一种基于超声反射的电缆检测及评价方法技术

本发明专利技术涉及一种基于超声反射的电缆检测及评价方法，对新电缆和使用中的电缆进行超声反射法测试，获得新电缆中超声波的发射波与底波的实际时间间隔t，以及使用中的电缆中超声波的发射波与底波的实际时间间隔t1；采用阈值法分析t和t1，评价使用中的电缆老化状态，或者对新电缆进行老化实验直至电缆报废，定期测量老化过程中电缆中超声波的发射波与底波的时间间隔t2；将时间间隔t2作为标准时间间隔，将时间间隔t2对应的测量时间作为该电缆的理论使用时间绘制图表，通过查图表法评价使用中的电缆老化状态。本发明专利技术中通过超声波检测获得相关时间间隔，无需破坏使用中的电缆来测试分析相关缺陷或参数，能够快速方便地获知电缆老化状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电缆检测评价领域，具体涉及一种基于超声反射的电缆检测及评价方法。
技术介绍
在电力电缆以及电缆接头的制造、安装和使用过程中，由于生产工艺不当，安装时的撞击和损伤都会给电缆内部的绝缘造成损伤与缺陷。当电缆投入运行后，首先，电缆内部的铜导线在运行时会发热，使得电缆的正常运行温度都在90℃以上，使得电缆在使用过程中需要承受一个热老化的过程；其次，在电缆的日常工作环境下，电缆周围还会存在着大量其他电力设备，由于电力设备之间电动力的作用，使得电缆还需要承受着机械应力的作用；最后，由于电缆及其附件在在生产、安装、制造过程中产生的内部缺陷，会使得电缆内部电场发生畸变，引起电场集中，使得电缆及其附件也要承受电老化的影响。因此，在电、热及机械作用的影响下，电缆会逐渐发生老化及劣化，而这主要体现在2个方面。第一，电缆及其附件内部的局部缺陷会在电、热及机械作用下逐步扩大，表现为在电缆内部及附件处的聚合物材料(聚乙烯及硅橡胶等材料)出现树枝化的绝缘损伤，集中表现为电树枝与水树枝。第二，电缆及其附件材料主要为聚乙烯及硅橡胶等聚合物材料，在电、热及机械作用下，材料会发生老化，使得材料的本征属性发生改变，具体表现为材料的弹性模量等发生改变。而对于电缆的这种缺陷及老化状态的评估，目前还没有行之有效的方法，这主要是因为无论是分析电缆内部的缺陷(诸如气孔，杂质，气体薄层，电树枝与水树枝等)，还是分析电缆材料的本征参数(如弹性模量等)，都需要将电缆进行破坏，进而进行测试，而这对于运行中的电缆是无法完成的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种基于超声反射的电缆检测及评价
方法，能够对使用中的电缆老化状态直接进行检测和评价，无需破坏。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：包括以下步骤：步骤一：对新电缆进行超声反射法测试，获得新电缆中超声波的发射波与底波的实际时间间隔t；步骤二：对使用中的电缆进行超声反射法测试，获得使用中的电缆中超声波的发射波与底波的实际时间间隔t1；步骤三：采用阈值法分析t和t1，评价使用中的电缆老化状态；或者对新电缆进行老化实验，直至该电缆报废，定期测量老化过程中该电缆中超声波的发射波与底波的时间间隔t2；将时间间隔t2作为标准时间间隔，将时间间隔t2对应的测量时间作为该电缆的理论使用时间绘制图表，通过查图表法评价使用中的电缆老化状态。进一步地，步骤一和步骤二中的超声反射法具体包括：首先将若干个超声探头粘贴于待检测电缆上，形成检测点，记录各检测点超声波的发射波波形和反射波波形，形成波形图；然后判断反射波的类型为缺陷波或者底波，计算出各检测点中超声波的发射波和底波的时间间隔。进一步地，超声探头通过室温硫化硅橡胶粘贴于待检测电缆上。进一步地，波形图上包括两个或三个波形，如果有三个波形，则发射波、缺陷波和底波同时存在且按时间先后依次分布，该波形图对应的检测点处存在小缺陷；如果只有两个波形，则对所有检测点的发射波和反射波的时间间隔做比对，若所有检测点的时间间隔一致，则反射波全部为底波，待检测电缆完好无损；否则反射波为缺陷波，待检测电缆中存在大缺陷。进一步地，步骤三的阈值法中，在1/t1≤W×(1/t)时，判断电缆老化，其中W为阈值且0
＜W＜1。进一步地，步骤三的查图表法具体包括：首先在图表中查找与实际时间间隔t1相等的标准时间间隔所对应的理论使用时间，将使用中电缆的实际使用时间与理论使用时间进行对比，在实际使用时间小于理论使用时间时，判断电缆老化。进一步地，老化试验具体包括：首先将一新电缆在其额定工作条件下投入运行，运用超声反射法测出新电缆内部超声波的发射波与底波的时间间隔；之后，每隔24h测量一次电缆内部超声波的发射波与底波的时间间隔，直至电缆报废。进一步地，老化试验具体包括：首先设定加速倍数N，电缆工作温度为T；然后在实际老化实验温度T1下进行老化实验，每隔7天测量一次电缆内部超声波发射波与底波的时间间隔，直至电缆报废，其中T1＝T+N×6。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术中通过采用超声反射法测试，获得新电缆中以及使用中电缆的超声波的发射波与底波的实际时间间隔；电缆的老化情况，可依据聚合物的弹性模量进行判定，当材料发生老化后，材料内部分子链会发生断裂，从宏观则表现为材料变硬，弹性模量降低，则超声波在电缆中的声速也会随之发生变化，对某一确定的电缆及其附件而言，其厚度是一定的，因此可以由电缆中超声波发射波与底波的时间间隔来进行分析，从而评价电缆老化状态，本专利技术中只需通过超声波检测获得相关时间间隔即可，无需破坏使用中的电缆来测试分析相关缺陷或参数。同时，本专利技术中可以通过阈值法或者查图表法对新电缆以及使用中电缆的超声波的发射波与底波的实际时间间隔进行分析，能够快速方便地获知电缆老化状态，利于了解电缆剩余使用寿命，便于提前维护或更换，避免电缆老化发生事故。进一步地，本专利技术中通过对检测点的所有波形进行记录，由于超声波以一定的速度在待测电缆绝缘层传播，遇到缺陷时会提前反射，本专利技术在评价电缆老化状态的同时，能够分析波形
和时间间隔的差异，从而判断电缆的缺陷情况。【附图说明】图1是本专利技术超声检测电缆及其附件原理示意图；图2(a)至图2(j)分别是实施例1中的一年后10个超声探头发射波与反射波接收波形图；图3是实施例1中电缆附件使用时间与超声传播时间关系图；图4(a)至图4(j)分别是实施例2中的10个超声探头发射波与反射波接收波形图；图5(a)至图5(j)分别是实施例3中的10个超声探头发射波与反射波接收波形；图6是实施例4中电缆附件使用时间与超声传播时间关系；图7(a)至图7(j)分别是实施例5中10个超声探头发射波与反射波接收波形；图8是实施例6中电缆附件超声探头布置示意图；图9是实施例6中测线1所在截面的缺陷分布。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。参见图1，对于电缆内部的缺陷，由于超声波以一定的速度在待测电缆绝缘层传播，其中一部分超声波在遇到缺陷时会反射，形成缺陷波F；另一部分超声波则会继续传至导线与绝缘分界面，反射回来，即底波B。由缺陷和底面反射回来的声波信号，转化为电脉冲后，在显示屏上显示，即可判断缺陷大小和位置。根据待测试样品的大小，可以布置一系列阵列超声探头，根据多个超声探头的数据，即可分析出整个样品的缺陷。对于样品的老化情况，则可依据聚合物的弹性模量进行判定。纵波在介质中的声速为： v = K + 4 3 μ ρ ]]>K为体积弹性模量，μ为剪切弹性模量，ρ为材料密度。众所周知，对于聚合物材料，当材料发生老化后，材料内部分子链会发生断裂，从宏观则表现为材料变硬，弹性模量降低，进而导致超声波在固体中的声速也会发生变化。通过对固体中超声波声速的变化进行分析，即可判断电缆的老化状态。本专利技术采用超声反射法进行检测缺陷，具体包括：首先，用室温硫化硅橡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超声反射的电缆检测及评价方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：对新电缆进行超声反射法测试，获得新电缆中超声波的发射波与底波的实际时间间隔t；步骤二：对使用中的电缆进行超声反射法测试，获得使用中的电缆中超声波的发射波与底波的实际时间间隔t1；步骤三：采用阈值法分析t和t1，评价使用中的电缆老化状态；或者对新电缆进行老化实验，直至该电缆报废，定期测量老化过程中该电缆中超声波的发射波与底波的时间间隔t2；将时间间隔t2作为标准时间间隔，将时间间隔t2对应的测量时间作为该电缆的理论使用时间绘制图表，通过查图表法评价使用中的电缆老化状态。

