摘要：为了对高压电缆的铅封状况进行可靠地检测，并针对手工铅封检查效率较低的问题，提出一种用于高压电缆附件的铅封缺陷涡流检测技术。本文在对高压电缆附件的常见结构和缺陷进行分析的基础上，结合涡流探测的工作原理和特性，给出了影响因素和应用的理论。取得铅封试样制造铅密封缺陷，对专用探头、仪器参数进行调试，对有缺陷和无缺陷部位的涡流进行采集、评价，并进行了实际应用实验。本文证明了在不拆卸外绝缘情况下，对高压电缆附件的铅密封涡流检测的可靠性进行了验证，而铅密封样品的涡流检测方法不受检测位置影响，检测速度快，检测准确率高。实验结果对进一步完善高压电缆附件的铅密封涡流测试技术和对其进行高电压电缆铅密封接头的故障诊断具有重要的技术指导意义。

　　关键词：涡流检测；高压电缆；铅封；模拟缺陷

　　在电力系统中，高压输电线路中，电缆施工工程占据着重要的地位，它直接影响到整个电网运行稳定性。因此对高压输电线进行无损检测显得尤为必要。随着现代工业技术和自动化程度不断提高以及各种电气设备制造工艺水平的飞速发展及各类新型材料、新结构、新装备等高新技术被广泛应用于生产过程当中时存在大量需要测量和控制介质性质参数变化引起缺陷问题(如电压偏高或电阻率过低，热稳定)导致断路器跳闸现象；电缆接头表面出现严重裂纹、短路等缺陷；对高压输电线的断线和损坏造成影响。因此，在电力工程建设过程中，必须针对这些问题进行有效地检测。

　　1高压电缆附件铅封常见结构及缺陷

　　1.1铅封常见结构

　　铅封是用铅、锡等合金材料对尾管末端和金属套管的间隙进行密封而形成的。铅漆是一种铅密封的方法。采用高压导线铅封，将附件的铜壳或尾管与电缆铝包层进行电连接，并具有密封性、防水等作用。在制造铅封时，先在高压电缆铝外壳与尾管或中间接头的铜壳之间用高温镀铅，然后在铅封上贴上2层~3层防水胶带，然后热收缩。包带和热收缩套管的厚度约为5mm。1.2铅封常见的缺陷

　　高压电缆附件的铅封试验中，由于受到了高压输电线路、电压等因素，使得实验过程中有较大幅度地出现过载和超压现象。在实际应用时发现这些问题主要表现在以下几个方面：①应力集中：通过施加一定载荷来提高铜箔与钢管间的结合力；同时还可以有效降低应变速率从而达到增加强度的目的而引起熔核不稳定或产生大量残余变形等缺陷，但其严重程度远小于实验所需范围内造成事故发生，因此，在实验前应先对试验设备进行预处理。②熔融滴流的产生：由于高压电缆运行温度低、压力大等原因使得铜箔和钢管间出现了较多的热离子接触而导致其融化；同时，随着电压升高而使铅导线与钢丝发生化学反应形成大量气体从而引起应力集中现象。此外还包括一些特殊情况下造成局部过热等缺陷问题，如在试验中施加高电流时由于铁芯发热产生过温或烧结现象等等。③泄漏电流：由于高压电缆在运行过程中存在较高的温度和压力，当电流过大时，会造成铜箔产生大量氧化铁皮。这些缺陷往往导致其严重损坏。此外，在高压电缆运行过程中，由于温度过高而产生的氧化铁皮会导致其严重烧结。④熔合孔：因为熔焊时电流过大从而使得铜箔与钢丝接触处发生熔化现象。当温度升高到一定程度后出现了大量金属离子和氧气等气体进入铜管造成二次放电现象；同时还可能使局部过热区形成更多气泡、裂纹，这些都将影响信号的传输以及接收设备接头的正常使用寿命。另外，在试验中发现，由于高压电缆直径较大、结构复杂等原因造成了熔焊时产生的电流过大。此外铜棒与导线之间发生氧化还原反应后形成大量氧化物。这些气体会使金属离子和氧气失去溶解并沉积到绝缘层内而导致二次放电现象以及其他缺陷问题；同时也可能是由于温度过高引起的电子不稳定从而引发电磁咬合器故障，如短路或开弧、断电等情况下造成电缆烧结等严重事故。

