2020年某110kV電纜線路B相發生故障，其型號為ZC-YJLW03-Z-64/110-1×630 mm2，線路長度約為3.2km，至今已運行約7年。故障電纜現場開斷及解剖后，發現其電纜本體絕緣外屏蔽層和阻水緩沖層有不連續的燒蝕痕跡，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使電纜本體在運行過程中發生隨機性絕緣擊穿，導致線路停運，其引發的故障多，危害大，是影響電網安全穩定運行的重大隱患，并長期困擾電纜行業。據不完全統計，近20年來國內因阻水緩沖層燒蝕導致的缺陷不下30次，其中一小部分是通過電纜線路的停電切接發現的，其余均是對絕緣擊穿故障案例進行解剖發現的。更為重要的是阻水緩沖層燒蝕的產生原因還不清楚，相關標準對原材料的要求不夠明確，也缺乏有效的檢測監督手段。

針對阻水緩沖層燒蝕，國網湖南省電力有限公司電力科學研究院的檢測人員在行業內首次利用數字射線技術對該110kV電纜線路進行帶電檢測評估，摸索現場快速無損檢測方法，為該線路的后續處理提供技術支持。

1、現場檢測工藝及測點布置

現場檢測用的便攜式X射線機管電壓調節范圍為10~225kV，有效焦點尺寸為3mm。

電纜本體中存在導體銅芯線、鋁護套、交聯聚氯乙烯(XLPE)絕緣層、聚酯纖維非織造布等不同材料，其端面結構如圖2所示。其密度從銅的8.89g·mm-3到交聯聚乙烯的0.93g·mm-3，各物質的射線吸收系數相差很大，因此平板探測器A/D轉換位數選擇為14bit。

圖2 電纜端面結構示意

經現場試驗，選擇X射線檢測的管電壓為75kV，管電流為0.6mA，焦距為600mm。在現場檢測過程中，由于擺放機位空間的限制，焦距在500~650mm之間變動，管電壓在60~80kV之間調整，射線機窗口基本沿電纜中線斜向上30°。

該110kV電纜線路長3.2km，共分為4段，每段長度約800m。按照每相每100m設立一個檢測點預計，每一相段共檢測8個點，預計共96個檢測點。現場檢測中發現，該線路第4段為直埋段，只有一個電纜井具備檢測條件，故該段三相只能檢測1點。

2、檢測結果與分析討論

按照設定的檢測工藝進行檢測，射線透照圖像中可以清楚地區分電纜中的銅芯線、主絕緣及鋁護套，其中圖中間圓柱體均勻區域為銅芯線，銅芯線外側部分為主絕緣，二者中間的導體屏蔽層在圖像中無法顯示。主絕緣為圓筒形，其外層在透照圖中顯示為一條直線。白色的波紋為鋁護套，鋁護套與主絕緣間含有絕緣屏蔽層和阻水緩沖層，其在透照圖像中不可見。高壓電纜射線透照圖像如圖3所示。

圖3 高壓電纜射線透照圖像

典型白色缺陷透照圖像如圖4所示。部分透照圖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看，其存在以下特征：

一是白色缺陷影像均在白色鋁套管內，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，按照射線機的擺位，該部位處于電纜的底部，即靠近電纜支架的位置。

圖4 典型白色缺陷透照圖像

該電纜線路ABC三相一共檢測了75個測點，一共發現該類型缺陷21處，占總測點的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

該電纜線路的現場帶電射線透照圖像可清晰顯示電纜的銅芯線、主絕緣和鋁護套。從實驗室的缺陷電纜實物和射線透照圖像對比來看，采用X射線檢測技術能很好地檢測出阻水緩沖層燒蝕缺陷。實驗室除去鋁護套的帶缺陷的電纜實物如圖6(a)所示，其在相同檢測工藝下，套上鋁護套進行射線透照，透照圖像如圖6(b)所示。現場部分透照圖像顯示出的白色缺陷影像可以認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射線檢測技術能有效地檢測出電纜本體的同類型缺陷。

圖6 實驗室帶缺陷的電纜實物與其射線透照圖像

進一步分析該線路透照圖像中白色缺陷影像顯示的位置規律，發現其均在靠近電纜下部的波谷處，即該缺陷多發于電纜底部鋁護套波谷處，這與阻水緩沖層燒蝕缺陷形成的原因有關。由于阻水緩沖層中的阻水粉(聚丙烯酸鈉)呈堿性，在阻水帶吸潮后會發生電化學反應，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，電纜底部的鋁護套承力較大，其波谷處阻水緩沖層與兩側的鋁和絕緣屏蔽層密切接觸，一旦阻水帶吸潮，該部位最容易發生反應。

經過現場的帶電無損檢測，發現該線路電纜本體的阻水緩沖層燒蝕嚴重，尤其以B相的缺陷最為突出，正是該質量狀況導致了B相近期出現的絕緣擊穿事故。從電纜運行安全和可靠性方面考慮，該線路電纜應盡快進行更換。

結論

高壓電纜阻水緩沖層燒蝕缺陷是長期影響電網安全穩定運行的重大隱患。通過對某110kV電纜實施帶電X射線檢測，共檢測出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套波谷處。缺陷檢出點占所有檢測點的28%，其中B相的缺陷檢出點占該相檢測點的36%，情況最為嚴重。表明射線檢測技術可在帶電情況下有效地檢測出電纜本體阻水緩沖層的燒蝕缺陷，保障電網的安全穩定運行，有較好的工程應用推廣價值。