高壓電纜阻水緩沖層燒蝕缺陷的射線檢測(cè)

2020年某110kV電纜線路B相發(fā)生故障，其型號(hào)為ZC-YJLW03-Z-64/110-1×630mm2，線路長(zhǎng)度約為3.2km，至今已運(yùn)行約7年。故障電纜現(xiàn)場(chǎng)開斷及解剖后，發(fā)現(xiàn)其電纜本體絕緣外屏蔽層和阻水緩沖層有不連續(xù)的燒蝕痕跡，故障電纜阻水緩沖層燒蝕形貌如下圖所示。圖1

故障電纜阻水緩沖層燒蝕形貌高壓電纜的阻水緩沖層燒蝕缺陷會(huì)使電纜本體在運(yùn)行過程中發(fā)生隨機(jī)性絕緣擊穿，導(dǎo)致線路停運(yùn)，其引發(fā)的故障多，危害大，是影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重大隱患，并長(zhǎng)期困擾電纜行業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近20年來(lái)國(guó)內(nèi)因阻水緩沖層燒蝕導(dǎo)致的缺陷不下30次，其中一小部分是通過電纜線路的停電切接發(fā)現(xiàn)的，其余均是對(duì)絕緣擊穿故障案例進(jìn)行解剖發(fā)現(xiàn)的。更為重要的是阻水緩沖層燒蝕的產(chǎn)生原因還不清楚，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原材料的要求不夠明確，也缺乏有效的檢測(cè)監(jiān)督手段。針對(duì)阻水緩沖層燒蝕，國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學(xué)研究院的檢測(cè)人員在行業(yè)內(nèi)首次利用數(shù)字射線技術(shù)對(duì)該110kV電纜線路進(jìn)行帶電檢測(cè)評(píng)估，摸索現(xiàn)場(chǎng)快速無(wú)損檢測(cè)方法，為該線路的后續(xù)處理提供技術(shù)支持。1現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工藝及測(cè)點(diǎn)布置現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)用的便攜式X射線機(jī)管電壓調(diào)節(jié)范圍為10~225kV，有效焦點(diǎn)尺寸為3mm。電纜本體中存在導(dǎo)體銅芯線、鋁護(hù)套、交聯(lián)聚氯乙烯(XLPE)絕緣層、聚酯纖維非織造布等不同材料，其端面結(jié)構(gòu)如圖2所示。其密度從銅的8.89g·cm-3到交聯(lián)聚乙烯的0.93g·cm-3，各物質(zhì)的射線吸收系數(shù)相差很大，因此平板探測(cè)器A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)選擇為14bit。圖2電纜端面結(jié)構(gòu)示意經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，選擇X射線檢測(cè)的管電壓為75kV，管電流為0.6mA，焦距為600mm。在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過程中，由于擺放機(jī)位空間的限制，焦距在500~650mm之間變動(dòng)，管電壓在60~80kV之間調(diào)整，射線機(jī)窗口基本沿電纜中線斜向上30°。該110kV電纜線路長(zhǎng)3.2km，共分為4段，每段長(zhǎng)度約800m。按照每相每100m設(shè)立一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)預(yù)計(jì)，每一相段共檢測(cè)8個(gè)點(diǎn)，預(yù)計(jì)共96個(gè)檢測(cè)點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，該線路第4段為直埋段，只有一個(gè)電纜井具備檢測(cè)條件，故該段三相只能檢測(cè)1點(diǎn)。