论高压电缆附件铅封探伤中涡流探伤方式的应用

云南电网有限责任公司玉溪供电局 杨金海 刘雪锋 尹泓江

作为高压电缆附件中的重要关键步骤之一的铅封，能够将附件的铜壳或尾管与电缆铝护套相连接，从而起到密封防水效果，如果铅封开裂，会造成电气虚接，引发铝护套与地点位之间放电，长时间后会烧蚀电缆的绝缘屏蔽层，造成电缆绝缘的击穿[1]。人工方式检测铅封时，须取下铅封防水带、热缩套，操作复杂且效率低下，更主要的是具有破坏性。所以，急需一种检测快速、灵敏度高、适用电缆复杂运行环境、能够对高压电缆铅封开裂、孔洞等缺陷进行带电检测的无损探伤技术。

1 铅封涡轮检测重要性

对于电缆附件的接地来说，往往通过铅封方式使得电缆铝保护套与尾管或其他衔接，这种方式主要借助了燃烧器火焰对其进行局部加热，使铅封焊料呈现出半固态，再通过手工加工塑形，进而成为完整的金属密封容器。由于电缆附件铅封是安装现场手工制作完成，成品因人不同有比较大的差异，施工人员的技术水平对铅封效果起到了较高的影响程度。同时电缆附件运行环境复杂，当电缆长期运行后，由于机械振动、地面沉降等原因，可能会出现开裂等现象[2]。一旦铅封发生开裂，会造成电气虚接，引发铝护套与地点位之间放电，长时间后会烧蚀电缆的绝缘屏蔽层，造成电缆绝缘的击穿。近几年，由于地面沉降、施工振动、铅封施工工艺不良等原因，国内在110kV及以上电缆线路中已出现几十起因铅封开裂造成的电缆附件击穿事故。

铅封工作完成后，通常会缠绕防水带、热缩管等，若铅封内部出现开裂等缺陷，根本无法及时发现。涡流探伤作为一种先进的铅封检测方式，以其固有的优越性，在高压电缆附件铅封检测中得以广泛应用。

2 涡流检测理论分析

2.1 基本原理

从涡流检测的应用原理来看，主要是电磁感应原理，涡流检测技术适用于导电材料的无损检测，通过将带有交变电流激励信号的检测线圈与导体材料相贴近，在线圈磁场的作用下，使得导体材料表面形成一定的电涡流，而电涡流也会产生感应磁场，并与原磁场相叠加，这就改变了检测线圈的负阻抗。简言之，检测线圈中相位、电流大小因受此磁场影响均会产生一定改变。上述改变与被检测体激励电流参数、感应涡流强度、几何尺寸、电磁特性密切相关。所以，在实际的应用过程中，在确保被检测导体的检测距离，电磁场特点，检验参数等都保持稳定的情况下，借助周围磁场电压以及相应探测线圈的阻力变化，能够将被检测对象的导体信息进行充分反映。通过这种方式，能够对导体表面缺陷进行检测，如图1所示。当被检测导体处于无缺陷状态下时，由于阻抗的影响会使其均匀变化在涡流信号图谱上；而一旦检测出缺陷，其内部阻抗会发生明显变化，并在图谱幅值上以“8”字回形呈现出来。由此可见，涡流检测为一种非接触式及无填充耦合检测方式。

图1 涡流检测原理示意图

2.2 提离效应

所谓提离效应，是应用于点式放置线圈检测工作中，由于不同检测场景下，在工件和线圈间距方面的变化会导致检测线圈阻力产生变化。由于提离效应，当进行检测时，涡流产生的磁场传输效果与检测线圈之间的位置关系密切相关。随着提离值的不断增大，涡流所产生的磁场衰败，也会逐渐增加，反应到具体检测结果上，就是磁场值会越小。对于铅封材质属于非铁磁性材料的情况下而言，使用的检测线圈多为圆柱形激励线圈，这种线圈的检测信号，其整体幅值会与提离距离呈现正向相关关系。由于铅板上的感应涡流流向和激励电流流向相悖，且两者所处的线圈位置感应方向也处于相反方向，在实际使用中，两相叠加会导致提离距离增加时，其涡流感应磁场，激励磁场的叠加差值增强，反映在检测线圈中即为，感应信号将会随之产生弱化、强化的显著改变。

综合而言，提离值的结果对于涡流检测结果有着直接影响，如果使用圆柱形激励件线圈为检测线圈，且被检测试件又属于非铁磁性材料，这时提离值越大，其反映出来的感应信号变化幅值的最大值也会变大，试件可检灵敏度也不断提升。

2.3 适用分析

利用涡流技术检测铅封表面质量时，需先满足涡流检测技术应用原理，并掌握相对一致的检测距离及可靠的电磁特性参数。

一般情况下，检测参数即为检测仪器参数、检测探头仪器参数两部分构成，主要包括频率、激励电流、直径、检测线圈绕制匝数、绕制层数、检测线圈材质等物理值，经调试设定后，将此视作固定值。针对被检测导体电磁参数而言，加工工艺、冶炼工艺、组成材质均可影响电磁参数，对于一些铅封加工金属和加工工艺而言，具有混合比例统一的特点，并且在完成测量后导体磁导率和导电率也往往较为固定。在检测距离上，可以将其粗略等同于提离高度，由于在自由空间内检测起提离高度有较大难度，且探头往较为粗糙或存在一定的倾斜问题，这些现象又会造成一定的提离噪声。对于一些铅封富有塑造的情况下，外部绝缘体能够保持的厚度统一，并且分布均匀。基于这一情况，在检测时，需要将探头放置在绝缘体表面处，并水平滑动探头，从而确保最大程度上减少提离噪声。对于光滑无边界无缺陷的情况下，可以将几何尺寸视为被检测对象的铅封表面固定值，而如果铅封存在一定缺陷，则可将其看作为非线性几何变化。通常情况下，典型铅封缺陷位置主要分为如下两方面：其一，近表面缺陷、表面缺陷，主要包括表面开裂及刀痕状划伤；其二，埋藏缺陷，主要包括内部层叠砂眼、孔洞。常见涡流检测优势主要为灵敏度高、检测快、无接触等。从理论层面出发，可适用于未拆除热缩保护套、铅封包带前提下的表面检测。

