电缆缓冲层缺陷数字X射线的无损检测技术研究

电缆缓冲层缺陷数字 X射线的无损检测技术研究

武永锋

承德昊源电力承装集团有限公司 河北省承德市 067000

摘要：电力电缆是城市发展的重要基础供电设备。国家电网公司和南方电网的运行数据表明，由于电缆防水缓冲层的缺陷，导致了许多电缆故障。高压电缆是城市发展的重要基础供电设备，电缆运行中的故障问题越来越频繁，对国民经济和人民生活造成了很大的影响。数字X射线成像方法可以实现对电力电缆耐张线夹无损检测，获得清晰直观的X射线数字图像。通过X射线的无损检测技术能够检验出电缆线路本身存在的一些缺陷，不仅能将缓冲层存在的问题进行分析，同时也能针对相应的技术进行有效的改进。

关键词：高压电缆;缓冲层;X射线;缺陷;

1 X射线数字成像技术

数字X线摄影(digital radiography,DR)成像技术,不同于传统的摄影技术，它依托电子信息技术，通过计算机云端直接形成X射线成像，在计算机图像功能的操作下，可以将X射线的影像信息转化成数字符号信息。目前，临床使用的DR成像技术主要涵盖了电荷耦合器件(CCD)、多丝正比室X线扫描以及平板探测器FPD等，此外，平板探测器又涵盖了非晶硒、非晶硅X线数字摄影系统。

缓冲层缺陷与缓冲层附近绝缘层和铝护套密度之间的密度差较大，通过DR检测可以区分理论密度偏差，因此，利用DR系统检测高压电缆缓冲层缺陷是可行的。不同能量的X射线穿透被探测物质的能力也不同。通过实验和理论研究可以证实，一旦单能量X射线能够穿过密度均衡的物质层时，射线强度会发生显著衰减，而随着入射强度的增加，穿透物体的厚度也会衰减。

2 缓冲层缺陷射线识别机理

通常的交联聚乙烯绝缘电力电缆缓冲层主要作用是缓解主绝缘挤压时的侧向压力，补偿运行中的绝缘热膨胀，依靠其半导电特性提供径向电流通道，起到纵向阻水作用。

射线检测时，X射线在穿透物体时能够与逐层物质发生相互的作用，受到散射和吸收影响，它的强度也会随之减少。强度的减少程度在于与物体密度相关的物质减少程度以及能被辐射穿透的物质的厚度。缓冲层由聚酯纤维编织布(ρ=1.2～1.37g/cm3)和水可膨胀聚丙烯酸酯(ρ=0)组成。95g/cm3)。缓冲层烧蚀缺陷产物主要为碳酸钠或碳酸氢钠(ρ=2.532g/cm3)和氧化铝(ρ=3.7g/cm3)。由于缓冲层与其相邻的铝护套和外屏蔽层之间存在明显的密度差异，通过图像分析可以清晰地表征缓冲层的结构特征。但是缓冲层中存在缺陷，缺陷产物的衰减系数与缓冲层不一致，所以成像图像上的黑度会有明显的差异，这就是对比度，缓冲层的缺陷识别可以通过反映对比度差异来实现。

3 影响成像质量的因素

3.1 X射线能量大小因素

X射线对物体的检测反应度在于成像板的灵敏度和工件对比度。工件对比度是射线在工件2个不同部位的穿透强度之比，它受管电压和材料的吸收系数以及缺陷深度的影响；成像板的灵敏度会通过检测系统进行检测不容易轻易变化。如果管电压过低，会导致射线穿透度不足，在成像板成像质量也无法保证；反之，在管电压不断升高的情况下，衰减系数也会随之变小，从而导致成像的灵敏度随之下降。所以，需要选择能量不太高的X射线来确保穿透力。

3.2 曝光量因素

曝光量代表的是照射时间t与X射线源发出的射线强度E之间的乘积，同样等于透照时间t与管电流i之间的乘积。曝光量作为X射线透照检测中的重要参考指标，会导致图像清晰程度，因此，两者之间的关系成线性。图像的质量也受到曝光量的调整影响，除此之外，曝光量对图像的灵敏度、颗粒度以及对比度都有一定程度的影响。

4 电缆缓冲层缺陷X射线无损检测的案例分析

4.1 缓冲层缺陷X射线无损检测

经现场试验选择X射线检测的管电压为75kV,管电流则是0.6mA,焦距为600mm。在经过检测时发现，受到摆放机位空间大小的影响下，管电压调整度在65～85kV之间，而焦距变动值一般在550～700mm之间。现场检测电缆线路长2.8km，分成4段，每段的长度在700m左右。预计一共86个检测点。

4.2 检测结果

根据已有设置的检测工艺来看，射线图像能够清晰看出电缆中的铝护套、主绝缘和铜芯线，铜芯线一般表现在中间区域圆柱体形状，而外围部分就是主绝缘，两者之间的导体屏蔽层无法在图像中清晰显示。从部分图像中能够看见白色区块缺陷影像，并从图中显示的缺陷影像来看，一方面靠近套管，并处于波谷位置，基本分布在白色铝套管中；另一方面，白色缺陷影像根据射线机摆放位置能够发现，处于图像的下半部分，也就是电缆底部，靠近支架。

4.3 分析讨论

此电缆线路的图像检测能够清晰可见与电缆有关的铝护套、主绝缘、铜芯线3个部分。按照X射线检测技术和机理，考虑成像质量影响因素，从实验来看，X射线检测技术能够有效测验出在同等工艺条件下电缆本体缓冲层存在的缺陷。

在分析白色缺陷影像显示中，根据它本身的位置规律能发现电缆缓冲层烧蚀缺陷形成的原因。因为在电缆缓冲层中存在阻水粉，并且它的成分呈碱性状态，能够在受潮后发生一定的电化学反应，会形成密度较大的氧化铝、碳酸氢钠以及碳酸钠。处于下部波谷处的电缆，与顶部相比，其铝护套的承受力更大，因此容易与绝缘屏蔽层和两侧的铝发生反应。

5 结语

X射线无损检测技术已在许多行业得到广泛应用，具有良好的实践基础，然而高压电缆本身缓冲层遭受烧蚀影响会导致电缆受损，进而影响电缆的稳定运行，导致电网安全出现重大隐患。电缆被X射线检测后发现，电缆本体的缓冲层受到烧蚀情况的现象共有21处，并且这些烧蚀情况大都处于电缆底部位置的铝护套附近，其中B相跟A、C相比缺陷更为严重，表明电缆缓冲层缺陷能够通过数字X射线的无损检测技术有效检验。因此，为保障电网的稳定安全运行，数字X射线的无损检测技术具有良好的应用和推广价值。

参考文献

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