2檢測(cè)結(jié)果與分析討論按照設(shè)定的檢測(cè)工藝進(jìn)行檢測(cè)，射線透照?qǐng)D像中可以清楚地區(qū)分電纜中的銅芯線、主絕緣及鋁護(hù)套，其中圖中間圓柱體均勻區(qū)域?yàn)殂~芯線，銅芯線外側(cè)部分為主絕緣，二者中間的導(dǎo)體屏蔽層在圖像中無(wú)法顯示。主絕緣為圓筒形，其外層在透照?qǐng)D中顯示為一條直線。白色的波紋為鋁護(hù)套，鋁護(hù)套與主絕緣間含有絕緣屏蔽層和阻水緩沖層，其在透照?qǐng)D像中不可見。高壓電纜射線透照?qǐng)D像如圖3所示。圖3高壓電纜射線透照?qǐng)D像典型白色缺陷透照?qǐng)D像如圖4所示。部分透照?qǐng)D像中可見白色缺陷影像。從圖4中各白色缺陷影像的顯示位置來(lái)看，其存在以下特征：一是白色缺陷影像均在白色鋁套管內(nèi)，且大體靠近套管的波谷位置。二是缺陷影像均在圖像的下部分出現(xiàn)，按照射線機(jī)的擺位，該部位處于電纜的底部，即靠近電纜支架的位置。圖4典型白色缺陷透照?qǐng)D像該電纜線路ABC三相一共檢測(cè)了75個(gè)測(cè)點(diǎn)，一共發(fā)現(xiàn)該類型缺陷21處，占總測(cè)點(diǎn)的28%。其中A相缺陷5處，B相缺陷9處，C相缺陷7處，分別占各相檢測(cè)總量的20%，36%和28%。具體的缺陷位置示意如圖5所示。由此可見該電纜B相的缺陷最多，問題最為嚴(yán)重。圖5電纜線路ABC三相缺陷檢出位置示意該電纜線路的現(xiàn)場(chǎng)帶電射線透照?qǐng)D像可清晰顯示電纜的銅芯線、主絕緣和鋁護(hù)套。從實(shí)驗(yàn)室的缺陷電纜實(shí)物和射線透照?qǐng)D像對(duì)比來(lái)看，采用X射線檢測(cè)技術(shù)能很好地檢測(cè)出阻水緩沖層燒蝕缺陷。實(shí)驗(yàn)室除去鋁護(hù)套的帶缺陷的電纜實(shí)物如圖6(a)所示，其在相同檢測(cè)工藝下，套上鋁護(hù)套進(jìn)行射線透照，透照?qǐng)D像如圖6(b)所示?，F(xiàn)場(chǎng)部分透照?qǐng)D像顯示出的白色缺陷影像可以認(rèn)為是該線路電纜本體的阻水緩沖層燒蝕缺陷，證明了該工藝條件下的X射線檢測(cè)技術(shù)能有效地檢測(cè)出電纜本體的同類型缺陷。圖6實(shí)驗(yàn)室?guī)毕莸碾娎|實(shí)物與其射線透照?qǐng)D像進(jìn)一步分析該線路透照?qǐng)D像中白色缺陷影像顯示的位置規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其均在靠近電纜下部的波谷處，即該缺陷多發(fā)于電纜底部鋁護(hù)套波谷處，這與阻水緩沖層燒蝕缺陷形成的原因有關(guān)。由于阻水緩沖層中的阻水粉(聚丙烯酸鈉)呈堿性，在阻水帶吸潮后會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，形成密度比阻水緩沖層高的碳酸鈉、碳酸氫鈉及氧化鋁。與電纜頂部相比，電纜底部的鋁護(hù)套承力較大，其波谷處阻水緩沖層與兩側(cè)的鋁和絕緣屏蔽層密切接觸，一旦阻水帶吸潮，該部位最容易發(fā)生反應(yīng)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)的帶電無(wú)損檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該線路電纜本體的阻水緩沖層燒蝕嚴(yán)重，尤其以B相的缺陷最為突出，正是該質(zhì)量狀況導(dǎo)致了B相近期出現(xiàn)的絕緣擊穿事故。從電纜運(yùn)行安全和可靠性方面考慮，該線路電纜應(yīng)盡快進(jìn)行更換。結(jié)論高壓電纜阻水緩沖層燒蝕缺陷是長(zhǎng)期影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重大隱患。通過對(duì)某110kV電纜實(shí)施帶電X射線檢測(cè)，共檢測(cè)出21處電纜本體存在的阻水緩沖層燒蝕缺陷，且均處于電纜底部的鋁護(hù)套波谷處