劉三偉，唐勇明，周衛(wèi)華，段肖力，黃福勇，方超文，邱超

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)沙 410007；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司懷化供電分公司，懷化 418000；3.國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司湘潭供電分公司，湘潭 411100；4.國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司株洲供電分公司，株洲 412000)

0 引言

近年來(lái)，110 kV及以上等級(jí)高壓電纜線路規(guī)模以每年12%左右的增速不斷提升。受制于電纜長(zhǎng)度及施工影響，每隔500 m左右需要制作電纜接頭進(jìn)行連接，電纜接頭是電纜電氣部分的薄弱環(huán)節(jié)，故障往往發(fā)生在此處[1-2]。傳統(tǒng)的預(yù)制式機(jī)械接頭存在一些工藝隱患[3-4]:

1)由于緊固件松動(dòng)，節(jié)點(diǎn)腐蝕等原因，機(jī)械壓接連接點(diǎn)電阻導(dǎo)電性能隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而改變。機(jī)械壓接后若壓坑變形，會(huì)引起局部電場(chǎng)畸變，容易造成接頭擊穿的嚴(yán)重后果。

2)機(jī)械連接的連接點(diǎn)抗拉強(qiáng)度大幅降低。由于電纜線路自身拉力等原因，連接點(diǎn)會(huì)成為導(dǎo)線抗拉的薄弱環(huán)節(jié)，長(zhǎng)期受力情況下容易導(dǎo)致連接點(diǎn)松動(dòng)，影響接頭的電氣連接。

3)電纜接頭的連接點(diǎn)是經(jīng)受大電流沖擊的薄弱處，連接點(diǎn)本身與導(dǎo)體存在電阻差，大電流通過(guò)時(shí)，連接點(diǎn)會(huì)發(fā)熱，熱脹冷縮進(jìn)一步導(dǎo)致連接點(diǎn)松動(dòng)。

作為一種與傳統(tǒng)預(yù)制式機(jī)械接頭存在本質(zhì)差異的電纜熔接頭技術(shù)，接頭制作是在電纜通道現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下制作的，受制于通道中的潮氣、粉塵影響，其接頭質(zhì)量更難以保證。因此，針對(duì)高壓電纜熔接頭關(guān)鍵制作工藝管控問(wèn)題，提出采用IDIP-DR數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)來(lái)填補(bǔ)電纜熔接接頭現(xiàn)場(chǎng)管控的技術(shù)空白。

1 高壓電纜熔接接頭技術(shù)

1.1 熔接接頭技術(shù)原理

電纜熔接接頭技術(shù)是利用活性較強(qiáng)的鋁，在明火引燃藥劑產(chǎn)生高溫瞬間，通過(guò)置換反應(yīng)，將氧化銅中的銅置換出來(lái)，反應(yīng)過(guò)程釋放大量的熱量將兩端導(dǎo)體與置換出來(lái)的銅熔融在一起，完成兩端導(dǎo)體的熔接，然后逐步恢復(fù)電纜各層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 電纜熔接接頭

1.2 熔接接頭技術(shù)特點(diǎn)

對(duì)比傳統(tǒng)的預(yù)制式機(jī)械接頭，高壓電纜熔接接頭在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，具有以下的特點(diǎn):

1)接頭處不受瞬間大電流的影響，短路電流侵襲時(shí)，熔接接頭焊點(diǎn)熔化速度慢于一般電氣導(dǎo)體，不易受損。

2)抗腐蝕性和整體性強(qiáng)。高溫下的熔接屬于分子間連接，不存在機(jī)械應(yīng)力作用，熔接后接頭處與兩端導(dǎo)體成為一個(gè)完整部分，整體性強(qiáng)。

3)熔接點(diǎn)電阻低。采用同種金屬熔接后的連接點(diǎn)與電纜本體兩端導(dǎo)體材質(zhì)趨于一致，電阻值較小。

對(duì)比傳統(tǒng)預(yù)制式機(jī)械接頭，熔接頭具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是由于熔接頭是現(xiàn)場(chǎng)制作的，受制作環(huán)境的影響，其施工工藝容易出現(xiàn)問(wèn)題，目前尚無(wú)有效的工藝管控手段。

2 IDIP-DR數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)

利用熔接頭技術(shù)恢復(fù)導(dǎo)體和主絕緣后，由于主絕緣、導(dǎo)體存在明顯的密度差異，可以利用X射線數(shù)字成像技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)區(qū)分。

