X射線檢測裝置在架空輸電線路壓接金具質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

張志猛,賈伯巖,吳宏亮,馮硯廳,古海峰,朱思旭

(1.國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院,石家莊 050021;2.神華河北國華定州發(fā)電有限責(zé)任公司,河北 保定 073000)

X射線檢測裝置在架空輸電線路壓接金具質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

張志猛1,賈伯巖1,吳宏亮2,馮硯廳1,古海峰1,朱思旭1

(1.國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院,石家莊 050021;2.神華河北國華定州發(fā)電有限責(zé)任公司,河北 保定 073000)

針對線路施工中壓接金具質(zhì)量檢測的現(xiàn)狀,從理論上分析了X射線檢測架空輸電線路壓接金具質(zhì)量無損檢測方式的可行性,介紹X射線便攜式檢測裝置的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),并通過國內(nèi)研制的耐張線夾和接續(xù)管壓接質(zhì)量小型檢測裝置現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)例,驗(yàn)證了該檢測裝置對輸電線路中在線的耐張線夾和接續(xù)管無損檢測是有效的,證明X射線檢測技術(shù)在架空輸電線路壓接金具質(zhì)量檢測具有較好的適用性。

X射線檢測;架空輸電線路;壓接型金具;耐張線夾;接續(xù)管;壓接質(zhì)量

在架空輸電線路中,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),壓接形式早期采用爆壓,目前主要采用液壓,壓接型電力金具既要承受導(dǎo)線或地線的全部張力,同時(shí)又是通流導(dǎo)體,此類金具一旦安裝后,就不再拆卸。目前,架空輸電線路導(dǎo)地線耐張線夾、接續(xù)管壓接質(zhì)量的檢查方法,只限于在壓接前后用游標(biāo)卡尺對耐張線夾、直線接續(xù)管外觀尺寸的檢查。壓接施工前按照規(guī)程要求制作試樣,送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行握力試驗(yàn),確定壓接握力,并檢查壓接質(zhì)量。金具壓接屬于隱蔽工程,對施工人員技能水平、操作是否規(guī)范關(guān)系很大,另外由于是在高空壓接,現(xiàn)場不易全面監(jiān)督,從而出現(xiàn)因耐張線夾、直線接續(xù)管壓接質(zhì)量不良。當(dāng)線路處于大負(fù)荷運(yùn)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(qiáng)度的降低,或因壓接握力不足導(dǎo)致掉線,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[1-2]。

國內(nèi)因耐張線夾和接續(xù)管壓接質(zhì)量問題引發(fā)的線路運(yùn)行事故時(shí)有發(fā)生,經(jīng)事后分析,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)。

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(yùn)行,迫切需要一種簡易有效手段能夠?qū)鹁邏航淤|(zhì)量進(jìn)行快速檢測。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,保證線路安全運(yùn)行,避免因線路掉線造成重大危害和社會影響。

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(yàn)。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(jìn)行外觀壓接尺寸測量,此檢驗(yàn)方法不會損傷壓接金具,旨在通過測量壓緊后金具尺寸是否滿足要求,來檢測金具壓接是否壓緊、是否壓接到位,但無法檢測金具內(nèi)部壓接狀態(tài)。握力試驗(yàn)是一種在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的破壞性檢測方法,針對工程導(dǎo)線及金具型號,制作壓接試樣,送試驗(yàn)室檢測,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(yàn),檢驗(yàn)所測金具的壓接狀態(tài),而不能代表線路中實(shí)際使用金具的壓接狀態(tài),同時(shí)抽查試驗(yàn)會帶來金具和導(dǎo)線的損耗。

目前,實(shí)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(jìn)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(jìn)行壓接質(zhì)量檢驗(yàn),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。在施工過程中,導(dǎo)線、地線在壓接管中未貫穿到位或鋼芯壓接不符合要求,都將為線路安全運(yùn)行埋下重大隱患。在全國范圍內(nèi),因耐張線夾或接續(xù)管壓接質(zhì)量不合格引發(fā)的斷線、掉線事故發(fā)生過很多起。因此對耐張線夾和接續(xù)管進(jìn)行檢測刻不容緩。國內(nèi)一些線路器材廠家針對壓緊金具質(zhì)量檢測問題,開展了耐張線夾和接續(xù)管壓接質(zhì)量的檢測方法研究,提出通過X射線成像技術(shù)檢測內(nèi)部壓緊狀態(tài),檢測壓接質(zhì)量,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,收到了良好的效果。

2 X射線檢測壓接型金具內(nèi)在狀態(tài)可行性分析

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(shí)現(xiàn)的,穿透作用是指射線通過物質(zhì)時(shí)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(shí)其強(qiáng)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[3]。

圖1 射線檢測原理

射線衰減的基本規(guī)律:

