超声波技术在高压电缆挤包铝护套厚度检测中的应用

中图分类号：TM12 文献标识码：A

引言

随着电力传输技术的快速发展，高压电缆在电力系统中的应用日益广泛。作为电缆重要保护层的铝护套，其厚度均匀性和完整性直接影响电缆的机械强度和防腐性能。传统的厚度检测方法如千分尺测量、涡流检测等存在效率低、接触式测量可能损伤表面等问题。超声波技术作为一种非破坏性检测方法，具有穿透能力强、检测精度高、操作简便等优势，在材料厚度测量领域展现出巨大潜力。

超声波技术凭借其非接触、高精度、实时性强的优势，在金属材料厚度检测领域得到广泛应用。本文通过系统实验验证了超声波技术在高压电缆挤包铝护套厚度检测中的可行性，分析了耦合剂类型、探头频率、接触压力等关键参数对测量精度的影响，并结合生产实际提出了优化方案。

1、超声波测厚技术原理

超声波测厚基于声波在介质中的传播速度与时间差关系。当超声波垂直入射至铝护套表面时，部分能量被反射形成第一次回波，剩余能量穿透护套后在电缆绝缘层表面产生第二次反射。超声波检测技术是利用高频声波在材料中传播的特性来检测材料内部结构和缺陷的无损检测方法。其基本原理是：超声波在均匀材料中以恒定速度传播，当遇到不同介质界面时会产生反射。通过测量发射波与反射波之间的时间差，可以计算出材料的厚度或发现内部缺陷。在材料厚度检测领域，超声波技术具有独特优势。首先，它是一种非接触或轻微接触的检测方式，不会对被测材料造成损伤；其次，超声波能够穿透大多数工程材料，包括金属、塑料、复合材料等；再次，现代电子技术使得超声波检测设备可以达到微米级的测量精度；最后，超声波检测可以实现自动化、在线检测，大大提高生产效率。

2、高压电缆铝护套的制造工艺与质量要求

高压电缆挤包铝护套是通过热挤压工艺将铝材均匀包覆在电缆绝缘层外部的过程。这一工艺要求严格控制温度、压力和挤出速度等参数，以确保铝护套的厚度均匀性和结构完整性。典型的制造流程包括：铝材预处理、加热挤压、冷却定型、表面处理等环节。根据国际电工委员会(IEC)和国家标准(GB)的相关规定，高压电缆铝护套的厚度公差通常要求在标称厚度的 ±10% 以内。厚度不足会导致机械强度降低，影响电缆的抗压和抗冲击性能；厚度过大则会造成材料浪费，增加成本。此外，铝护套表面应光滑平整，无裂纹、气泡等缺陷。这些严格的质量要求使得厚度检测成为电缆生产过程中不可或缺的环节。

3、超声波技术在高压电缆挤包铝护套厚度检测应用分析

3.1、高压电缆厚度检测的超声波系统设计

完整的超声波检测系统主要由超声波探头、脉冲发生器、接收电路、信号处理器和显示单元等组成。探头负责电声转换，其性能直接影响检测质量。针对高压电缆的特殊结构，通常选用聚焦探头以提高检测分辨率。系统工作时，脉冲发生器产生高压电脉冲激励探头发射超声波。接收电路放大微弱的回波信号，经A/D转换后送信号处理器分析。系统工作时，探头以恒定压力与铝护套表面耦合，发射超声波脉冲。声波在铝护套内传播，到达铝-绝缘层界面时部分能量反射回探头。系统精确测量发射脉冲与回波之间的时间间隔Δt，根据已知的铝中声速v，计算厚度d=v·Δt/2。为提高测量精度，系统采用多次平均和数字滤波技术消除噪声干扰，并使用温度补偿算法修正声速变化带来的误差。现代系统多采用数字信号处理技术，可实现高速、高精度的厚度计算。为适应高压电缆的现场检测需求，系统设计需考虑便携性、抗干扰能力和环境适应性等因素。采用电池供电、无线数据传输等技术可大大提高系统的实用性。