圖2為檢測(cè)裝備原理圖，其中1為X射線機(jī)；2為電纜本體；3為便攜式電源模塊；4為平板探測(cè)器；5為無(wú)線通信組件；6為電纜灰度影像顯示平板電腦；7為電纜灰度影像接收儀；8為專用固定支架；9為X射線機(jī)控制系統(tǒng)。

圖2 X射線數(shù)字成像基本原理

利用平板探測(cè)器接收穿透被檢工件的X射線，再由平板探測(cè)器內(nèi)部晶體電路根據(jù)X射線劑量強(qiáng)度將其轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，最終以數(shù)字圖像的形式呈現(xiàn)在終端計(jì)算機(jī)上[5]。

由于該DR設(shè)備的灰度級(jí)數(shù)達(dá)到了16 bit(65 536灰階)，且缺陷處與周圍圖像相差灰階較小，所以原圖中人眼無(wú)法清晰判別缺陷，如圖3(a)所示。

將灰度影像的灰度值范圍壓縮至人眼能夠識(shí)別的灰度范圍內(nèi)，去掉影像中的冗余成分，使影像灰度值更集中于人眼的識(shí)別范圍內(nèi)。采用基于壓縮感知原理對(duì)圖像實(shí)施稀疏變換和投影測(cè)量[6-7]。

對(duì)圖像進(jìn)行稀疏和重構(gòu)處理。圖像經(jīng)過(guò)深度處理后[8]，缺陷處與周圍圖像相差灰階增大，可以清晰識(shí)別，如圖3(b)所示。

圖3 電纜X射線影像

3 應(yīng)用案例分析

對(duì)某市110 kV高壓電纜熔接頭制作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)應(yīng)用，如圖4—7所示。在電纜完成主絕緣恢復(fù)后，進(jìn)行了IDIP-DR檢測(cè)。圖4和圖6是檢測(cè)原圖，由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)圖像深度處理，人眼無(wú)法直接識(shí)別出缺陷；經(jīng)過(guò)深度處理后，主絕緣左、右兩側(cè)界面的氣泡被清晰地顯示出來(lái)，如圖5、7所示。

圖4 熔接頭右側(cè)檢測(cè)原圖

圖5 熔接頭右側(cè)檢測(cè)處理圖

圖6 熔接頭左側(cè)檢測(cè)原圖

圖7 熔接頭左側(cè)檢測(cè)處理圖

為了進(jìn)一步驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)上述檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行位置標(biāo)定后，采用平行于軸向的斷面切割來(lái)進(jìn)行解剖。如圖8—9所示，解剖后的電纜主絕緣存在直徑0.5～2.6 mm的不同尺寸的微小氣泡缺陷。

圖8 橫向切割解剖后電纜實(shí)物圖

圖9 橫向切割解剖后電纜切片

氣泡產(chǎn)生原因分析:對(duì)于超高壓交聯(lián)電纜的生產(chǎn)，其管道內(nèi)氮?dú)鈮毫σ蟛坏陀?.2 MPa，維持這么高的壓力，主要是縮小絕緣層中的微孔數(shù)量和微孔直徑，降低局部放電值；交聯(lián)管道溫度和氮?dú)鈮毫σ嗥ヅ?，若管道溫度高、氮?dú)鈮毫Φ停蜁?huì)產(chǎn)生微氣孔和明顯的氣泡[9]。在XLPE交聯(lián)過(guò)程中模具內(nèi)部的壓力和溫度對(duì)絕緣層內(nèi)部微孔的數(shù)量和大小有直接影響[10]。在制作現(xiàn)場(chǎng)主絕緣交聯(lián)過(guò)程中，由于發(fā)電機(jī)供電不穩(wěn)定導(dǎo)致停電15 min，導(dǎo)致磨具內(nèi)的壓力和溫度沒(méi)有滿足交聯(lián)條件，導(dǎo)致上述氣泡缺陷。

4 結(jié)語(yǔ)

本文利用IDIP-DR數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)，對(duì)高壓電纜熔接頭關(guān)鍵制作工藝進(jìn)行檢測(cè)，有效檢測(cè)出主絕緣存在氣泡施工工藝問(wèn)題，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)解剖，證明檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，為開展熔接頭制作工藝管控提供一種有效的手段，為高壓電纜熔接頭技術(shù)在工程應(yīng)用中提供一種新的管控方法，并且在恢復(fù)主絕緣過(guò)程中，必須保證全程供電和供壓可靠，否則容易出現(xiàn)類似缺陷問(wèn)題。