CN217466791U - 一种高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置，包括探头、信号发射及采集单元和上位机，所述的信号发射及采集单元包括提供交变电流的信号发生器和拾取信号的采集卡，所述探头包括磁芯、检测线圈、激励线圈；所述的信号发射器将交变电流供给探头中的激励线圈，使激励线圈产生交变磁场并在铅封处感生涡流，反馈的涡流信号通过检测线圈与采集卡拾取后发送给上位机进行分析和处理，处理后的信号通过上位机显示。本实用新型无需剥除铅封护套，实施便捷，且检测快速，具有良好的检测灵敏度。

Description

一种高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置

技术领域

本实用新型涉及元器件检测领域，具体为一种高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置。

背景技术

铅封是高压电缆附件制作的关键工序之一，它使附件的铜壳或尾管与电缆铝护套电气连接，同时起到密封防水作用。通常电缆终端的接地是通过铅封方式将电缆铝护套与尾管相连接，操作方法为借助燃烧器火焰，将尾管和电缆金属套局部加热，在铅封焊料呈半固体状态下，通过手工加工成形，从而形成完善的金属密封结构。在该过程中，由于电缆附件铅封是安装现场手工制作完成，成品因人不同有比较大的差异，同时电缆附件运行环境复杂，施工人员的技术水平对铅封效果起到了较高的影响程度，当电缆长期运行后，电缆铅封缺陷出现以下几种情况：1)铅封工艺不完善，铅锭本身可能存在气孔、杂质等缺陷，铅封过程不可避免的存在气孔、预应力及浇注不均匀等内部缺陷；2)铅封厚度不足，铅封厚度未按安装要求在5mm以上，该部位机械强度不能满足长期运行要求，在收到外部机械力、温度等交变作用下容易形成开裂；3)附件固定不牢固或电缆本体位置不正，铅封位置长期受弯曲应力及剪切应力作用，容易形成开裂；4)外部环境因素、高压电缆通道沉降、大型施工等引起的振动、受力造成外部损伤。

一旦铅封发生开裂，会造成电气虚接，引发铝护套与地点位之间放电，长时间后会烧蚀电缆的绝缘屏蔽层，造成电缆绝缘的击穿。近几年，由于地面沉降、铅封施工工艺不良等原因，国内在110kV及以上电缆线路中已出现几十起因铅封开裂造成的电缆附件击穿事故。

目前由于封铅工作完成后，通常会缠绕防水带等，若封铅内部出现开裂等缺陷，电缆运维人员无法及时发现，只能参考护套接地电流和接触电压的数值，往往只有铅封完全断裂才能被测出，但是当铅封达到完全断裂的程度时，电缆附件已经处于非常严重的故障状态。

无损探测技术是在避免对被测物体原本的状态进行破坏的前提下，直接借适当的方法来感知由材料内部结构中出现的异常或存在的缺陷所引起的物理变化，从而获取到被测物自身结构的异常或有关存在缺陷的信息，最终实现对被测物体自身结构状态的评估以及对存在缺陷的有效探测。

经检索，公开号为CN215297250U的中国专利于2021年12月24日公开了一种用于金属产品涡流检测的探伤装置，包括底座和涡流探头，所述底座的上方水平设有固定框，所述固定框的下表面四角处均固定设有支撑杆，所述支撑杆的下端固定设置于所述底座的上表面，所述固定框横向设有丝杆，所述丝杆的两端均通过第一轴承与所述固定框的左右内侧壁转动连接，所述固定框的右侧壁固定设有电机，所述丝杆的右端与所述电机的输出端固定连接，所述固定框的内部滑动设置有两个移动块，两个所述移动块的侧壁开设有与所述丝杆螺纹设置的螺纹孔，两个所述移动块的表面通过第二轴承竖直设置有转轴。

在上述技术中，采用涡流探头检测螺丝上是否有缺陷，探头固定不变，无法应用到铅封检测中。因此亟需一种检测快速、灵敏度高、适用电缆复杂运行环境、能够对高压电缆铅封开裂、孔洞等缺陷进行带电检测的无损探伤技术。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置，以提高高压电缆铅封缺陷检测能力。

本实用新型是通过以下技术方案予以实现的：

一种高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置，包括探头、信号发射及采集单元和上位机；所述探头包括激励线圈和至少一个检测线圈；所述探头电连接有信号发射及采集单元，所述信号发射及采集单元包括信号发射器和信号采集卡，所述信号发射器用于将交变电流供给激励线圈，所述采集卡用于采集检测线圈的响应信号；所述信号发射及采集单元与上位机连接，所述上位机用于发送检测指令与参数、处理响应信号和显示检测结果。

