电缆隧道渗漏的红外辐射特征模拟试验研究

56浙江电力ZHEJIANG ELECTRIC POWER2017 年第36卷第5期DOI: 10.19585/j.zjdl.201705015 文章编号院1007-1881(2017)05-0056-06 中图分类号：TM726.4 文献标志码：A 电缆隧道渗漏的红外辐射特征模拟试验研究程国开(国网浙江省电力公司宁波供电公司，浙江宁波315000)摘要：目前，针对电缆隧道渗漏的红外热成像检测方法的试验模型及数据研究较少。

为此，总结了 影响电缆隧道渗漏的红外特征因素(缺陷形式、缺陷尺寸、流量），并为此提出了一套正交模拟试验方 案：采用定制的强度等级为C25的不同缺陷的水泥试块，模拟电缆隧道衬砌渗漏特征，研究分析了电 缆隧道点状缺陷、线状缺陷以及空鼓状缺陷。

试验结果表明该试验方法具有良好的可行性与科学性，为电缆隧道红外检测提供了试验参考依据。

关键词：电缆隧道；水泥试块；渗漏特征；红外辐射Simulation Study on Infrared Radiation Characteristics of Cable Tunnel LeakageCHENG Guokai(State Grid Ningbo Power Supply Company，Ningbo Zhejiang 315000，China)A b stract: So far there are few test model and data research on infrared thermal imaging detection method forcable tunnel leakage. Therefore，the infrared characteristics (defect form，size and flow) of the cable tunnel leakage are summarized，and a set of orthogonal simulation test scheme is proposed: defective cement test blocks with strength grade of C25 are used to simulate the characteristics of the cable tunnel leakage；spot defects，linear defects and hollow-like defects of cable tunnel are investigated and analyzed. The test result shows that the method is feasible and scientific，and can provide reference for infrared detection test of cable tunnel.K ey w ords: cable tunnel；cement test block；leakage characteristic；infrared radiation0引言目前，电缆隧道作为供电的主要途径之一，其存在的众多问题也是显而易见的，其中隧道渗 漏水就是最严重的问题之一。

它不仅会影响地下 电缆隧道工作的安全系数，还会影响电量运输过 程的效率等问题。

李海在进行分析电力隧道渗漏水成因时总结了渗漏水可分为结构渗漏水和设 施渗漏水，以及其常见的发生位置。

至目前为止，国内对地下电缆隧道渗漏水特征的检测还没有一 套完整的检测流程和方式，检测方式主要以目测 为主。

由于地下电缆隧道的结构以及环境都较为 复杂，以目测为主的检测方式不仅效率低下，而 且在检测精度上也较低，不能真正意义上地解决 电缆隧道渗漏特征检测问题。

罗宏健[2]尧张杰[3]等人提出了用超声波进行缺陷检测，此外，红外 技术作为一种新型非接触无损检测方式，正逐渐 被国内众多学者研究和采用。

赵为民[4]、邓静玲[5]等人将红外技术引人到建筑结构中，并总结了红 外热像仪在无损检测领域中的应用，通过案例证 明了红外技术在建筑渗漏检查中的实用性与可靠 性，指出该技术具有快速、准确、安全的特点。

但 目前国内外学者的研究都侧重于红外检测的可行 性，而并未提供有效的试验模型以及检测数据。

本次设计的红外辐射检测平台，采用定制的 水泥试块，模拟电缆隧道渗漏特征的结构缺陷，其灵感来自于水利部门在处理水利灾害时所采用 的模拟分析方法。

该方法不仅制作成本低，而且 对于隧道的渗漏特征缺陷情况具有较强的代表性，在数据采集方面也具有较强的优势。

该方法 对今后红外检测模拟隧道渗漏特征具有极强的指 导意义。

1红外检测平台1.1试验设备本次试验主要的设备如下：红外摄像仪、水2017 年第36卷第5期浙江电力57泥试块、试验主体框架。

1.1.1红外摄像仪本次试验采用的红外热像仪及其图像采集软 件的工作界面见图1。

其设备参数如下：探测器 类型为非制冷焦平面，像素为640x480(17滋m)，波长范围8〜14滋m，空间分辨率为1.13mrad，图 像最大采集帧频为50 Hz。

5■ ■l i ■l aaiiS i l£图1红外摄像仪及图像采集软件示意1.1.2水泥试块的定制不同于国内豆海涛[6-7]采用的大型室外模型试验模拟隧道渗漏特征过程，本次采用的检测平 台采用定制的水泥试块来模拟隧道的各种缺陷形 式，采用的这种方法不仅成本较低，而且能够更 加确切地表示出隧道渗漏特征处的结构特征。

其 设计思路来源于长江水利科学院的一个专项设计，并由其单位加工制成，该水利部门长期对于 地下隧道检测维修，总结了地下隧道最容易出现 的几种缺陷形式：点状缺陷、线状缺陷、空鼓状 缺陷。

该水泥试块的混凝土强度为C25,其定制 流程是通过将水泥注入模子，烘干，然后通过钻 头钻孔以及预留在水泥试块里一定尺寸的铁片加 工出所需的线条状缺陷，再经过后期的封口形成 隔层，从而加工出3种不同类型缺陷的水泥试块。