式中:I為透射后的射線強(qiáng)度;I0為原始入射線強(qiáng)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(qiáng)度通過大小為δ的間隙后,透射后射線強(qiáng)度為:

式中: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(qiáng)度為:

式中:xN為不同物體的穿透厚度;μN(yùn)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,壓接位置分別為鋁管與鋼錨尾部凹槽壓接、鋼芯與鋼錨管壓接、鋼芯與鋼錨管壓接、鋼芯鋁絞線與鋁絞線與鋁管壓接三處壓接。利用射線檢測方法對連接金具內(nèi)部壓接質(zhì)量進(jìn)行檢查,主要檢鋁管與鋼錨尾部凹槽壓接是否緊密到位,鋼芯是否插入到鋼錨管底部、鋼芯距離鋼芯鋁絞線斷面距離3處。如對鋼芯是否插入到鋼錨管底部進(jìn)行檢驗(yàn),當(dāng)鋼絞線完全插入鋼管時(shí),射線穿透厚度為x鋁管+ x鋼管+x鋼絞線,當(dāng)鋼絞線未完全插入鋼管內(nèi)部時(shí),射線穿透厚度為x鋁管+x鋼管。對這2種情況下的透射后射線強(qiáng)度進(jìn)行對比,代入式(3),得到:

式中:I1為鋼絞線完全插入鋼管時(shí)的穿透強(qiáng)度;I2為鋼絞線未完全插入鋼管時(shí)的穿透強(qiáng)度。

以耐張線夾NY-400/35為例,當(dāng)射線能量為0.25MeV時(shí),μ鋁=0.29,μ鐵=0.80,鋼絞線直徑為0.75cm,代入式(4)得:

即I1=0.55I2

由以上計(jì)算結(jié)果得出,鋼絞線完全插入鋼管情況下的穿透強(qiáng)度約為鋼絞線未完全插入鋼管時(shí)的穿透強(qiáng)度的一半,即當(dāng)選用合適的射線強(qiáng)度時(shí),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(yàn)?zāi)蛷埦€夾和接續(xù)管內(nèi)部壓接狀態(tài)是可行的。同時(shí)此方法可以通過圖可以直觀、清晰地辨別出產(chǎn)品內(nèi)部壓接狀態(tài),并且不會因?qū)ｉT制作壓接試樣對金具及導(dǎo)線造成損耗。

3 X射線便攜式檢測裝置的研制

X射線的方法可以有效地檢測壓接質(zhì)量,但由于射線機(jī)體積大、質(zhì)量重,需要射線防護(hù),工作時(shí)周圍不能有人等,不適用在野外高空進(jìn)行檢測,急需要研制一種小型的便攜設(shè)備進(jìn)行檢測工作。

通過對射線檢測使用原理的分析,提出研制適用于現(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。裝置應(yīng)具有以下特點(diǎn):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。同時(shí)為滿足地面和空中安裝、檢測、驗(yàn)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(gè)部分。

為滿足高空檢測時(shí)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(diǎn):

a.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);

b.裝夾器具可夾持不同導(dǎo)線型號的耐張線夾和接續(xù)管;

c.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;

d.裝夾器具設(shè)計(jì)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);

e.裝夾器具設(shè)計(jì)有固定結(jié)構(gòu),用于固定接收儀;

f.在發(fā)射儀處設(shè)計(jì)有特殊的濾光結(jié)構(gòu),以生成更加清晰的圖像;

g.檢測裝置各部件之間信號可以通過無線或有線傳輸;

h.檢測裝置可以用電池或交流電供電。經(jīng)過大量的設(shè)計(jì)試驗(yàn),確定該檢測裝置具體結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 檢測裝置結(jié)構(gòu)示意

4 現(xiàn)場檢測案例

2006年某省某條220kV輸電線路的導(dǎo)線在正常運(yùn)行狀態(tài)下突然滑出,導(dǎo)致弧垂大幅下降,嚴(yán)重危及電網(wǎng)安全。

對導(dǎo)線斷裂線夾進(jìn)行了故障解剖,解剖示意見圖3。

圖3 斷裂耐張解剖示意

對該塔下子導(dǎo)線因受力而彎曲的耐張線夾還進(jìn)行了X射線無損檢測和線切割解剖對照試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果為:采用X射線無損探傷的方法,能在不破壞耐張線夾的條件下準(zhǔn)確清晰顯示耐張線夾的壓接程度;X射線探傷顯示耐張線夾壓接點(diǎn)符合工藝要求;線切割縱向剖開觀察,可見耐張線夾壓接點(diǎn)符合工藝要求;X射線探傷結(jié)果與線切割剖開觀察結(jié)果對應(yīng)一致。

