輸電線路桿塔接地放射線智能探測裝置研究

李海峰++韓東峰++全明睿

文章編號：2095-6835（2017）04-0114-02

摘 要：在電力生產中，輸電線路桿塔接地放射線是提高輸電線路耐雷水平、降低線路雷擊跳閘率的重要措施。為了保證輸電線路能夠安全、穩(wěn)定運行，及時發(fā)現(xiàn)并處理接地放射線中存在的問題，每年需要根據(jù)現(xiàn)場情況開挖檢查輸電線路桿塔接地放射線。由于現(xiàn)場接地放射線實際敷設位置、敷設長度等與施工檔案提供的施工簡圖嚴重不符，而桿塔所在位置地形多變，地質結構復雜，導致現(xiàn)場不能準確定位桿塔接地放射線的位置，只能通過人工試點尋找開挖檢查點。這樣做費時費力，給輸電線路接地放射線開挖檢查工作帶來極大的困難。桿塔接地放射線智能探測裝置能夠有效識別有色金屬和黑色金屬，具有自動搜索、準確定位、目標報警和探測度廣等特點。同時，還設有先進的地平衡系統(tǒng)，能排除“礦化反應”的干擾，增加儀器的探測深度，保證探測效果，有效代替原有人工開挖尋找檢查放射線的方式，大大提高了工作人員的工作效率。

關鍵詞：輸電線路；放射線；智能探測裝置；桿塔

中圖分類號：TM754 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.114

根據(jù)《架空送電線路運行規(guī)程》等規(guī)程的規(guī)定，輸電線路運行維護單位要逐年按比例開挖檢查桿塔接地裝置水平放射線的運行情況，發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，確保接地放射線工作能夠正常進行，保證桿塔的耐雷水平。目前，我公司主要負責山西境內500 kV及以上電壓等級輸電線路的運行維護工作，每年需要檢查大量的桿塔接地放射線。這些桿塔接地體的水平放射線一般埋深為0.3～2 m，單腿敷設長度為10～80 m。現(xiàn)場實際敷設位置往往與施工檔案提供的施工簡圖嚴重不符，而桿塔所在位置地形多變，地質結構復雜。這就造成現(xiàn)場不能準確定位桿塔接地放射線的位置，只能人工尋找開挖檢查點，工作效率低，工作量大，費時費力，整體工作進展緩慢?；诖?，需要研究一種具有自動搜索、準確定位、目標報警功能的桿塔接地放射線智能探測裝置（以下簡稱“探測裝置”）。

1 技術難點

智能探測裝置是一種專門用來探測金屬的儀器，除了用于探測有金屬外殼或金屬部件的物品外，還可以用來探測隱蔽在墻壁內的電線、埋在地下的水管和電纜，而且能夠發(fā)現(xiàn)埋藏在地下的金屬物體。目前，由于輸電線路桿塔接地放射線埋設深度、輻射方式、所處地形等情況各異，再加上線路大部分處于高山大嶺地區(qū)，特別是堅硬的地質結構，給人工開挖放射線檢測帶來極大的困難，導致放射線檢查工作效率比較低，人工成本比較大。山西運維輸電線路接地放射線基本采用的是圓鋼放射形鋪設，結合金屬探測裝置的工作原理和特點，研制一種輸電線路使用的地下金屬智能探測裝置，以避免開挖檢測，一舉克服埋設深度、輻射方式、地形不同的問題，快速、準確地確定放射線的位置，降低人工開挖成本，提高開挖效率，從而提高放射線的檢測效率。這樣做有很大的可行性和必要性。

2 技術思路及研制

2.1 技術思路

根據(jù)輸電線路桿塔接地體放射線采用φ10～12熱軋圓鋼的結構特點研發(fā)探測裝置。探測裝置應具有自動搜索模式、準確定位模式、對探測目標的識別模式，靈敏度高，能有效排除礦化反應的干擾，具有較高的自動化和智能化水平。

根據(jù)現(xiàn)場接地放射線的實際敷設情況，結合目前探測裝置的應用情況，確定典型桿塔接地體敷設線的技術參數(shù)；根據(jù)探測裝置使用材料和試驗情況，確定研制方案，通過一系列型式試驗、模擬操作和現(xiàn)場應用，確定新裝置的各項參數(shù)，從而完成新裝置的研發(fā)工作，解決實際問題。

