論高壓電纜附件鉛封探傷中渦流探傷方式的應用

云南電網有限責任公司玉溪供電局 楊金海 劉雪鋒 尹泓江

作為高壓電纜附件中的重要關鍵步驟之一的鉛封，能夠將附件的銅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、適用電纜復雜運行環境、能夠對高壓電纜鉛封開裂、孔洞等缺陷進行帶電檢測的無損探傷技術。

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，使鉛封焊料呈現出半固態，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境復雜，當電纜長期運行后，由于機械振動、地面沉降等原因，可能會出現開裂等現象[2]。一旦鉛封發生開裂，會造成電氣虛接，引發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，國內在110kV及以上電纜線路中已出現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，若鉛封內部出現開裂等缺陷，根本無法及時發現。渦流探傷作為一種先進的鉛封檢測方式，以其固有的優越性，在高壓電纜附件鉛封檢測中得以廣泛應用。

2 渦流檢測理論分析

2.1 基本原理

從渦流檢測的應用原理來看，主要是電磁感應原理，渦流檢測技術適用于導電材料的無損檢測，通過將帶有交變電流激勵信號的檢測線圈與導體材料相貼近，在線圈磁場的作用下，使得導體材料表面形成一定的電渦流，而電渦流也會產生感應磁場，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生一定改變。上述改變與被檢測體激勵電流參數、感應渦流強度、幾何尺寸、電磁特性密切相關。所以，在實際的應用過程中，在確保被檢測導體的檢測距離，電磁場特點，檢驗參數等都保持穩定的情況下，借助周圍磁場電壓以及相應探測線圈的阻力變化，能夠將被檢測對象的導體信息進行充分反映。通過這種方式，能夠對導體表面缺陷進行檢測，如圖1所示。當被檢測導體處于無缺陷狀態下時，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，其內部阻抗會發生明顯變化，并在圖譜幅值上以“8”字回形呈現出來。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

所謂提離效應，是應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致檢測線圈阻力產生變化。由于提離效應，當進行檢測時，渦流產生的磁場傳輸效果與檢測線圈之間的位置關系密切相關。隨著提離值的不斷增大，渦流所產生的磁場衰敗，也會逐漸增加，反應到具體檢測結果上，就是磁場值會越小。對于鉛封材質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正向相關關系。由于鉛板上的感應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方向也處于相反方向，在實際使用中，兩相疊加會導致提離距離增加時，其渦流感應磁場，激勵磁場的疊加差值增強，反映在檢測線圈中即為，感應信號將會隨之產生弱化、強化的顯著改變。

綜合而言，提離值的結果對于渦流檢測結果有著直接影響，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

利用渦流技術檢測鉛封表面質量時，需先滿足渦流檢測技術應用原理，并掌握相對一致的檢測距離及可靠的電磁特性參數。

一般情況下，檢測參數即為檢測儀器參數、檢測探頭儀器參數兩部分構成，主要包括頻率、激勵電流、直徑、檢測線圈繞制匝數、繞制層數、檢測線圈材質等物理值，經調試設定后，將此視作固定值。針對被檢測導體電磁參數而言，加工工藝、冶煉工藝、組成材質均可影響電磁參數，對于一些鉛封加工金屬和加工工藝而言，具有混合比例統一的特點，并且在完成測量后導體磁導率和導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一，并且分布均勻?；谶@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，主要包括內部層疊砂眼、孔洞。常見渦流檢測優勢主要為靈敏度高、檢測快、無接觸等。從理論層面出發，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，可在生產現場、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范，以及機械振動，地質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，而開裂又會造成內部進水，這一現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準搪鉛施工工藝，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字式渦流探傷儀，結合防水帶材和鉛封外包熱縮套結構特點。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，并且結合信號圖譜可以發現相關變量的相位，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號缺陷樣品檢測結果如圖2、圖3，鉛封正常狀態下檢測結果如圖4。經檢測結果發現，非缺陷處、缺陷處檢測結果產生顯著差異，缺陷處產生較大幅值，并存在相位偏移，呈現典型“8”字回線，鉛封開裂現象越為嚴重則檢測信號強度越高，并越易于辨別。

圖2 1號樣品檢測結果

圖3 2號樣品檢測結果

圖4 鉛封正常狀態下檢測結果

3.3 運行狀態下電磁干擾試驗

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系，本次測試利用了高壓電纜狀態下仿真實驗平臺，在110kV的中間接頭位置處設計了鉛封缺陷，并模擬相關運行狀態下的不同負荷電，其具體檢測結果如表1所示。

表1 電磁干擾下鉛封渦流探傷檢測結果

分析表1數據可知，當處于高壓電纜運行狀態下時，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果的影響不足。

3.4 試點應用

為檢驗鉛封渦流探傷法檢驗效果，需考慮現場試用環節，選取某220kV高壓電纜線路展開試點應用，能夠達到預期效果，對于鉛封不均勻、開裂等現象有較高的辨識度。

3.5 試驗結論

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

4 結語

試驗所獲結論可總結歸納為如下幾點：

第一，渦流探傷技術能夠對高壓電纜鉛封開裂缺陷進行有效檢測，并且當處于檢測狀態下時，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檢測中，要結合現場檢測案例，做好收納整理，確保工程質量。針對投入運行的高壓電纜應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現并予以解決，保障高壓電纜安全、穩定運行[4-5]。

綜上所述，為保障高壓電纜安全、穩定運行，確保電纜附件鉛封狀態完好尤為重要，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。經高壓電纜鉛封渦流探傷試驗室人工缺陷模擬實驗、現場試點應用試驗、電磁干擾試驗等三項試驗結果分析，渦流探傷在電纜附件鉛封檢測中獲得良好檢測效果，且結果準確，使用便捷，具備一定推廣價值。