耐張線夾和接續(xù)管壓接質(zhì)量的在線檢測

張 鵬，秦怡寧，熊細濤 ，陳龍元 ，賈 迪 ，匡輝明

(1.中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司曲靖局，云南曲靖655000；2.中國能源建設(shè)集團南京線路器材廠，江蘇南京 210037)

在我國架空輸電線路的運行過程中，導(dǎo)、地線連接大量采用壓接型電力金具（耐張線夾和接續(xù)管），壓接型電力金具既要承受導(dǎo)線或地線的全部張力，同時又是導(dǎo)體，起到過流的作用，此類金具一旦安裝后，就不再拆卸。但國內(nèi)有不少因耐張線夾和接續(xù)管壓接質(zhì)量問題引發(fā)的線路運行事故的報道，經(jīng)事后處理分析，大多由導(dǎo)、地線在壓接管中未穿到位或壓接位置不符合相關(guān)規(guī)程等壓接質(zhì)量問題而引發(fā)[1]。當(dāng)線路處于大負荷運行情況下，壓接不符合要求的耐張線夾和接續(xù)管易引發(fā)局部發(fā)熱溫度過高而損傷導(dǎo)線，導(dǎo)致連接強度的降低，或因壓接握力不足導(dǎo)致掉線，尤其在導(dǎo)線覆冰或舞動的情況下，極可能因壓接質(zhì)量問題引起掉線事故，尤其是在導(dǎo)線覆冰或舞動的情況下，極可能因壓接質(zhì)量問題引發(fā)掉線事故。因此，耐張線夾和接續(xù)管的壓接質(zhì)量嚴(yán)重影響輸電線路的安全運行[2-4]。

1 線路施工中壓接質(zhì)量檢測現(xiàn)狀

目前新建輸電線路工程中，對耐張線夾和接續(xù)管壓接質(zhì)量檢測方法僅限于壓接后外觀尺寸檢測和握力試驗。

外觀尺寸檢測即通過標(biāo)尺測量的方法，對壓接后的產(chǎn)品進行外觀壓接尺寸測量，此檢驗方法不會損傷壓接金具，但無法檢測金具內(nèi)部壓接狀態(tài)。握力試驗是一種在試驗室進行的破壞性檢測方法，此方法可以直觀地檢測出產(chǎn)品的外部和內(nèi)部壓接狀態(tài)，但只是作為一種抽查試驗，檢驗所測金具的壓接狀態(tài)，而不能代表線路中使用金具的壓接狀態(tài)，同時抽查試驗會帶來金具和導(dǎo)線的損耗。

實際應(yīng)用都是耐張線夾和接續(xù)管壓接完成后直接在線路中掛線使用，目前還無法對施工現(xiàn)場壓接完成后的金具內(nèi)部導(dǎo)線和鋼芯的壓接狀態(tài)進行非破壞性的檢查與抽檢，更無法對高空中掛線后的壓接型金具進行壓接質(zhì)量檢驗，從而無法從根本上排除此類壓接質(zhì)量不正常所造成的重大事故的隱患。故開展耐張線夾和接續(xù)管壓接質(zhì)量的檢測方法研究，通過有效的儀器檢測并排除此類事故隱患，避免因施工壓接質(zhì)量問題引發(fā)的輸電線路事故，顯得尤其必要。

2 壓接型金具內(nèi)在狀態(tài)檢測的可行性

針對避免因壓接質(zhì)量問題而出現(xiàn)掉線等現(xiàn)象，曾有文章對耐張線夾和接續(xù)管內(nèi)部壓接狀態(tài)的檢測方法進行了討論，并提出采用射線檢測方法對產(chǎn)品的壓接狀態(tài)進行檢驗，此方法可以通過圖片的形式直觀、清晰地辨別出產(chǎn)品內(nèi)部壓接狀態(tài)，并且不會對金具及導(dǎo)線造成損耗。

