏度，且在一定范圍內(nèi)具有良好的線性顯示，可對不同大小的缺陷進(jìn)行評價(jià)，進(jìn)行接觸檢測或非接觸檢測(帶有非金屬包敷層的檢測)， 同時(shí)可對電力電纜進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。

電力電纜附件渦流檢測對比試塊是建立評價(jià)被檢構(gòu)件質(zhì)量符合性標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)(通常采用對比試塊上的人工缺陷作為判定電力電纜渦流檢測是否合格的依據(jù))。目前電網(wǎng)企業(yè)多采用傳統(tǒng)的周期運(yùn)維和在線檢測對電纜進(jìn)行缺陷診斷，如文獻(xiàn)[1-3]使用的局部放電檢測、光纖測溫、金屬護(hù)層接地電流監(jiān)測等技術(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)了渦流檢測的有效性，但對于電力電纜附件封鉛渦流檢測對比試塊缺陷的多樣性設(shè)計(jì)、信號調(diào)校和分析、建立現(xiàn)場檢測標(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使接頭出現(xiàn)不同程度的封鉛脫落現(xiàn)象?，F(xiàn)場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 對比試塊的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)渦流檢測對比試塊(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)?；诋a(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)制作了封鉛渦流對比試塊。

為保證檢測精度，在對渦流檢測對比試塊進(jìn)行調(diào)校時(shí)需要保證對比試塊和渦流檢測設(shè)備都穩(wěn)定地放置在對應(yīng)的放置面上，保證檢測傳感器垂直于檢測面。調(diào)校過程中對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，該過程人工勞動強(qiáng)度大，人力成本高，檢測效率低，且容易出現(xiàn)誤操作，影響檢測精度。

該渦流檢測對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)場主要有斷裂及孔洞類缺陷，所以對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 對比試塊缺陷設(shè)計(jì)參數(shù) mm

圖5 渦流檢測封鉛對比試塊結(jié)構(gòu)示意

圖6 缺陷沿封鉛表面分布展開圖

4 對比試塊驗(yàn)證

采用差動橋式探頭對上述對比試塊封鉛部位的表面缺陷進(jìn)行渦流檢測，并調(diào)節(jié)檢測靈敏度。差動橋式探頭型號為SCDC-ETO19012，實(shí)物如圖7所示。利用渦流檢測系統(tǒng)同時(shí)對含包敷層與不含包敷層的區(qū)域進(jìn)行靈敏度比對[9]，以確定最佳的檢測工藝參數(shù)。試驗(yàn)通過提高檢測信號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，實(shí)現(xiàn)了信號的識別分析和診斷，并實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示阻抗平面。檢測工藝參數(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 檢測工藝參數(shù)

圖7 差動橋式探頭實(shí)物

帶有模擬缺陷的對比試塊外觀如圖8所示，帶有包覆層的對比試塊外觀如圖9所示。

圖8 帶有模擬缺陷的對比試塊外觀

圖9 帶有包覆層的對比試塊外觀

對對比試塊的無缺陷部位和典型缺陷部位進(jìn)行渦流檢測， 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)場封鉛接頭檢測質(zhì)量符合性標(biāo)準(zhǔn)的目的，為現(xiàn)場檢測工作的可靠性和質(zhì)量評價(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)確地對存在的缺陷進(jìn)行質(zhì)量評價(jià)。

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

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