基于X射线无损探伤机的电力电缆偏心检测方法

王宾

（云南电网有限责任公司，云南昆明，650011）

0 引言

在深入对电力产业发展的研究与市场调查中发现，我国近三年电力企业出现电力电缆故障或非预测性通电现象的主要原因在于外部因素影响。其中外部因素影响电力电缆故障占主要原因比例的50.0%以上，除提出原因，还存在部分电力电缆设备故障、设备运行等原因影响电力企业供电[1]。因此，可认为在布设供电站及其内部电力设备零部件过程中，一旦出现电缆敷设不到位或安装不标准的问题，便会造成电力电缆故障。其中，偏心故障是电力电缆运行中的常见故障，主要是指供电设备中电缆导线与电线芯部的绝缘层处于一种不同心的状态，从而造成电力电缆截面上绝缘层的厚度不同。当其绝缘厚度处于不同状态时，电力设备整体便容易出现绝缘效果差的问题[2]。针对此种问题，倘若不及时对其进行有效处理，不仅会产生触电危险，同时也会在一定程度上影响电力的持续供应等。但偏心故障又区别于电力电缆其他故障类型，此种故障无法通过人工检测的方式实现，需要辅助相关技术，深入到对电力电缆绝缘层厚度的探测中。因此，本文引进X射线无损探伤机，利用其较强的穿透性，设计可实现对电力电缆偏心故障进行有效检测方法，掌握电力电缆的绝缘层实际厚度，降低绝缘材料浪费的现象发生，保障供电的安全性与可靠性。

1 基于X射线无损探伤机的电力电缆偏心检测方法

■1.1 基于X射线无损探伤机布设电力电缆扫描装置

为了满足对电力电缆偏心的检测需求，本文引进X射线无损探伤机，对扫描电力电缆流程进行规划[3]。在开展相关工作前，对X射线无损探伤机运行技术参数进行分析，如表1所示。

在上述表1提出内容的基础上，选择脉冲射线源1台；可充电电池2块；充电器1个；控制线1条（不低于50m）；运输箱1个。在完成对X射线无损探伤机布设相关准备工作后，绘制X射线无损探伤机扫描电力电缆示意图，如图1所示。

表1 X射线无损探伤机技术参数

图1 基于X射线无损探伤机扫描电力电缆示意图

图1 中：①表示为C型架构；②表示为携带准直器的X射线发射管；③表示为X射线点探测装置；④表示为X射线发射管；⑤表示为线性结构CCD探测装置[4]。按照上述图1所示结构，完成对电力电缆扫描装置的布设。

■1.2 计算X射线射入电力电缆衰减系数

在完成上述相关工作后，对电力电缆进行偏心扫描，此过程中，对电力电缆偏心检测的精度可通过控制X射线无损探伤机位置精度来控制[5]。设定位移精度为0.01mm，采用BNBSZ1004G型号的滚珠丝杠，滚珠丝杠的公径直径控制在10.0mm内，每个螺距控制在4.0mm内。此时，X射线无损探伤机位置精度可以通过如下计算公式表示。

公式(1)中：l表示为X射线无损探伤机的位置精度；θ表示为电力电缆步距角度；l0表示为螺距。根据上述计算公式，可对上述公式(1)进行推导，得到公式(2)。

根据上述计算公式，选择混合式两相位电机，控制电机的驱动电压在3.2V以内，相位电流控制在2.0A范围内，在此过程中保持X射线无损探伤机的转矩在1.0N·m范围内。结合上述公式的计算，可知当θ=1.8°时，布局转角为0.9°，此时便可满足对电力电缆偏心位移的检测需求。

在满足电力电缆偏心位移检测需求的基础上，设定C型号构件移动速度最大为100.0mm/s，每执行一次扫描行为，便可认为数据实施了一次迭代处理操作，并且每次扫描行为发生所需要的时间，主要依靠电力电缆线的偏心尺寸[6]。而在此过程中，考虑到X射线在穿透电力电缆绝缘层时，会产生某种程度上的射线散射问题。因此，在计算偏心位移时，需要结合等效效应，掌握X射线的穿透强度在不同厚度下的穿透系数衰减规律。根据电子等效原理，对其衰减效应变化规律进行表达，如下公式(3)所示。

公式(3)中：I表示为X射线在穿透物质后射线此时具有的强度；I0表示为X射线在入射前的强度；µ表示为电力电缆绝缘物质对X射线的吸收强度；d表示为电力电缆绝缘厚度（计算单位为mm）。在完成上述计算后，考虑到不同绝缘材料对X射线的吸收能力不同，而电力电缆的绝缘层通常为不同物质构成[7]。因此，当X射线无损探伤机穿透复杂结构电力电缆时，其衰减系数表示如下。

公式(4)中：iµ表示为电力电缆第i种绝缘物质对X射线的吸收强度；di表示为第i层电力电缆绝缘厚度（计算单位为mm）。输出最终计算的I值，完成对X射线射入电力电缆衰减系数的计算。

■1.3 输出X射线偏心位移检测结果

在掌握电力电缆绝缘材质后，使用X射线对物质对绝缘进行穿透[8]。穿透过程参照如图2所示。

图2 中，箭头指向方向表示为X射线无损探伤机射入方向。按照上述图2穿透方式，获取不同截面参数信息，并以此为依据与参照，获取在不同方向上，电力电缆绝缘层的尺寸参数，再通过对几何参数进行位移加减计算的方式，得到偏心位移尺寸，以此作为X射线偏心位移检测结果。以此完成对基于X射线无损探伤机的电力电缆偏心检测方法的设计。

图2 X射线无损探伤机的穿透过程

2 实验论证分析

本文以某城市电力企业作为实验研究背景，将该电力企业中现有电力电缆作为实验研究对象，分别利用本文提出的基于X射线无损探伤机的电力电缆偏心检测方法和文献[6]提出的基于振荡波局部放电的检测方法对该实验研究对象进行偏心检测。将100条电力电缆进行平均分配，其中50条利用本文检测方法对其偏心情况进行检测，另外50条利用文献[6]检测方法对其偏心情况进行检测。检测过程中，两种检测方法均以10条电力电缆为单位，对其偏心情况进行检测。为确保实验结果的准确性，本文选择的100条电力电缆均为确定未出现偏心问题，能够在电力运行过程中正常使用的电缆。分别对两组电力电缆中随机20条电力电缆进行人为偏心处理，使电缆周围厚度发生改变，并将20条电力电缆随机分配到5组待检测组当中。将两种检测方法的正确检测存在偏心问题的电力电缆个数作为实验评价指标，并将其记录如表2所示。

表2 两种检测方法实验结果对比表

从表2实验结果可以看出，本文检测方法检测出存在偏心问题的电力电缆个数与实际存在偏心问题的电力电缆个数完全一致，而文献[6]检测方法检测出存在偏心问题电力电缆个数与实际存在偏心问题的电力电缆个数相差较大。因此，通过对比实验证明，本文提出的基于X射线无损探伤机的电力电缆偏心检测方法在实际应用中能够有效提高检测正确率，将所有存在偏心问题的电力电缆全部找出，为后续电力企业实现高质量、高效率用电服务提供重要基础。

3 结束语

本文设计一种基于X射线无损探伤机的电力电缆偏心检测方法，在完成对方法的设计后，通过对比实验证明，本文方法具有更高的实用性，相比传统方法而言，整体价值更高。因此，可在后期的发展中，将本文设计方法应用到电力电缆偏心检测过程中，以此解决电力电缆故障与运行问题，致力于为电力市场的稳定运行提供指导。