一种XLPE高压电缆缓冲层潮湿状态涡流检测方法及传感器

摘要

本发明涉及一种交联聚乙烯(XLPE)高压电缆缓冲层潮湿状态涡流检测方法及传感器。它利用了不同潮湿状态下由半导体材料构成的缓冲层的电阻率发生变化的物理原理，并通过电涡流感应的方式进行在役无损检测。本发明的主要技术方案要点是：1.在高压电缆外扣装一个柔性化的排线式涡流检测传感器；2.给传感器激励线圈施加电信号，在缓冲层内感应出电涡流；3.利用检测线圈拾取电涡流产生的二次磁场信号；4.提取不同潮湿状态所对应的检测信号峰峰值，建立检测信号峰峰值与半导体潮湿状态之间的标定曲线；5.现场检测中，重复上述1～3步骤，得到被测电缆的涡流检测信号，根据步骤4建立的标定曲线，评估被测电缆缓冲层的潮湿状态。

说明书

技术领域

本发明属于无损检测领域，具体涉及一种XLPE高压电缆缓冲层潮湿状态涡流检测方法及传感器。

背景技术

涡流检测技术是利用电磁感应原理，通过测定被检工件内感生涡流的变化来无损评定导电材料及其工件的某些性能，或发现缺陷的无损检测技术。与涡流伴生的感应磁场与原磁场叠加，使得检测线圈的复阻抗发生变化。导体内感生涡流的幅值、相位、流动形式及其伴生磁场受导体的物理特性影响，因此通过监测检测线圈的阻抗变化即可非破坏地评价导体的物理和工艺性能。

随着中国经济发展及城市化建设的不断推进，城市用电迅猛增加，发展高效稳定的大容量输变电工程成为解决城市负荷中心用电需求的重要途径。然而，城市土地资源昂贵且有限，为了降低成本同时满足现代城市美观建设要求，城市输配电网络已基本采用地下电缆传输方案，交联聚乙烯(XLPE)高压电缆因其具有优异的电气性能、耐热性能以及便于安装等优点，成为陆上城市输电工程的主流选择。尽管XLPE高压电缆有着优异的性能，但电缆击穿事故仍然时有发生。机械损伤、接头制作不当等造成的电缆外护套损伤，以及地下水分的长期渗透，会引起位于波纹管和绝缘层之间的缓冲层的受潮，成为诱发XLPE高压电缆击穿的主要原因之一。因此，迫切需要开发一种用于检测XLPE高压电缆潮湿状态的方法及装置，以便及时找出受潮电缆并进行更换。

目前对XLPE高压电缆缓冲层的检测比较常用的无损检测方法是射线检测。X射线能穿透高压电缆的护套及铝波纹管，作用于最内侧的缓冲层，通过获得的射线底片来判断高压电缆内缓冲层的缺陷程度，直观可靠，但该方法受电缆内狭小空间的限制，不能进行全面检测，且存在辐射、工期长、成本高等弊端。

如公开号CN114034723A的发明专利申请公开了一种基于X射线的XLPE电缆微小电树枝缺陷的检测方法。该方法采用X射线机发射X射线照射XLPE电缆，电缆内存在的微小电树枝缺陷在X射线照射下会产生局部放电信号，以此判断电树枝缺陷的存在。该方法具有检测灵敏度高、检测结果直观等优点，但检测人员受到射线辐照的安全隐患，不便于大规模、长期的现场应用。另外，该方法只针对电树枝这种特定形式的放电缺陷，而对缓冲层潮湿状态的检测效果如何尚不明确。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术中的上述不足，提供一种XLPE高压电缆缓冲层潮湿状态涡流检测方法。该方法利用了缓冲层为半导体材料，受潮会引起材料电阻率的变化，进而通过检测缓冲层电阻率变化实现对其潮湿状态的检测。该方法具有如下优势：激励信号为低频的电信号，能穿透高压电缆外壁达到缓冲层内；无需表面准备工作，可适应电缆常年埋于地底外壁有泥土结渣等情况；能对高压电缆进行在役无损检测。

本发明的另一个目的在于提供一种用于实现上述检测方法的涡流检测传感器，该传感器具有结构简单、体积小、使用拆装方便、制作成本低等特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种XLPE高压电缆缓冲层潮湿状态涡流检测方法，包含如下步骤：