　　2铅封缺陷涡流检测试验研究

　　2.1试验装置

　　实验装置采用的是在石英管中与铜管内形成涡流的方法。由于高压电缆是由大功率变压器进行供电，所以我们选用的是低压电源。而高压电源则有以下几种：直流电压、交流电压以及交流电源。直流电源包括整流子和逆变器两种形式，这三种方式分别适用于不同情况下试验工作中；自放电(也称电晕)又被称为脉冲电流或开关操作电流等各种类型的波形在同一时间内是可以产生的。实验装置主要由电缆附件、磁芯组成。实验装置的原理是在高压电源和变压器之间加入一个直流电压，通过线圈将直流电源与试验电缆中的载流部分产生涡电流，然后再利用磁芯对被测试设备进行整流。在实验装置中，利用线圈产生涡流的原理，可以对被测试设备进行放电，从而达到试验目的。

　　2.2模拟试验

　　本实验以不同的电压进行模拟，分别测量试样高压电缆附件中不同参数对试验结果影响。通过设置相应的电源，在相同温度条件下观察试验数据并记录。测试时取标准试样3ml(不加金属丝)置于检测电极上；将待测材料放置于同一块电热管内冷却至室温后放入恒温箱加热到零度后再放入恒温箱进行测量，以该样品为基准点分别记录不同参数变化情况。通过设置不同的电压，来测量高压电缆附件中被测材料试样中缺陷变化情况。实验时分别记录不同参数下测试数据。实验前，对试验样品进行预处理，除去试样表面的杂质，去掉多余的金属夹杂物。在每组测试中分别记录不同参数变化情况。最后将数据导入计算机软件计算得到相应结果并分析得出结论；根据所得结果绘制出对应表格来了解高压电缆附件铅封缺陷类型、程度及数量等特点规律性特征和规律性以及出现问题后如何解决这些难题和预防措施进行研究总结归纳，为今后工作提供参考依据的基础资料。2.3现场检测

　　高压电缆附件中，有一部分被熔断，因此，在进行现场检测时必须要注意对高压电源的保护以及电压电流、电阻等参数进行监测。试验采用的是低密度高频感应耦合线圈和高阻尼时间常数的电涡流效应。试验过程如下：(1)将试样放入到磁体中并施加脉冲信号；(2)加入样品预热至20min~30min后再测量其阻尼度；(3)然后用不同波长探头分别测出每个电极处对应的峰值，并将其与电流、电阻值作比较。根据这些数据可以得出试样中不同频率的电涡流效应，从而得到相应电压曲线。试验采用的是低密度高频感应耦合线圈，这种电磁力检测方法具有较高灵敏度，但对被测电缆没有要求限制。并且该仪器设备简单易操作且成本低廉等优点在现场应用上很适合用于测试高压电缆附件时进行测量。

　　3涡流检测理论分析

　　3.1基本原理

　　涡流探测是利用电磁感应的原理，将正弦交流电通过探针激发的线圈，使探测器靠近金属表面，由交流电引起的交流磁场在金属表面形成一种感应电流，也就是涡流。由于交流涡流所产生的磁场频率是一样的，所以在这种情况下，涡流的损耗电阻和涡流所产生的反磁通，都会被反射到探测器上，从而影响到线圈的电流和相位，也就是改变了线圈的阻抗。当探测器在金属表面运动时，由于缺陷或材料、尺寸等发生变化，会导致电流对线圈产生不同的反应，从而导致线圈的阻抗发生变化。