加工该水泥试块的模子见图2, 3种水泥试块 的整体外形均为正方体，该模子的三维包容尺寸 长宽高为150mmx150mmx150mm，上不封口。

3 种水泥试块均开有一注水口在其一面的正中心，其孔的直径D为20 mm，深度为75 mm，加工注 水口的钻头实物图见图3。

点状缺陷水泥试块的加工方法是在其注水口 的相邻一面用不同尺寸的钻头分别开孔径d为2 mm，4 mm，6 mm，8 mm，10 mm 的孑L缺陷特征，深度H均为75 mm与注水口贯通相连，其示意图见图 4。

图2水泥试块模子图3钻头图4点状缺陷水泥试块模型示意线状缺陷水泥试块的加工方法是：烘干水泥 试块之前，在水泥试块里预留长L为75 mm，厚 度H为2 mm，宽度W分别为20mm的铁片在水泥试块注水口的相邻一面，与注 水口贯通相连，烘干成型后将铁片取出形成线状 缺陷的水泥试块，其示意图见图5。

空鼓状缺陷水泥试块的加工方法是：在点状 缺陷水泥试块的孔径缺陷d=20mm的加工方法基 础上，用水泥把孔缺陷封口并制成隔层，且隔层 厚度t分另丨J为4 mm，6 mm，8 mm，10 mm，其示 意图见图 6。

1.2红外检测平台主体框架本次检测平台主体框架材料选用铝型材，根58程国开：电缆隧道渗漏的红外辐射特征模拟试验研究2017 年第36卷第5期图6空鼓状缺陷水泥试块模型示意据水泥试块的尺寸、三脚架的伸缩高度、红外热 像仪对焦后的测量距离、流量控制计以及注水装 置和回流装置等因素来设计其结构和尺寸。

该框 架质量较轻，装配方便，抗压强度突出，故符合 试验要求。

该框架还可同时放置多个水泥试块进 行试验，很大程度上能够节省试验时间，其实物图见图7。

此外本次试验采用的流量控制计为转 子流量计，其型号为LZB -6WB ，其实物图见图8, 该流量计在一根由下向上扩大的垂直管中，圆形(a )正面剖视图(b)左侧试图图5线状缺陷水泥试块模型示意横截面的金属浮子的重力是由液体动力承受的， 金属浮子可以在管内自由地上升和下降。

在流速 和浮力作用下上下运动，与浮子重量平衡后，通 过磁耦合传到刻度盘来指示流量大小。

该流量计 可控制的流量范围为0〜0.4L /min ，精度较高。

图7框架实体照片图8转子流量计2试验原理及意义据了解，所有物体只要温度高于绝对零度，就会以电磁辐射的形式在非常宽的波长范围内发 射能量，产生电磁波。

在1879年，斯蒂芬得出黑 体全波辐射出射度和黑体热力学温度的四次方成 正比的结论，也就是著名的斯蒂芬-玻尔兹曼 (Stefan -Boltzmann )定律[8]，艮口WB =a sT 4，(1)式中：W b 为黑体的全波辐射出射度；着为辐射率; 滓为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，取值为5.67伊10-8 W /(m 2*K 4); T 为热力学温度。

然而对于不同的材料、不同的温度、不同的 表面光度、不同的颜色的物体，所发出的红外辐 射强度各不相同。

红外热成像技术是利用热感应 照相机的红外线成像技术。

热感应照相机可生成 热而不是光的图像，它可以测量红外(IR )能量，I P 葉D2017 年第36卷第5期浙江电力59并将数据经过处理转换成相应的温度图像，进而 被转换成可见图像，即热图。

由于物体所发出的 红外辐射在穿过大气到达测量系统时会受到衰 减，如果不利用校正措施，那么随着距离增大， 测量的温度读数越来越小[9]。

水泥试块渗漏特征 试验的原理就是：有缺陷的水泥试块渗漏特征区 域的温度要普遍低于其他区域，从而可以通过红 外图像的试验数据分析出温度与图像显示之间的 联系，从而建立起相对应的映射，用于后期在实 际隧道中的检测。

3试验过程3.1试验准备本次试验的试验主体为3种缺陷类型的水泥 试块：点状缺陷水泥试块，线状缺陷水泥试块， 空鼓状缺陷水泥试块。

其实物图见图9。

(a )点状缺陷 （b)横向线状缺陷(c )纵向线状缺陷（d )空鼓状缺陷图9水泥试块实物本次试验的试验方案如下：(1)测量距离：将红外摄像仪放置于水泥试 块前至屏幕显示水泥试块占整个画面70%以上， 然后调焦至画面清晰，测下此时水泥试块到摄像头之间的距离d 。

(2) 室温：用温度计测量空气温度T 。

(3)水温：试验所取的水置于试验容器中，将 温度计置于水中一段时间，测出水的温度T 〇。

(4) 各类型水泥试块进行不同分组的试验，其具体步骤如下。

3.2点状缺陷水泥试块试验点状缺陷水泥试块的试验共分为孔径缺陷d 分另[J 为 2 mm ，4 mm ，6 mm ，8 mm ，10 mm 5 大 组，每大组试验分别测量不同流量下的红外图像，通过流量控制计控制流量分别为0.1L /min ， 0.2L /min ，0.3L /min ，0.4L /m in 4 个小组，每小组 在开始注水后开始计时，每3min 拍摄1次红外 图像，记录1组试验数据，每小组共30min ，10 组数据。