電力電纜x射線數字照相技術的對比研究

電能電纜輸送能源消耗大，通常安裝在地下，大致可分為隧道、溝道、管道和直埋（包括直埋）等類型。在一些地區(qū)，如造船廠和橋梁。目前電纜故障點定位與檢測方法主要有人耳聽法、高頻感應法和紅外診斷法等。國內對于高頻感應法的研究包括電橋法、低壓脈沖反射法、直流高壓閃絡法、沖擊高壓閃絡法、二次脈沖法、三次脈沖法等1x射線數字像素成像系統的組成X射線檢測技術作為一種常規(guī)的無損檢測方法應用于工業(yè)領域已有近百年的歷史。傳統的X射線檢測以膠片照相為主要檢測方法,膠片照相技術由于原理簡單、操作靈活而廣泛應用于工業(yè)生產中。但該技術存在速度慢、成本高、不宜存儲和圖像處理等缺點。近年來,隨著計算機和圖像處理技術的快速發(fā)展,出現了X射線數字照相技術,標志著X射線檢測技術進入了全新的一代。X射線數字照相系統具有以下特點:靈敏度高、分辨率較低、能夠有效降低射線劑量;檢測時間短,檢測效率高;具有較大的寬容度;一次投入成本高,但無需暗室的洗片環(huán)節(jié),大幅降低了環(huán)境污染。直接數字照相系統可分為計算機射線照相系統(CR)和數字化射線照相系統(DR)兩類:IP影像板代表CR技術,平板探測器代表DR技術。IP板可彎曲且重量輕,攜帶較為方便,更能適應現場的狹小空間等復雜的工作條件,但IP板透照成像后,需置入CR掃描儀中進行精細掃描讀取,然后再由計算機處理得到數字化圖像,經A/D轉換器轉換后,最終在監(jiān)視器熒光屏上顯示出灰階圖像,即CR成像要經過影像信息的記錄、讀取、處理和顯示等步驟;并且,CR技術每兩次檢測之間均要對IP板進行洗片,檢測步驟繁瑣費時且由于光照的影響,成像會出現曝光過度的問題。DR技術可通過平板探測器俘獲與轉換X射線能量直接成為數字信號,再經A/D轉換、處理而獲得數字化圖像并在顯示器上顯示,曝光完成后,即可在顯示器上觀察到成像結果,全過程均可自動完成,效率更高,能夠做到實時在線檢測;但是平板探測器重量大且無法彎曲,適用場合有一定的局限性。CR與DR技術原理對比示意,如圖1所示。2x-射線機試驗為更清楚地對比CR與DR技術的成像效果,對電纜進行X射線透照試驗。試驗所用的X射線源有兩種,包括便攜式工業(yè)X射線機(0.3MeV,焦點尺寸為3.0mm,1.0mm)和XRS-3型小型脈沖X射線機(270keV,2.6~4.0mR/次);成像探測器件包括IP影像板和非晶硅平板探測器(成像面積410mm×410mm,圖像分辨率2.5Lp·mm試驗首先使用尖頭錘、手工鋸和鋤頭對電纜制造了不同程度的損害缺陷,用來模擬電纜外力損傷形成的缺陷。缺陷按照損害程度共分為外護層破損、絕緣層破損和電纜芯破損三種,缺陷外觀見圖3,各分圖中三處缺陷從左到右依次為鋤頭、手工鋸和尖頭錘所致。最后,在上述兩種X射線源下分別進行了IP影像板和平板探測器的成像結果對比試驗。2.1工業(yè)x射線檢測參數試驗檢測前首先使用工業(yè)X射線機作為X射線源,經過多次對電纜樣品的透照,最終確定的工業(yè)X射線機檢測參數為:管電壓60kV;管電流2.0mA;焦距800mm;CR和DR曝光時間分別為10s,4×2s(4幀×每幀2s)。然后采用上述檢測參數,對含模擬缺陷的電纜樣品進行X射線透照檢測,現場設備布置圖片見圖4。(1)防止力破壞電力電纜結構組成中的外護層直接與外界環(huán)境接觸,材料多為塑料類、橡膠類,其作用是保護電力電纜免受外界雜質和水分的侵入,防止外力直接損壞電力電纜。對電纜樣品外護層的破損缺陷進行透照試驗,得到的數字成像結果見圖5。圖5(a),(b)均清晰地呈現了外護層的破損缺陷,缺陷位置如圖中線框所示,缺陷為電纜外護層破損,而未對內部結構造成破壞,檢測結果與實際模擬缺陷相符。(2)電能輸送隔離絕緣層是電力電纜結構中不可缺少的組成部分,其將電纜線芯與大地以及不同相的線芯間在電氣上彼此隔離,防止電流泄漏,保證電能輸送。對電纜樣品的破損缺陷進行透照試驗,得到的數字成像結果如圖6。圖6(a),(b)兩圖均清晰地呈現了絕緣層的破損缺陷,缺陷位置如圖中線框所示;可看出缺陷破損加深至電纜絕緣層,未對最內部的電纜線芯結構造成破壞,檢測結果與實際模擬缺陷相符。(3)電纜缺陷檢測分析線芯是電力電纜結構中用來輸送電能的導電部分,也是電纜中的主要部分。線芯的組成材料主要有銅與鋁,其一旦破損,極易引起漏電停電事故。對樣品的電纜芯破損缺陷進行透照試驗,得到的數字成像結果如圖7(為更清楚地判斷尖頭錘造成的缺陷深度,試驗前在尖頭錘缺陷孔處插入一截鐵絲)。圖7(a),(b)兩圖均清晰地呈現了電纜線芯的破損缺陷,缺陷位置如圖中線框所示;可看出缺陷破損加深至電纜線芯,缺陷孔插入的鐵絲末端明顯深入至電纜芯層,檢測結果與實際模擬缺陷相符。由圖5~7的3組成像結果可看出,在相同的X射線機檢測參數下,IP板與平板探測器透照結果均能較為清晰地呈現電纜的破損缺陷,證明了X射線數字照相技術檢測電纜缺陷的可行性和有效性;但平板探測器成像質量略強于IP板,成像結果能夠更好地展現電纜樣品的內部結構和缺陷細節(jié),如缺陷的位置以及損害程度。2.2脈沖x射線機下ip板和平板探測器成像檢測為進一步驗證CR與DR技術的成像效果對比結論,將X射線源更換為脈沖X射線機,成像探測器件仍為IP影像板和平板探測器,電纜樣品及模擬缺陷均與工業(yè)X射線機時相同。同樣,經過多次對電纜樣品的透照試驗,最終確定的脈沖X射線機檢測參數為:管電壓270kV;管電流0.25mA;焦距1150mm;CR和DR的脈沖數分別為60,30;CR和DR的曝光時間分別為10,4×2s?，F場設備布置圖片如圖8。后續(xù)試驗采用上述檢測參數,對含模擬缺陷的電纜試件進行X射線透照檢測,得到的數字成像結果如圖9~11所示。缺陷位置如圖中線框所示。由圖9~11可看出:在適當參數下,IP影像板與平板探測器成像質量基本相同,均能較清晰地呈現電纜樣品的內部結構及模擬缺陷的位置和損傷程度,與實際模擬缺陷相符;與IP影像板相比,平板探測器僅需30個脈沖即可達到良好的成像效果,證明平板探測器的靈敏度更高。2.3檢測方式推薦根據上述試驗情況以及X射線源與成像探測器件的各自特點,針對不同的現場工況建立了檢測方式推薦,為X射線數字照相技術在現場檢測中的應用提供基本的參考依據,如表1所示。3電纜內部缺陷檢測技術(1)試驗結果