電纜緩沖層缺陷數字X射線的無損檢測技術研究

周燁斌

（上海電力安裝第二工程有限公司，上海 200000）

電力電纜是城市發展的重要基礎供電設備。國家電網公司和南方電網的運行數據表明，由于電纜防水緩沖層的缺陷，導致了許多電纜故障。高壓電纜是城市發展的重要基礎供電設備，電纜運行中的故障問題越來越頻繁，對國民經濟和人民生活造成了很大的影響。

1 X射線數字成像技術

數字X線攝影(digital radiography, DR)成像技術,不同于傳統的攝影技術，它依托電子信息技術，通過計算機云端直接形成X射線成像，在計算機圖像功能的操作下，可以將X射線的影像信息轉化成數字符號信息。目前，臨床使用的DR成像技術主要涵蓋了電荷耦合器件(CCD)、多絲正比室X線掃描以及平板探測器FPD等，此外，平板探測器又涵蓋了非晶硒、非晶硅X線數字攝影系統。

緩沖層缺陷與緩沖層附近絕緣層和鋁護套密度之間的密度差較大，通過DR檢測可以區分理論密度偏差，因此，利用DR系統檢測高壓電纜緩沖層缺陷是可行的。不同能量的X射線穿透被探測物質的能力也不同。通過實驗和理論研究可以證實，一旦單能量X射線能夠穿過密度均衡的物質層時，射線強度會發生顯著衰減，而隨著入射強度的增加，穿透物體的厚度也會衰減，即：

I0代表的是入射線的強度，I則代表的是傳輸材料的后射線束強度，X代表材料的厚度，e則是線路衰減系數（cm-1為單位），μ表示在一定時間內單位長度材料的X射線衰減系數。

2 緩沖層缺陷射線識別機理

通常的交聯聚乙烯絕緣電力電纜緩沖層主要作用是緩解主絕緣擠壓時的側向壓力，補償運行中的絕緣熱膨脹，依靠其半導電特性提供徑向電流通道，起到縱向阻水作用。

射線檢測時，X射線在穿透物體時能夠與逐層物質發生相互的作用，受到散射和吸收影響，它的強度也會隨之減少。強度的減少程度在于與物體密度相關的物質減少程度以及能被輻射穿透的物質的厚度。緩沖層由聚酯纖維編織布(ρ=1.2~1.37g/cm3)和水可膨脹聚丙烯酸酯(ρ=0)組成。95g/cm3)。緩沖層燒蝕缺陷產物主要為碳酸鈉或碳酸氫鈉(ρ=2.532g/cm3)和氧化鋁(ρ=3.7g/cm3)。由于緩沖層與其相鄰的鋁護套和外屏蔽層之間存在明顯的密度差異，通過圖像分析可以清晰地表征緩沖層的結構特征。但是緩沖層中存在缺陷，缺陷產物的衰減系數與緩沖層不一致，所以成像圖像上的黑度會有明顯的差異，這就是對比度，緩沖層的缺陷識別可以通過反映對比度差異來實現。

3 影響成像質量的因素

3.1 X射線能量大小因素

X射線對物體的檢測反應度在于成像板的靈敏度和工件對比度。工件對比度是射線在工件2個不同部位的穿透強度之比，它受管電壓和材料的吸收系數以及缺陷深度的影響；成像板的靈敏度會通過檢測系統進行檢測不容易輕易變化。如果管電壓過低，會導致射線穿透度不足，在成像板成像質量也無法保證；反之，在管電壓不斷升高的情況下，衰減系數也會隨之變小，從而導致成像的靈敏度隨之下降。所以，需要選擇能量不太高的X射線來確保穿透力。

3.2 焦距大小因素

焦距代表了成像板與X射線源之間的最短距離。焦距會影響X射線在進行檢測時圖像的清晰程度和曝光量大小，因此，選擇焦距時要考慮到其大小對圖像的清晰度和曝光量的影響程度。NB/T47013－2015《承壓設備無損檢測第3部分超聲檢測》中，規定了f與d、b的關系。AB級代表中靈敏度技術，B級表示高靈敏度技術。