2.2 確定技術方案

通過調查和研究，確定采用移動式智能探測裝置，并為其設置識別模塊、報警模塊和傳輸模塊等功能模塊，以滿足現(xiàn)場實際工作的需求。具體的技術方案調查情況如表1所示。

表1 技術方案調查情況表

技術方案 調查分析 特點

定點探測裝置 1.根據(jù)圖紙，在大概位置分別開挖幾個坑，并埋設裝置，根據(jù)裝置發(fā)射的信號探測放射線位置；

2.用時分析，比純粹人工開挖檢測省時 優(yōu)點：可以縮短作業(yè)工時

缺點：

1.比較依賴圖紙，在圖紙與現(xiàn)場情況不符的情況下會延長作業(yè)時間；

2.需要人工開挖，不能顯著縮短作業(yè)時間；

3.探測范圍受裝置安置位置的影響比較大

移動探測裝置 1.設計思路：采用手持式探測裝置，貼近地面探測放射線；

2.用時分析：無需開挖，能顯著縮短作業(yè)用時 優(yōu)點：

1.具備研發(fā)能力；

2.作業(yè)時間短，耗費人員少；

3.工具輕便，安全性高

難點：市場無相關裝置，需要重新研制

2.3 技術內容

智能探測裝置是由高頻振蕩器、振蕩檢測器、音頻振蕩器和功率放大器等部分組成的，并配以電源、指示表和聲響指示器。在實際操作中，探測裝置利用的是電磁感應原理，具體要考慮以下幾點：①利用有交流電通過發(fā)射線圈產生迅速變化的磁場；②使這個磁場的磁力線穿過金屬物體，并在其表面形成渦電流；③渦電流會產生二次磁場，反過來影響原來的磁場，產生儀器能夠接收和識別的信號；④信號經過處理和放大，使指示表的指針偏轉，并同時驅動聲響指示器發(fā)出聲響信號。

發(fā)射線圈的電流會產生一個電磁場，磁場的極性垂直于線圈所在平面。每當電流改變方向，磁場的極性都會隨之改變。如果線圈平行于地面，那么，磁場的方向會不斷地交替變化，一會兒垂直于地面向下，一會兒垂直于地面向上。隨著磁場方向在地下的變化，它會與任何導體目標物發(fā)生作用，使得目標物自身產生微弱的磁場。目標物磁場的極性與發(fā)射線圈磁場的極性恰好相反。如果發(fā)射線圈產生的磁場方向垂直地面向下，則目標物磁場垂直于地面向上。

接收線圈能完全屏蔽發(fā)射線圈產生的磁場，但它不會屏蔽從地下目標物傳來的磁場。這樣一來，當接收線圈位于正在發(fā)射磁場的目標物上方時，線圈上就會產生一個微弱的電流。這一電流振蕩的頻率與目標物磁場的頻率相同。另外，接收線圈會放大這一頻率，將其傳送到金屬探測器的控制臺，控制臺上的元件繼而分析這一信號，以確定是哪類金屬。

2.4 實現(xiàn)的功能

經研究和試驗，探測裝置具有地平衡功能，能夠有效消除“礦化反應”造成的影響。該探測裝置具有識別功能，能夠有效區(qū)別黑色金屬（鋼、鐵）和有色金屬（金、銅、鋁等），具有語音報警功能。當發(fā)現(xiàn)黑色金屬時，它會發(fā)出警報聲。該探測裝置采用智能操作系統(tǒng)，簡單易操作；采用高強度ABS材料封裝，質量輕，壽命長；可通過耳機識別金屬聲音，避免周圍噪聲的干擾。

根據(jù)現(xiàn)場具體情況，智能探測裝置主要有4種功能探測模式，可以根據(jù)期望探測的目標選擇對應的模式，也可以根據(jù)個人意愿使用自定義模式，建立符合實際情況的專用模式。在每種模式下，識別類型都略有不同，以適應不同地形特定目標的探測需要。下面主要介紹幾種常用的工作模式。

2.4.1 接地線探測模式

該模式是專門針對探測接地線圓鋼而設計的，過濾了其他比較細小的鐵質垃圾和箔片。在該模式下，裝置對細小的鐵質垃圾和箔片的反應不會太靈敏，即使發(fā)現(xiàn)該類物質也不會發(fā)出警報。這種設置方法主要是避免探測器對小型鐵質垃圾、金屬拉環(huán)或其他金屬箔片發(fā)出信號，干擾對放射線的探測。