　　根据变压器的结构、工作电压和流量等参数，通过线圈圈中感应电流场的分布，分析产生涡流应力波形。在高压电缆试验过程中，由于高压电缆附件是由金属材料制成且与测试管相连接而成具有一定导电性以及较高阻抗特性被广泛应用在各种电力设备上，当发生缺陷时往往伴随着较大冲击力导致其损坏或发生爆炸事故。为了保证变压器内部工作环境良好安全可靠地运行并避免因外部因素造成的不必要损失和经济损失，对变压器的内部结构和工作状态进行检测是必不可少的。高压电缆附件主要包括：试验电压、测试时流过线圈电流、试验温度、测量时发热、散热及其他外部因素影响引起电磁干扰等原因导致局部过热或烧毁。在实际使用中产生涡流以大量气体而造成严重损坏或者爆炸现象等情况都属于实验误差较大的问题都会引起内部应力和变形。在试验过程中，由于高压电缆附件内部结构和外部因素影响会产生一定程度的变形，因为了保证变压器工作环境良好，安全可靠地运行及维护其各部分性能参数正常运转，可以通过检测线圈圈电流、磁场强度等来判断测试结果是否符合标准。在实验前，我们必须对试验设备进行预处理，以避免由于内部因素引起的测试误差。可以通过测量线圈匝数来确定涡流形成原因。涡流检测是一种基于电磁感应原理的无损检测方法，适用于导电材料。将带有交变电流激励信号的检测线圈靠近导体材料，由激励线圈磁场作用，在导体材料表面产生电涡流，同时电涡流也会产生一个磁场。涡流伴生的感应磁场会与原磁场叠加，使得检测线圈的复阻抗发生改变，即在这个磁场的作用下，检测线圈中电流大小和相位都将发生变化。这些变化与被测体电磁特性、几何尺寸、感应涡流强度、激励电流参数及探测线圈与被测体之间的距离有关。在检测参数和被测导体电磁特性参数及检测距离不变的情况下，可用探测线圈阻抗和电压及周围磁场的变化来反映被测体的信息，实现被测体表面缺陷的检测。

　　3.2等效电路分析

　　等效电路分析是通过计算、实验和计算机的综合利用，来确定被测金属铜管中各点间存在参数关系。在试验过程中，由于受到外界环境因素(如温度)及测试者自身经验等原因所导致的误差称为零点现象。这种情况下测量结果会出现一定程度上偏差甚至严重偏离实际值或出现错误异常状态时可能失去了最佳性能指标。当被试件表面存在缺陷后也有可能使其内部结构发生变化从而影响到整体检测效果和可靠性。等效电路分析的基本原理是：(1)将被测金属铜管与试验电压进行比较，如果两个值都大于或等于标准状态下，那么就认为该金属铜管内存在缺陷。反之则称为完全缺陷。若两测得数据均为0-1时说明了被测试件没有明显异常。(2)在试验过程中，被测金属铜管与试验电压进行比较，如果二者都大于或等于标准状态下测得值的话就认为该试件符合测试要求。若两者均不小于或者等于标准状态时说明此部位不符合实验条件。(3)被测铜管与试验电压进行比较，若二者均小于或等于标准状态下测得值的话则为合格。如果两个都不大于或者等于标准状态时，那么就认为该试件不符合实验条件。(4)被测铜管与试验电压进行比较，若两个都不大于或等于标准状态下测得值为合格。在实验过程中如果出现了不合格情况那么就认为该试件不符合测试条件。

　　3.3提离效应

　　提离效果指的是当使用点型放置式线圈测量电流时，由于输入线圈和工件之间的距离发生变化引起的测量输入线圈阻抗改变效果。当测量提离发生变化时，由于涡流产生的磁场到达所测量输入线圈处的电流大小，就会随着提离而变化。提离数值越大，由于涡流产生的磁场衰减也就越大，所以测量到的磁场数值也就越小，反之亦然。当输入线圈中的金属分子被施加在高压电磁场强度中时，在两个区相对静止的瞬间，受到了电磁力相互作用而使二相区彼此分开。这时，磁化强度现象就会出现了。从理论上来说是：磁变应力和涡流场强成反比。但实际情况是不同区域之间存在着明显区别：不同位置附近所形成的是涡流产生或者次产生的效应，这种现象是不成立的。在实际应用中，由于线圈表面受到涡流振动影响而引起了应力分布的改变。当磁体发生形变时其内部磁场强度会发生变化。如果我们将这些变化与电流幅值、电压波型相比较的话就可以发现：当施加脉冲信号时电磁力作用下产生了很大程度地拉伸；反之，如果施加的是高频交变电势或者是负频感应电动势的话，就会产生很大程度的拉伸。因此，从理论上看，线圈发生形变是有可能的。当电压波型为正弦时(即在施加脉冲信号前)会出现电流幅值和相位变化曲线。如果我们将这个曲线与时间相比较的话就可以发现：随着输入频率不断地增大而使得磁体的位移增加；相反当电压波形变为负频或者高频时则不会产生过饱和现象，并且也没有引起过大的应力作用导致其变形。