標準規定了在設備安裝后和運行過程中，AB級標準一般是最佳選擇。

公式里，Ug代表幾何不清晰度，mm。d作為X射線管有效焦點尺寸，mm。

這樣得到的圖像清晰度也更為精準，也會達到比較大的有效檢測長度。

3.3 曝光量因素

曝光量代表的是照射時間t與X射線源發出的射線強度E之間的乘積，同樣等于透照時間t與管電流i之間的乘積。曝光量作為X射線透照檢測中的重要參考指標，會導致圖像清晰程度，因此，兩者之間的關系成線性。圖像的質量也受到曝光量的調整影響，除此之外，曝光量對圖像的靈敏度、顆粒度以及對比度都有一定程度的影響。

4 電纜緩沖層缺陷X射線無損檢測的案例分析

4.1 緩沖層缺陷X射線無損檢測

經現場試驗選擇X射線檢測的管電壓為75kV,管電流則是0.6mA,焦距為600mm。在經過檢測時發現，受到擺放機位空間大小的影響下，管電壓調整度在65~85kV之間，而焦距變動值一般在550~700mm之間。現場檢測電纜線路長2.8km，分成4段，每段的長度在700m左右。預計一共86個檢測點。

4.2 檢測結果

根據已有設置的檢測工藝來看，射線圖像能夠清晰看出電纜中的鋁護套、主絕緣和銅芯線，銅芯線一般表現在中間區域圓柱體形狀，而外圍部分就是主絕緣，兩者之間的導體屏蔽層無法在圖像中清晰顯示。如下圖1(a)所示。

圖1 檢測結果圖像

典型白色缺陷透照圖像如圖1(b)所示。從部分圖像中能夠看見白色區塊缺陷影像，并從圖中顯示的缺陷影像來看，一方面靠近套管，并處于波谷位置，基本分布在白色鋁套管中；另一方面，白色缺陷影像根據射線機擺放位置能夠發現，處于圖像的下半部分，也就是電纜底部，靠近支架。

根據檢測結果發現，此電纜線路A相、B相、C相共檢測到75個測距點，而與上述缺陷問題相似的共有21處，比率占據28%。其中，A相占據最少，其次是C相，B相占據最多，所以，B相存在的漏洞也最多。如圖1(c)所示。

4.3 分析討論

此電纜線路的圖像檢測能夠清晰可見與電纜有關的鋁護套、主絕緣、銅芯線3個部分。按照X射線檢測技術和機理，考慮成像質量影響因素，從實驗來看，X射線檢測技術能夠有效測驗出在同等工藝條件下電纜本體緩沖層存在的缺陷。

在分析白色缺陷影像顯示中，根據它本身的位置規律能發現電纜緩沖層燒蝕缺陷形成的原因。因為在電纜緩沖層中存在阻水粉，并且它的成分呈堿性狀態，能夠在受潮后發生一定的電化學反應，會形成密度較大的氧化鋁、碳酸氫鈉以及碳酸鈉。處于下部波谷處的電纜，與頂部相比，其鋁護套的承受力更大，因此容易與絕緣屏蔽層和兩側的鋁發生反應。

通過現場的檢查發現，此線路的電纜自身的緩沖層受到燒蝕的情況比較嚴重，其中B相比A相和C相的缺陷更為嚴重，正是由于上述所說的質量原因才導致B相附近出現不穩定事故。總之，考慮到電纜事故的危害性以及保證電纜運行的安全性，該線路段的電纜需要及時進行檢測和更換。

5 結語

X射線無損檢測技術已在許多行業得到廣泛應用，具有良好的實踐基礎，然而高壓電纜本身緩沖層遭受燒蝕影響會導致電纜受損，進而影響電纜的穩定運行，導致電網安全出現重大隱患。電纜被X射線檢測后發現，電纜本體的緩沖層受到燒蝕情況的現象共有21處，并且這些燒蝕情況大都處于電纜底部位置的鋁護套附近，其中B相跟A、C相比缺陷更為嚴重，表明電纜緩沖層缺陷能夠通過數字X射線的無損檢測技術有效檢驗。因此，為保障電網的穩定安全運行，數字X射線的無損檢測技術具有良好的應用和推廣價值。