【技术特征摘要】
1.一种基于超声反射的电缆检测及评价方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：对新电缆进行超声反射法测试，获得新电缆中超声波的发射波与底波的实际时间间隔t；步骤二：对使用中的电缆进行超声反射法测试，获得使用中的电缆中超声波的发射波与底波的实际时间间隔t1；步骤三：采用阈值法分析t和t1，评价使用中的电缆老化状态；或者对新电缆进行老化实验，直至该电缆报废，定期测量老化过程中该电缆中超声波的发射波与底波的时间间隔t2；将时间间隔t2作为标准时间间隔，将时间间隔t2对应的测量时间作为该电缆的理论使用时间绘制图表，通过查图表法评价使用中的电缆老化状态。2.根据权利要求1所述的一种基于超声反射的电缆检测及评价方法，其特征在于：步骤一和步骤二中的超声反射法具体包括：首先将若干个超声探头粘贴于待检测电缆上，形成检测点，记录各检测点超声波的发射波波形和反射波波形，形成波形图；然后判断反射波的类型为缺陷波或者底波，计算出各检测点中超声波的发射波和底波的时间间隔。3.根据权利要求2所述的一种基于超声反射的电缆检测及评价方法，其特征在于：超声探头通过室温硫化硅橡胶粘贴于待检测电缆上。4.根据权利要求2所述的一种基于超声反射的电缆检测及评价方法，其特征在于：波形图上包括两个或三个波形，如果有三个波形，则发射波、缺陷波和底波同时存在且按时间先后依次分布，该波形图对应的检测点...

【专利技术属性】
技术研发人员：金海云，李禹锋，李志伟，聂诗超，高乃奎，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61