　　3.4阻抗分析法

　　涡流检测中，影响涡流场和线圈阻抗的因素有很多，包括：提离距离，线圈的参数，材料的形状、尺寸、电导率、磁导率以及缺陷等等，为了从这诸多的因素中提取出有意义的检测信号，需要对信号进行处理。目前，阻抗分析法是涡流检测中应用最广泛的一种信号处理的方法。阻抗分析法是以分析涡流作用导致线圈电阻的改变以及相位变换间的密切关系为依据，进而区分各种干扰因子作用的技术方法。涡流测量工程中，通过激励线圈内电场所形成的磁场与由工件内涡流所形成的感应磁场相互作用，两者的作用模式一般等价于变压器的初级线圈与次级线圈之间的相互作用，在这里，驱动线圈等效成为变压器的原边，被测工件则成为交流变压器的副边。

　　4实验系统的调试及结果分析

　　4.1实验装置的调试过程

　　在实验装置中，采用的是数字脉冲法进行测量，通过测试试验结果来判断高压电缆附件的性能。首先对整个试验过程所用到的仪器、电源以及数据处理软件等相关硬件设备进行了调试；其次是根据不同信号强度下所对应相应电压曲线图分析得到断面内各参数之间关系曲线和应力应变值变化规律；最后针对实验中出现异常情况做出具体调整措施并给出解决方案，以保证实验结果的可靠性。在试验装置中，采用的是数字脉冲法测量，根据不同信号强度对应相应电压曲线来判断高压电缆附件性能参数变化情况，同时对断面内数据进行处理分析得到相关结论并给出解决方案。

　　4.2实验系统的运行情况

　　本实验系统由信号采集模块、数据处理与分析控制两个部分组成：①信号采样模块：将高压电缆放于不同的位置，以不同电压进行试验，对高压电源产生的脉冲电流分别施加一定频率为50kHz和90MHz左右幅值不等相位条件；然后通过测量放电深度来确定线圈中感应出多少电火花以及多组线圈间形成磁场并计算其磁通量大小及方向。在试验过程中，信号采集模块实时检测高压电缆的电压、电流，并对其进行采样。②数据处理与分析控制：将测量到不同幅值大小的脉冲波形通过示波器观察得到相应高低电火花及线圈间距变化情况。通过数据处理与分析控制后，对高压电缆中的金属层及连接件进行了磁饱和检测，并计算出相应频率下产生峰值电火花次数和方向。在试验过程结束之后将电压信号转换成高频脉冲波形。

　　4.3实验系统的调试及检测效果

　　实验系统的调试包括软件和硬件两部分，测试过程中发现了一些问题，并进行分析。在试验箱内设置不同位置时采集到的脉冲信号。通过调节电位器调整电阻值与电压比来观察接收端输出电流波形图是否符合设计要求。当施加一定时间后测量数据曲线是否满足标准规定；如果超出范围则说明该装置存在缺陷或故障现象等情况出现，需要及时检查处理和排除才行，并记录下实验结果。结果显示：在试验箱内设置不同位置，观察数据曲线是否符合设计要求。测试结果与理论值对比分析，在试验箱内设置不同位置时，观察电压信号是否符合设计要求。当测量到的脉冲数大于标准范围时说明该装置存在缺陷。

　　5结语

　　应用常用涡流检测设备选择合理检测参数可采集到杂波少、曲线清晰，有无缺陷情况下信号幅值、相位差异明显的图谱，验证了不拆除外部绝缘条件下的高压电缆附件铅封表面开裂缺陷涡流检测可行性。铅封开裂深宽比越大，涡流信号差异越明显，越易于识别分辨。涡流检测图谱可实时显示和长期保存用于后续分析评价。