對2種狀態(tài)下導(dǎo)線應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算比較,結(jié)果如表1所示,當(dāng)耐張線夾鋁管負(fù)一模壓接位置出現(xiàn)較大偏差時(shí),基本上只有鋼芯承受導(dǎo)線拉力,其在正常運(yùn)行狀況下,導(dǎo)線平均運(yùn)行應(yīng)力已

高達(dá)51%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過DL/T5092-1999《110～500kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中對于導(dǎo)線平均運(yùn)行應(yīng)力的上限要求,極易造成導(dǎo)線振動疲勞斷股。

表1 不同狀態(tài)下導(dǎo)線平均運(yùn)行應(yīng)力比較結(jié)果

根據(jù)以上試驗(yàn)、分析結(jié)果,對故障原因和整改方案進(jìn)行了討論和分析,通過耐張線夾的解剖比照試驗(yàn)分析,可確認(rèn)故障原因?yàn)?該耐張線夾壓接施工工藝不符合DL/T5285-2013《輸變電工程架空導(dǎo)線及地線液壓壓接工藝規(guī)程》中的有關(guān)規(guī)定,鋁管負(fù)一模壓接位置出現(xiàn)較大偏差,鋼錨與耐張線夾鋁管沒有連為一體,在導(dǎo)線長期荷載和微振動作用下,造成導(dǎo)線鋼芯斷裂,導(dǎo)致耐張線夾鋼錨拉出[4]。

5 結(jié)論

X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;通過開發(fā)便攜式檢測裝置,并設(shè)計(jì)專門的裝夾器具,以滿足地面檢測和高空檢測的需要,可實(shí)現(xiàn)對耐張線夾和接續(xù)管的無損檢測;通過無線圖像傳輸,實(shí)現(xiàn)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)。為開展架空線路壓接金具質(zhì)量抽檢提供了一種有效手段。

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

[2] 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(jī)械荷載的驗(yàn)證[J].浙江電力,2010(7):14-16.

[3] 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.

[4] DL/T5285-2013,輸變電工程架空導(dǎo)線及地線液壓壓接工藝及規(guī)程[S].

本文責(zé)任編輯:楊秀敏

表1 試驗(yàn)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果

將細(xì)粉分離器和粗粉分離器的煤粉細(xì)度值帶入式(5)中進(jìn)行驗(yàn)證,驗(yàn)證模型所得85.13%,改造后為95.59%。細(xì)粉分離器分離效率計(jì)算模型所求得的效率值和驗(yàn)證模型相一致,可以作為細(xì)粉分離器改造后驗(yàn)收方法。

4 結(jié)論

通過煤粉等速取樣裝置、渦街風(fēng)速儀等儀器進(jìn)行細(xì)粉分離器試驗(yàn),取得試驗(yàn)參數(shù)后,計(jì)算求得細(xì)粉分離器的分離效率,并利用驗(yàn)證模型對該方法進(jìn)行驗(yàn)證。從案例計(jì)算結(jié)果可知,2種方法求得的效率值非常接近,驗(yàn)證了其正確性,細(xì)粉分離器的分離效率由改造前的84.28%提高到改造后的95%,達(dá)到了改造的目的。

參考文獻(xiàn):

[1] 劉愛忠.300MW火電機(jī)組培訓(xùn)叢書-燃煤鍋爐機(jī)組[M].北京:中國電力出版社,2003.

[2] 葉江明.電廠鍋爐原理及設(shè)備[M].北京:中國電力出版社, 2010.

[3] 賓誼沅,隆 斌.細(xì)粉分離器效率間接測算[J].湖南電力, 2011,31(1):25-27.

本文責(zé)任編輯:羅曉曉

Application of X-ray Detection Device in Overhead Transmission Line Compression Type-fitting Quality Inspection

Zhang Zhimeng1,Jia Boyan1,Wu Hongliang2,Feng Yanting1,Gu Haifeng1,Zhu Sixu1
(1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021; 2.Shenhua Hebei Guohua Dingzhou Power Generation Company Limited,Baoding 073000,China)

In allusion to the present situation of the transmission line construction compression type-fitting quality testing,X-ray detection nondestructive testing method overhead transmission line compression type-fitting quality are analyzed theoretically,the feasibility of hardware,introduce the structure and characteristic of X-ray portable testing device,and through the example of domestic development small detection device field application in tension clamp and connection pipe compression typefitting quality,show that the detection device for transmission line in the online tension clamp and connection pipe nondestructive testing is valid,prove that X-ray detection technology in overhead transmission line compression type-fitting quality testing has good applicability.

X-ray detection;overhead transmission line;compression type-fitting;tension clamp;splicing sleeve;extruded quality

TM863

B

1001-9898(2016)04-0043-04

2016-06-16

張志猛(1982-),男,工程師,主要從事架空輸電線路相關(guān)檢測工作。