1.截取XLPE高压电缆的一段作为试样，在实验室内通过给缓冲层定量加水的方式，模拟缓冲层的不同潮湿状态；

2.将开合式涡流传感器环绕在XLPE高压电缆外壳上，合上排线扣；

3.连接涡流传感器和检测系统主机，给涡流传感器的激励线圈单元加载电信号；

4.采集涡流传感器接收线圈单元的感应电压信号，提取感应电压信号的特征量；

5.建立涡流检测信号特征量关于缓冲层潮湿状态的标定曲线；

6.现场检测中，重复步骤1～步骤4，得到XLPE高压电缆检测部位的涡流检测信号特征量，基于步骤5的标定曲线，评估XLPE高压电缆缓冲层的潮湿状态。

另一方面，本发明还提供了用于实现上述检测方法的涡流检测传感器，包括：

1.用于构成传感器线圈的排线(1)，其可弯曲性好，能适应各种形状的电缆，并可以通过更换不同线长的排线来实现对不同管径电缆的检测；

2.用于连接排线的牛角插座(2)，起连接组成传感器激励与接收线圈单元的作用，其体积小、结构简单、使用便捷；

3.用于将排线(1)分路成激励线圈与接收线圈单元，以及为线圈单元提供输入、输出接口的印刷电路板(3)，其通过不同内部走线方案实现对激励线圈和接收线圈个数、匝数、排布形式等参数的设计；

4.输入激励信号的接口(4)，用于连接信号发生装置，给传感器输入激励信号；

5.输出感应信号的接口(5)，用于连接信号放大装置，输出检测信号；

安装步骤：将牛角插座置于被测电缆外壁面，用长度与管径相适应的排线环绕包裹被测管并扣装在牛角插座(2)上，最后连接上输入、输出信号的传输线。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明方法对XLPE高压电缆缓冲层潮湿状态进行涡流检测的示意图；图中引线所指结构名称如下表所示：

图2为涡流阵列传感器结构图；

图3为接收电压信号曲线放大图；

图4为峰峰值与含水量的关系曲线图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

目前用于电缆缓冲层的无损检测方法及装置多种多样，种类繁多。现介绍本发明中的一种XLPE高压电缆缓冲层潮湿状态涡流检测方法及涡流检测传感器的具体实施过程，使用涡流阵列传感器对检测区域内缓冲层潮湿状态进行检测，一方面传感器安装包括以下步骤：

1.将牛角插座按轴线方向外置于被测电缆外壁面；

2.选取长度与电缆管径尺寸相适应的排线，将其环形绕置于被测电缆外侧，排线两端分别扣装于牛角插座两侧，构成激励线圈单元与接收线圈单元；

3.将信号输入接口(4)与信号发生源相连接，将信号输出接口(5)与信号放大装置相连接并继续连接输入到计算机或其他记录设备中。

另一方面，检测方法实施包括如下步骤：

1.取与待测在役XLPE高压电缆材质尺寸相同的外壳和缓冲层作为对比信号采集对象，提前备好排线式线圈、滴定管等材料，并搭建涡流检测平台；

2.取任意位置的激励线圈单元阵列与对应接收线圈单元阵列作为参考信号测量线圈单元，功放设置为单片PA02的恒压模式，信号发生器输入正弦波幅值500mV，频率100Hz，经计算，频率为100Hz时，铝的趋肤深度为8.3mm左右，大于波纹铝管壁厚；

3.取线径为0.9mm、激励和接收匝数各为32的排线，将排线线圈(1)环形扣装于XLPE高压电缆外壳(6)上，合上排线扣，并接上焊有信号输入接口插座(4)和输出接口插座(5)的电路板(3)，共同构成涡流传感器；

4.在铝波纹管内放置缓冲层(8)，两块缓冲层刚好围成一周，紧贴波纹管内壁，涡流检测传感器环绕被测电缆，将传感器中信号输入接口(4)与信号发生源相连接，将信号输出接口(5)与信号放大装置相连接并继续连接输入到计算机或其他记录设备中，即可对XLPE高压电缆缓冲层潮湿状态进行涡流检测；

5.连接涡流检测平台，采用滴定管以每次1ml的量给下半块缓冲层(8)定量加水，加水量从1～10ml，每隔1ml测量一次接收排线的输出电压值，共进行10次，可得接收电压曲线的放大图，参见图3所示；

6.提取接收电压信号的峰峰值，绘制峰峰值关于加水量的关系曲线，参见图4所示，可见，电压峰峰值随加水量单调增加。因此，采用开合式排线线圈(1)，测得涡流信号的电压值，可定量评估电缆缓冲层的潮湿状态。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。