射線檢測方法是利用射線穿透物體來發(fā)現(xiàn)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷的原理來實現(xiàn)的，穿透作用是指射線通過物質(zhì)時不被吸收的能力，利用差別吸收這種性質(zhì)可以把密度和厚度不同的金屬結(jié)構(gòu)區(qū)分開來。這正是射線透視和攝影的物理基礎(chǔ)。射線穿透物體時其強度的衰減與試件的密度、厚度及射線光量子的能量有關(guān)，射線檢測原理如圖 1所示[5，6]。

圖1 射線檢測原理圖

射線衰減的基本規(guī)律：

式（1）中：I為透射后的射線強度；I0為原始入射線強度；x為穿透物體的厚度；μ為物體的衰減系數(shù)；

根據(jù)式（1）便可得出入射線強度通過大小為δ的間隙后，透射后射線強度為：

式（2）中：δ為試件間隙的大小。

根據(jù)射線衰減基本規(guī)律及指數(shù)函數(shù)性質(zhì)可得，經(jīng)多種均質(zhì)材料透射后射線的強度為：

式（3）中：xN為不同物體的穿透厚度；μN為不同物體的衰減系數(shù)。

耐張線夾和導(dǎo)線的材質(zhì)為鋁和鋼2種，壓接位置分別對應(yīng)圖3中a，b，c 3處。利用射線檢測方法對金具內(nèi)部壓接質(zhì)量進行檢驗，檢測位置分別對應(yīng)如圖2所示中的A，B，C 3處。位置B的放大圖如圖3所示。

圖2 耐張線夾的壓接及檢測位置

圖3 位置B放大圖

如圖3對位置B處的內(nèi)部壓接狀態(tài)進行檢驗，當(dāng)鋼絞線完全插入鋼管時，射線穿透厚度為當(dāng)鋼絞線未完全插入鋼管內(nèi)部時，射線穿透厚度為對這2種情況下的透射后射線強度進行對比，代入式（3），得到：

式（4）中：I1為鋼絞線完全插入鋼管時的穿透強度；I2為鋼絞線未完全插入鋼管時的穿透強度；

以耐張線夾NY-400/35為例，當(dāng)射線能量為0.25 MeV 時鋼絞線直徑為 0.75 cm，代入式（4）得：

由以上計算結(jié)果得出，鋼絞線完全插入鋼管情況下的穿透強度約為鋼絞線未完全插入鋼管時的穿透強度的一半，即當(dāng)選用合適的射線強度時，可以較明顯地分辨出鋼絞線插入鋼管內(nèi)的狀態(tài)。因此，采用射線原理檢驗?zāi)蛷埦€夾和接續(xù)管內(nèi)部壓接狀態(tài)是可行的。

3 在線檢測裝置的研制

通過對射線檢測使用原理的分析，研制適用于現(xiàn)場地面和高空作業(yè)的耐張線夾和接續(xù)管壓接質(zhì)量檢測裝置（簡稱檢測裝置）。該裝置應(yīng)具有以下特點：便于施工現(xiàn)場的安裝、檢測和攜帶；適用于空中檢測；檢測壓接型金具內(nèi)部鋁和鋼2種材質(zhì)的內(nèi)部狀態(tài)；具有成像和存儲等功能。

為滿足地面和空中安裝、檢測、驗收的需要，該裝置應(yīng)小巧、輕便和便于攜帶，故選用脈沖式射線檢查儀，主要包括發(fā)射儀、接收儀以及軟件成像系統(tǒng)3個部分，如圖4所示。

圖4 射線檢測裝置的主要結(jié)構(gòu)