在上述技术方案中，所述的信号发射器将交变电流供给探头，使激励线圈产生交变磁场并在铅封处感生涡流，反馈的涡流信号通过检测线圈与采集卡拾取后发送给上位机进行分析和处理，判断铅封上是否有损伤。

进一步地，所述激励线圈和至少一个检测线圈的中心均设置有磁芯。磁芯的存在可以使检测更加准确。

进一步地，所述探头与信号发射及采集单元通过LEMO线连接。通过LEMO线连接信号发射及采集单元与探头，使交变电流与响应信号独立传输，信号传输更加准确。

进一步地，所述一种高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置还包括第一无线传输单元和第二无线传输单元，所述第一无线传输单元与信号发射及采集单元连接，所述第二无线传输单元与上位机连接；所述第一无线传输单元和第二无线传输单元用于信号发射及采集单元与上位机之间的信号传输。通过无线传输单元在信号发射及采集单元和上位机之间传输数据，信号发射及采集单元和上位机可以分离使用，使设备能适应更多的场景。

进一步地，所述信号发射及采集单元和第一无线传输单元设置于盒体内，所述盒体外连接有背带。将信号发射及采集单元和第一无线传输单元设置于可以背在身上的盒体内，便于检测人员在携带检测设备。

进一步地，所述激励线圈和至少一个检测线圈均采用大于等于0.12mm的漆包线绕制4 层，每层大于等于70匝。

进一步地，所述探头的外径为9mm，高度为50mm。将探头设计成较小外径和高度，便于探头适用于狭窄区域的检测。

进一步地，所述线圈的设计电压为3-8V。根据不同情况选择不同电压的交变电流，从而适应不同情形下的检测。

进一步地，所述的线圈呈跑道形，其宽度与长度的比例为1:1.5

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型可非接触式无损检测。通过发号发射器输入的交变电流在激励线圈中产生变化的磁场，待检测金属物体在变化的磁场中会产生涡流效应，产生的涡流被监测线圈检测到并传输至采集卡，进而传输至上位机进行分析处理。这种效应只会引起金属内电流的短暂变化，不会对金属物体进行接触和伤害，不需要改变试件的形状，也不会影响试件的使用性能，因此，是一种无损地评定试件有关性能和发现试件有无缺陷等的检测设备。

(2)本实用新型灵敏度高，检测速率快。在没有金属处于检测器附近时，检测器周围磁场处于近乎稳定的状态，由于涡流效应，当金属靠近检测器时会打破磁场的平衡，可对这一时间段的变化迅速做出感应，在检测时，不必要求线圈与试件紧密接触，也不必在线圈和试件之间充填耦合剂，从而容易实现自动化检验。对管、棒、丝材表面缺陷，本实用新型有很高的速度和效率。

(3)本实用新型检测可不受其他材料影响。非金属材料在变化的磁场中几乎不会产生感应电流，因此磁场几乎不受非金属物体的影响，无论包裹于物体外是什么材料，都不会对物体内部检测造成屏蔽。

(4)本实用新型采用无线传输单元传输信号，使设备整体分离使用，在实际使用过程检测人员中无需将上位机随时携带在身上，便于高空作业或者其他特殊环境下作业，提高了设备的适用范围。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置结构示意图；

图2为根据本实用新型实施例的高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置探头结构示意图；

图3为根据本实用新型实施例的高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置便携盒体示意图；

图4为根据本实用新型实施例的高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置工作原理示意图；

图5为根据本实用新型实施例的缺陷涡流探伤检测结果图。

图中：1、探头；101、壳体；102、激励线圈；103、检测线圈；104、磁芯；2、信号发射及采集单元；201、信号发射器；202、采集卡；3、上位机；4、第一无线传输单元； 5、便携式盒体；501、背带；6、锂电池；7、第二无线传输单元。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

如图1所示，本实施例提供了一种高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置，包括探头1、信号发射及采集单元2、无线传输单元4和上位机3。

如图2所示，探头1为大功率放置式探头，探头1的直径为9mm，高度为50mm。探头1内部平行设定有激励线圈102和两个检测线圈103，激励线圈102和检测线圈103采用0.12m漆包线绕制4层，每层70匝，线圈宽度与长度比为1:1.5。激励线圈102和检测线圈103内部内均设置有磁芯104。

探头1通过LEMO线连接有信号发射及采集单元2，信号发射及采集单元2包括信号发射器201和采集卡202；信号发射器201用于将电压为3-7V的交变电流传输至激励线圈102上；采集卡202用于采集检测线圈103上的响应信号。