为对涡流检测高压电缆附件铅封缺陷实际效果展开检验，可在生产现场、实验室实施铅封典型缺陷检测模拟试验工作。

3 铅封涡流检测过程设计

3.1 铅封典型缺陷样品

运行过程中，常常在电缆中间接头部位，由于不固定或固定不规范，以及机械振动，地质沉浮等主客观因素的共同影，高压电缆接头处的铅封位置常常存在着径向单侧受力的问题，这容易造成使用过程中铅封位置的顶部开裂，而开裂又会造成内部进水，这一现象对于电缆安全运行起到严重的影响，会滋生较大的安全隐患。在检测过程中出于实用性的考虑，往往涉及局部及贯通性的人工缺陷，1号缺陷是一种轻微开裂的铅封样品，其主要参考了高压电缆中间接头标准搪铅施工工艺，在长度上控制在1/2分周长，在裂缝宽度上表现为1mm。2号缺陷作为开裂较为严重的铅封样品，制作方式与1号一致，制作周长也保持在1/2分周长，在裂缝宽度上为5mm。

3.2 铅封典型缺陷样品模拟试验

为进一步探究涡流探伤检测在不同铅封开裂状态下的检测差异，研究中对1号、2号缺陷样品进行了对比验证，其主要的检测仪器是数字式涡流探伤仪，结合防水带材和铅封外包热缩套结构特点。在探头选取上运用了大功率放射性探头，其提离高度控制在5mm，并且结合信号图谱可以发现相关变量的相位，阻抗幅度。在检测过程中探头需要充分接触铅封表面，选择其中无缺陷，或有缺陷铅封边缘的任意位置作为接触点。在检测方向上以轴向单向滑动为具体方向，最终停滞于铅封位置处。

1号、2号缺陷样品检测结果如图2、图3，铅封正常状态下检测结果如图4。经检测结果发现，非缺陷处、缺陷处检测结果产生显著差异，缺陷处产生较大幅值，并存在相位偏移，呈现典型“8”字回线，铅封开裂现象越为严重则检测信号强度越高，并越易于辨别。

图2 1号样品检测结果

图3 2号样品检测结果

图4 铅封正常状态下检测结果

3.3 运行状态下电磁干扰试验

在检测过程中，为了运行为了检验铅封涡流探伤与电磁干扰之间的关系，本次测试利用了高压电缆状态下仿真实验平台，在110kV的中间接头位置处设计了铅封缺陷，并模拟相关运行状态下的不同负荷电，其具体检测结果如表1所示。

表1 电磁干扰下铅封涡流探伤检测结果

分析表1数据可知，当处于高压电缆运行状态下时，检测强度定位在缺陷处和非缺陷处并没有较为明显的差异，缺陷处与非缺陷处之间的检测信号基本保持一致。并且在不同载荷电流不同运行电压的情况下，仍然可以清晰的分辨出铅封自身是否存在开裂缺陷，这也意味着电磁干扰对于铅封涡流探伤检测结果的影响不足。

3.4 试点应用

为检验铅封涡流探伤法检验效果，需考虑现场试用环节，选取某220kV高压电缆线路展开试点应用，能够达到预期效果，对于铅封不均匀、开裂等现象有较高的辨识度。

3.5 试验结论

在本次实验过程中，经历了实验室人工缺陷模拟实验、现场试点，以及电磁干扰试验3种测试类型，主要结合涡流探伤技术，对高压电缆铅封开裂缺陷的检测状况。

4 结语

试验所获结论可总结归纳为如下几点：

第一，涡流探伤技术能够对高压电缆铅封开裂缺陷进行有效检测，并且当处于检测状态下时，其相位、信号图谱会有明显的“8”字回线特点，更易于识别，且开裂现象越严重，则检测信号越强，更容易分辨[3]。

第二，在涡流探伤法检测对于新建高压电缆线路的铅封状态检测中，要结合现场检测案例，做好收纳整理，确保工程质量。针对投入运行的高压电缆应定期展开电缆附件铅封涡流探伤检测，对存在的故障隐患及时发现并予以解决，保障高压电缆安全、稳定运行[4-5]。

综上所述，为保障高压电缆安全、稳定运行，确保电缆附件铅封状态完好尤为重要，以往所采取的人工检测方式，需拆除防水带、热缩套，工序复杂、繁琐，且工作效率低。因此，找寻一种高效、便捷的检测方式尤为重要。经高压电缆铅封涡流探伤试验室人工缺陷模拟实验、现场试点应用试验、电磁干扰试验等三项试验结果分析，涡流探伤在电缆附件铅封检测中获得良好检测效果，且结果准确，使用便捷，具备一定推广价值。