為滿足高空檢測時安裝操作簡單、可靠的要求，還需研制一種裝夾器具，該裝夾器具應(yīng)具有以下結(jié)構(gòu)特點：（1）發(fā)射儀、接收儀應(yīng)與被測金具裝配成一體，且發(fā)射儀和接收儀固定在被測金具的兩側(cè)；（2）裝夾器具可夾持不同導(dǎo)線型號的耐張線夾和接續(xù)管；（3）裝夾器具配備有自動鎖緊結(jié)構(gòu)，用于鎖緊在被測金具上；（4）裝夾器具設(shè)計有滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，方便發(fā)射儀沿導(dǎo)線軸向滑動，用于檢測不同位置處的金具壓接狀態(tài)；（5）裝夾器具設(shè)計有固定結(jié)構(gòu)，用于固定接收儀；（6）在發(fā)射儀處設(shè)計有特殊的濾光結(jié)構(gòu)，以生成更加清晰的圖像[7,8]；（7）檢測裝置各部件之間信號可以通過無線或有線傳輸；（8）檢測裝置可以用電池或交流電供電。經(jīng)過大量的設(shè)計試驗，確定該檢測裝置具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4 壓接質(zhì)量檢測試驗

利用檢測裝置對金具進行壓接質(zhì)量檢驗，以鋼芯鋁絞線耐張線夾為研究對象，其結(jié)構(gòu)形式如圖2和6所示，壓接位置分別為圖中a，b，c 3處，檢測位置分別對應(yīng)圖中A，B，C 3處。

圖6 鋼芯鋁絞線耐張線夾

壓接位置A處檢驗?zāi)蛷埦€夾鋁管與鋼錨凸臺相對壓接位置；壓接位置B處檢驗鋼管內(nèi)鋼芯的壓接長度與壓接位置；壓接位置C處檢驗鋁管中導(dǎo)線的壓接長度與壓接位置。其壓接質(zhì)量的檢測結(jié)果如圖7—9所示。

圖7 檢測位置A處試驗結(jié)果

圖8 檢測位置B處試驗結(jié)果

圖9檢測位置C處試驗結(jié)果

圖7 （a）和圖7（b）分別為檢測位置A處的剖面圖和透射圖，圖7（b）中可清晰辨識出鋼錨凸臺和鋁管壓接后的相對位置A和鋁管嵌入鋼錨凸臺內(nèi)的狀態(tài)。從圖7中可以看出，圖7（b）的檢測結(jié)果與剖面圖7（a）相吻合。

圖8（a）和圖8（b）分別為檢測位置B處的剖面圖和透射圖，從圖中可清晰辨識出①為鋼錨凸臺側(cè)鋁管的壓接起始位置，②為鋼芯插入鋼錨內(nèi)孔的狀態(tài)，③為鋼錨壓接起始位置。從圖8（a）和圖8（b）對比可以看出，透射圖8（a）的檢測結(jié)果與圖8（b）剖面圖相吻合，即可從圖8（b）中看到位置B處的壓接狀態(tài)。

圖9（a）和圖9（b）分別為檢測位置C處的剖面圖和透射圖，從圖中可清晰辨識出鋼錨端部、鋁管、導(dǎo)線的鋁絞線和鋼芯壓接后的相對位置，④為導(dǎo)線側(cè)鋁管壓接起始位置。從圖中可以看出，透射圖9（a）與剖面圖9（b）的試驗結(jié)果相吻合，即可從圖9（b）中看到位置C處的壓接狀態(tài)。

從以上對比試驗結(jié)果可以得出，檢測裝置可以直觀、清晰地辨別出耐張線夾的內(nèi)部壓接狀態(tài)，因此，射線檢測方法是一種可行的檢測耐張線夾和接續(xù)管內(nèi)部壓接狀態(tài)的方法。

5 在線檢測裝置的應(yīng)用

目前，該檢測裝置已在溪洛渡±500 kV同塔雙回直流線路竣工驗收過程中進行了試點應(yīng)用，成功檢測出存在壓接問題的耐張線夾和接續(xù)管，如圖10和圖11所示。

圖10 存在壓接問題的耐張線夾鋁管

圖11存在壓接問題的耐張線夾鋼錨

圖10 為耐張線夾NY-300/40壓接掛線后的壓接質(zhì)量檢測結(jié)果，圖10（a）中⑤為鋁絞線被剝后的起始位置，⑥為鋁管壓接起始位置，從圖10（a）可看出，壓接時剝鋁絞線過長，導(dǎo)致鋁絞線在鋁管內(nèi)間隙過大；圖10（b）中⑦為鋁絞線被剝后的起始位置，⑧為鋁管壓接起始位置，從圖10（b）可以看出，導(dǎo)線鋁管少壓一模。