3.2、信号处理与数据分析方法

超声波回波信号通常包含大量噪声，需要进行有效的信号处理以提高信噪比。常用的预处理方法包括数字滤波、时域平均和小波变换等。这些方法可以有效抑制电磁干扰和随机噪声，突出有用的厚度信息。厚度计算的核心是精确确定回波的到达时间。常用的算法包括阈值法、相关法和包络检测法等。其中，基于希尔伯特变换的包络分析法能够准确提取回波峰值位置，在电缆厚度检测中表现出色。现代智能算法如神经网络、支持向量机等也被引入到超声波信号分析中，可以自动识别电缆各层界面，提高检测的自动化程度和可靠性。这些算法通过训练学习，能够适应不同型号电缆的检测需求[1]。

3.3、实验研究与结果分析

为验证超声波检测系统的性能，本研究设计了系列实验。选取不同厚度(1.5-3.0mm)的挤包铝护套电缆样品，分别用超声波系统和金相切片法测量厚度。实验在 20±2℃的恒温环境下进行，每个样品测量 10 个不同位置。实验结果显示，超声波测量值与金相法的参考值最大偏差为 0.05mm ，相对误差小于 3% 。系统重复性测试表明，同一位置10 次测量的标准偏差小于 0.01mm. 。此外，研究还考察了表面粗糙度对测量结果的影响，发现当表面粗糙度 Ra<6.3μm 时，测量误差可控制在允许范围内。这些数据充分证明了超声波技术在铝护套厚度检测中的可行性和准确性。与传统方法相比，超声波技术展现出明显的优势：非破坏性检测保持电缆完整性；测量速度快，适合在线监测；可获得电缆全周的厚度分布信息。这些特点使其在电力设备状态监测领域具有广阔的应用前景[2]。

、超声波测厚技术的未来发展趋势

高压电缆作为电力传输的重要组成部分，其绝缘层的厚度直接关系到电缆的安全性能和使用寿命。绝缘层过薄可能导致电气击穿，而过厚则可能影响散热性能。因此，准确测量高压电缆的厚度对于确保电力系统的安全稳定运行至关重要适当的绝缘厚度可以保证电缆在额定电压下长期稳定工作，防止电气击穿和局部放电等故障。绝缘层过薄会降低电缆的耐压能力，增加击穿风险；而过厚则可能导致散热不良，加速绝缘材料老化。因此，定期检测高压电缆的厚度对于预防故障、延长使用寿命具有重要意义。超声波技术在高压电缆厚度检测中已实现从实验室到工业化的跨越。通过优化设备选型、检测工艺及数据分析方法，可显著提升检测效率与精度。未来，随着AI、5G等技术的融合，超声波检测将向智能化、网络化方向发展，为高压电缆制造提供更可靠的质量保障[3]。

结束语

超声波技术在高压电缆铝护套厚度检测中已实现从实验室到工业化的跨越。通过优化设备选型、检测工艺及数据分析方法，可显著提升检测效率与精度。未来，随着AI、5G等技术的融合，超声波检测将向智能化、网络化方向发展，为高压电缆制造提供更可靠的质量保障。

参考文献：

[1]林波,陈翀,余复银.超声波技术在高压电缆挤包铝护套厚度检测中的应用[J].电线电缆,202,67(05):7-51.DOI:10.16105/j.dxdl.1672-6901.20205010.

[2] 蔡 成 良 . 湖 北 省 电 力 电 缆 运 行 现 状 及 建 议 [J]. 湖 北 电力,2008,32(S1):91-95.DOI:10.19308/j.hep.2008.s1.00.

[3]李舟,刘万曾.对电缆内部缺陷无损探伤的研究[J].华南理工大学学报(自然科学版),1996,(01):151-156.