信号发射及采集单元2电性连接有第一无线传输单元4(本实施例中SIM800A型无线数据传输模块)。第一无线传输单元4和信号发射及采集单元2设置于便携式盒体5内，便携式盒体5外表面连接有背带501；盒体内还设置有锂电池6，锂电池6用于给便携式盒体5内的电子元件供电(如图3所示)。

上位机3连接有第二无线传输单元7(本实施例中SIM800A型无线数据传输模块)，上位机3将检测指令和参数通过第二无线传输单元7传输至第一无线传输单元4，第一无线传输单元4将指令和参数传输给信号发射器201；采集卡202将采集的响应信号通过第一无线传输单元4和第二无线传输单元7传输至上位机3，上位机3对响应信号进行分析，并将检测结果展示出来。

如图4所示，在本实施例中，信号发生器产生的交变电流i流过线圈，线圈周围产生交变磁场，因电磁感应作用，在线圈下面的铅封中同时产生一个互感电流，即涡流iE。由电磁感应原理可知，随着原磁场H周期性交互变化，感应磁场He总要阻碍原磁场H的变化，即当原磁场H增大时、感应磁场He也要反向增强；反之亦然，最终达到原磁场H与感应磁场He的动态平衡。若铅封上存在缺陷，该处的导电率将发生变化，导致涡流iE和感应磁场He受到影响，探头线圈的阻抗和电压也会随之变化。本实用新型将反馈的涡流信号通过采集卡拾取、计算机系统分析、处理和显示、记录，成为对铅封进行探伤、检测的根据。

为验证不同程度的缺陷对铅封涡流探伤的影响，在高压电缆状态仿真试验平台上设置两种不同铅封缺陷，模拟了1mm轻微缺陷与5mm严重缺陷的铅封涡流探伤检测结果的差异性。

从图5中可以看出，1mm轻微缺陷处和5mm缺陷处检测结果差异明显，5mm缺陷处幅值较大，且相位发生明显偏移，形成了典型的弧形谱图；铅封开裂越严重，检测信号强度越大，越易于分辨。通过铅封人工缺陷模拟实例，验证了涡流探伤方法用于高压电缆铅封裂纹检测的有效性、高效性和准确性。

本实用新型的涡流探伤无损检测装置检测时需要接触电缆铅封，但不必填充耦合剂，检测速度快；检出灵敏度高，有无缺陷状态下，信号图谱幅值、相位和弧形回线差异明显，易于辨识；铅封开裂越严重，检测信号强度越大，越易于分辨；不受电磁干扰影响，在高压电缆运行状态下能确保检测的可靠进行；大功率探头无需剥离电缆外护套即可完成探伤，实现了电缆的无损检测。本实用新型可有效检测铅封表面上或近表面的裂纹、孔洞以及其它类型的缺陷，无需剥除铅封护套。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案。

Claims (9)

1.一种高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置，其特征在于，包括探头、信号发射及采集单元和上位机；所述探头包括激励线圈和至少一个检测线圈；所述探头电连接有信号发射及采集单元，所述信号发射及采集单元包括信号发射器和信号采集卡，所述信号发射器用于将交变电流供给激励线圈，所述采集卡用于采集检测线圈的响应信号；所述信号发射及采集单元与上位机连接。

2.根据权利要求1所述的一种高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置，其特征在于，所述激励线圈和至少一个检测线圈的中心均设置有磁芯。

3.根据权利要求1所述的一种高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置，其特征在于，所述探头与信号发射及采集单元通过LEMO线连接。

4.根据权利要求1所述的一种高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置，其特征在于，还包括第一无线传输单元和第二无线传输单元，所述第一无线传输单元与信号发射及采集单元连接，所述第二无线传输单元与上位机连接；所述第一无线传输单元和第二无线传输单元用于信号发射及采集单元与上位机之间的信号传输。

5.根据权利要求2所述的一种高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置，其特征在于，所述信号发射及采集单元和无线传输单元设置于盒体内，所述盒体外连接有背带。

6.根据权利要求1所述的高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置，其特征在于，所述激励线圈和至少一个检测线圈均采用大于等于0.12mm的漆包线绕制4层，每层大于等于70匝。

7.根据权利要求2所述的高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置，其特征在于，所述探头的外径为9mm，高度为50mm。

8.根据权利要求2所述的高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置，其特征在于，所述线圈的设计电压为3-8V。

9.根据权利要求2所述的高压电缆铅封涡流探伤无损检测装置，其特征在于，所述的线圈呈跑道形，其宽度与长度的比例为1:1.5。

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