該檢測裝置同樣對±500 kV牛從直流接地極線路工程中的NY-300/50.1耐張線夾進行了檢測，其檢測結(jié)果如圖11所示。從圖11中可清晰辨識出耐張線夾中各部分壓接后的相對位置，圖11（a）中鋁絞線與鋼錨交接，鋼錨未壓接完全，導(dǎo)致鋼錨尾部呈喇叭狀，圖11（b）中耐張線夾鋼錨壓接后彎曲。從以上現(xiàn)場檢測照片可以得出，該檢測裝置可以清晰地檢測出地面和空中耐張線夾和接續(xù)管的內(nèi)部壓接狀態(tài)。為避免耐張線夾和接續(xù)管因壓接質(zhì)量問題而影響輸電線路的運行安全和質(zhì)量，施工現(xiàn)場壓接操作人員應(yīng)嚴(yán)格按照《輸變電工程架空導(dǎo)線及地線液壓壓接工藝及規(guī)程》的工藝要求進行壓接操作，該《規(guī)程》對導(dǎo)線的壓接機具、液壓操作、壓接部位、壓接方向、壓接后質(zhì)量檢測等進行了嚴(yán)格的規(guī)定。同時，監(jiān)理人員可選用此檢測裝置對金具內(nèi)部壓接質(zhì)量進行檢測，以提高金具在線路運行中的可靠性。

6 結(jié)束語

（1）射線檢測方法是一種檢測耐張線夾和接續(xù)管內(nèi)部壓接質(zhì)量的可行方法；

（2）該檢測裝置實現(xiàn)了對耐張線夾和接續(xù)管的無損檢測；

（3）該檢測裝置實現(xiàn)了對架空輸電線路金具高精度成像，可通過圖片的形式直觀、清晰的辨別出耐張線夾和接續(xù)管的內(nèi)部壓接狀態(tài)；

（4）該檢測裝置設(shè)計有裝夾器具，以滿足地面檢測和高空檢測的需要。

本文從理論上的研究，給出了無損檢測的可行性，并率先在國內(nèi)成功地研制出耐張線夾和接續(xù)管壓接質(zhì)量在線檢測裝置，解決了耐張線夾和接續(xù)管在壓接后無法檢測其內(nèi)部壓接狀態(tài)等一系列技術(shù)難題，并通過現(xiàn)場應(yīng)用實例，驗證了該檢測裝置對輸電線路中在線的耐張線夾和接續(xù)管無損檢測是有效、創(chuàng)新的，具有較好的適用性。架空輸電線路耐張線夾和接續(xù)管的無損檢測是對現(xiàn)有架空輸電線路設(shè)備檢測方法的革新，填補了壓接檢測方法的空白，對提高輸電線路的壓接施工質(zhì)量、排除安全隱患、保證國家電網(wǎng)穩(wěn)固、快速發(fā)展具有重大意義。

[1]DL/T 5285—2013輸變電工程架空導(dǎo)線及地線液壓壓接工藝及規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2013.

[2]劉 純，熊 亮，陳紅冬，等.500 kV輸電線路耐張線夾鋼錨斷裂分析[J].上海電力，2010(S1)： 264-266.

[3]應(yīng)偉國，胡旭光，黃旭駿.架空導(dǎo)線耐張壓接管壓接尺寸與機械荷載的驗證[J].浙江電力，2010(7)：14-16.

[4]馮愛軍，金 榕.影響導(dǎo)線壓接握著力的因素分析[J].電力建設(shè)，2011，32(11)：85-88.

[5]陳 慧.大型橋梁纜索的無損檢測技術(shù)研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2011.

[6]王仲生.無損檢測診斷現(xiàn)場實用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002：208-245.

[7]劉俊敏.工業(yè)X射線檢測圖像處理關(guān)鍵技術(shù)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2006.

[8]陳 光.焊縫X射線數(shù)字圖像處理及缺陷檢測方法研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2007.