高压电缆封铅涡流检测对比试块的设计与验证

2021-12-22 05:35付文光

无损检测 2021年11期

付文光，寇正，杨军

(内蒙古电力科学研究院全国示范性劳模和工匠人才创新工作室，呼和浩特 010020)

随着电力需求的增长，110 kV级以上电力电缆的应用规模不断扩大，综合运用先进的技术和管理手段是保障电缆线路安全可靠的基础。

高压电缆附件封铅技术是电力电缆连接的关键。封铅对金属铅护套或铝护套电缆的各种终端头、中间连接部位有着极重要的密封防水作用，可使电缆的金属外护层与其他电气设备连接形成良好的接地系统。封铅工艺不良可能导致电缆出现潮气侵入、绝缘程度降低等问题，引发击穿事故，造成严重的经济损失。

在电缆运维质量评估过程中，适时地对关键构件如附件封铅部位进行健康评估及缺陷检测是消除故障隐患的一项重要工作。涡流检测对工件表面或近表面的缺陷有较高的检测灵敏度，且在一定范围内具有良好的线性显示，可对不同大小的缺陷进行评价，进行接触检测或非接触检测(带有非金属包敷层的检测)，同时可对电力电缆进行实时检测。

电力电缆附件涡流检测对比试块是建立评价被检构件质量符合性标准的基础(通常采用对比试块上的人工缺陷作为判定电力电缆涡流检测是否合格的依据)。目前电网企业多采用传统的周期运维和在线检测对电缆进行缺陷诊断，如文献[1-3]使用的局部放电检测、光纤测温、金属护层接地电流监测等技术。文献[4-5]模拟了电缆封铅人工缺陷并开展了试验研究，证实了涡流检测的有效性，但对于电力电缆附件封铅涡流检测对比试块缺陷的多样性设计、信号调校和分析、建立现场检测标准基础的相关研究甚少。

1 典型电缆封铅接头形式

高压电缆附件封铅接头共分为2种，即终端接头和中间接头，封铅模式分为全塘铅和半塘铅。高压电缆封铅使附件的铜壳或尾管与电缆的铝护套连接，同时起到密封防水作用。封铅制作时，首先在高压电缆铝护套和中间接头铜壳间高温塘铅一层圆弧状的铅，再在铅表面紧绕23层防水包带，最后热缩一层护套。封铅结构如图1所示。

图1 封铅结构示意

2 典型缺陷故障形式

近年来， 110，220 kV及以上高压电缆在运行过程中，因封铅部位开裂或脱铅造成的缺陷或故障逐渐增多[4-8]。安装附件时，封铅工艺执行不到位产生的虚焊会导致封铅出现孔洞缺陷；电缆通道周边地质松软土质沉降造成的物理性拉伸会使接头出现不同程度的封铅脱落现象。现场常见典型缺陷的外观如图2，3所示。

图2 虚焊造成孔洞或漏封铅缺陷的外观

图3 封铅接头开裂脱落外观

3 对比试块的设计

传统涡流检测对比试块(涡流基准试块)多为长方体，材料基体为导电材料，其结构如图4所示。

图4 涡流基准试块结构示意

封铅结构包括中间接头和GIS(气体绝缘金属封闭开关)终端接头，封铅绝缘层包裹形式多样，有的采用半搪铅，有的是全封铅，其外形均为圆弧状，检测时需要使用相同类型的试块和匹配的探头来进行校准才能满足检测要求。电缆封铅的主要缺陷为孔洞类缺陷、疲劳裂纹和撕裂。孔洞类缺陷主要为电缆封铅制作过程中工艺操作不当造成的；疲劳裂纹和撕裂主要是受地质沉降、机械振动或接头固定不当等因素影响，导致电缆接头封铅径向受力而开裂产生(裂纹和撕裂为周向缺陷)。基于产生缺陷的类型，根据高压电缆接头封铅结构和缺陷形式，笔者设计制作了封铅涡流对比试块。

为保证检测精度，在对涡流检测对比试块进行调校时需要保证对比试块和涡流检测设备都稳定地放置在对应的放置面上，保证检测传感器垂直于检测面。调校过程中对比试块和涡流传感器需要人工扶稳，不能产生倾斜。因此，该过程人工劳动强度大，人力成本高，检测效率低，且容易出现误操作，影响检测精度。

该涡流检测对比试块采用电缆附件封铅通用工艺制成，其结构如图5所示。因为现场主要有断裂及孔洞类缺陷，所以对比试块采用刻槽模拟断裂缺陷，平底孔模拟封铅表面的孔洞缺陷。该试块共设计了5处不同深度、不同类别的缺陷，具体参数如表1所示。缺陷沿封铅表面分布展开图如图6所示(图中L为刻槽长度；h为刻槽或平底孔的深度；d为平底孔直径)。

表1 对比试块缺陷设计参数 mm

图5 涡流检测封铅对比试块结构示意

图6 缺陷沿封铅表面分布展开图

4 对比试块验证

采用差动桥式探头对上述对比试块封铅部位的表面缺陷进行涡流检测，并调节检测灵敏度。差动桥式探头型号为SCDC-ETO19012，实物如图7所示。利用涡流检测系统同时对含包敷层与不含包敷层的区域进行灵敏度比对[9]，以确定最佳的检测工艺参数。试验通过提高检测信号的信噪比和抗干扰能力，采用数据采集模块和数据分析模块相结合的方式获取数据信号，实现了信号的识别分析和诊断，并实现了实时显示阻抗平面。检测工艺参数如表2所示(表中f为探头频率，fg为材料的特征频率)。