2.4.2 遺物模式

該模式主要是通過過濾小鐵片，保留對其他低導電性金屬的探測。

2.4.3 自定義模式

該模式的識別類型可自行編輯設置。通過設定不同的探測區(qū)間，可以完成對地下金屬物體的探測。該模式可以針對不同地形、埋設深度不同的接地放射線進行有針對性的設定，從而進行有效的探測。

2.4.4 零模式

該模式將識別所有類型的金屬。標尺的12個像素塊都處于激活（顯示）狀態(tài)，沒有任何缺口。

為了更好地探測放射線類金屬，探測裝置提升了識別鐵類金屬的能力，允許更加精準地控制識別鐵金屬的類型。例如，放射線上面覆蓋的金屬目標經常會對探測的接地放射線目標形成“信號遮蓋”效應。為了減弱和避免這種情況的發(fā)生，可以使用“識別調節(jié)”按鍵和“接受/ 拒絕”按鍵，選擇取消部分含鐵像素塊來過濾鐵質垃圾（例如鐵釘、硬幣等）。采取這種方法，只需簡單地操作少量按鍵，就可以在探測到鐵釘和放射線的同時防止“信號遮蓋”效應的發(fā)生，避免干擾探測目標，錯過主要探測對象。

2.5 探測方法

在探測時，將探盤保持在距地面上方2.5～5 cm的位置，讓探測盤與探測地面平行，平穩(wěn)揮盤，從而獲得最準確的探測結果。

探測時，手握探測器緩步前行，讓探測盤在一條直線上左右擺動。根據(jù)現(xiàn)場試驗情況，速度控制在0.6～1.5 m/s為最佳。

常規(guī)的精準定位需要使用精準定位按鍵，即將探測盤置于疑似區(qū)域邊緣，按住定位鍵后，從左到右揮動探盤，之后再從上到下?lián)]動探盤，尋找信號強度的交叉峰值點。在定位過程中，一旦達到信號峰值點，標尺的目標光標（像素塊）會達到一個最大值，同時，警示音也會達到最大音量。采用這種方法沿著放射線的大致方向勻速前進，當處于一條線上的目標光標一直處于最大值時，即說明接地放射線位于探測位置。

在高礦化地和濕沙地環(huán)境中使用探測裝置，由于含礦量高等，可能會影響裝置探測的準確性。如果要減小這些影響，可以調低探測裝置的靈敏度和閥值電平，加大探測盤與地面之間的距離。

在土壤干燥或者接地放射線埋設時間比較長的情況下都會使探測效果提升。因為接地放射線長時間埋在地下會逐漸氧化，產生金屬銹，并向四周擴散，與周圍的土壤發(fā)生反應，產生較強的磁場，增加金屬面積，進而增大信號強度。埋設時間越久，信號強度就越大，探測深度也會越深。

在探測區(qū)域內，如果有2臺及以上的探測裝置同時工作，而且距離又比較近時，它們之間可能會互相干擾。在這種情況下，可以將探測儀的靈敏度調低，或者將2臺探測裝置分離。

在探測區(qū)域內工作時，由于輸電線路存在電場，再加上附近有無線信號發(fā)射器等裝置，會對探測裝置產生一定的干擾。在這種情況下，要降低探測裝置的靈敏度，調低閥值電平。

3 技術創(chuàng)新點及應用情況

3.1 技術創(chuàng)新點

探測裝置的技術創(chuàng)新點是：①準確區(qū)分黑色金屬與有色金屬，針對不同金屬，在不同的區(qū)段進行報警和顯示；②有效排除“礦化反應”的干擾，識別不同埋深的接地放射線；③設置不同頻段，自定義報警模式——探測到黑色金屬時報警，探測到有色金屬時不報警。

3.2 應用情況

裝置研制成功后，在山西省內多條500 kV輸電線路桿塔上開展了接地放射線智能探測裝置的現(xiàn)場應用試驗工作。現(xiàn)場選擇應用的桿塔地形有平原、丘陵、山區(qū)，土壤地質結構有堅土、巖石和礦山等。經現(xiàn)場驗證，探測裝置具有攜帶輕便，容易操作，能快速、準確定位放射線位置，可以有效消除“礦化反應”等特點，極大地提高了工作效率，能夠滿足現(xiàn)場自動化、智能化的使用要求。

3.3 經濟效益分析

未研發(fā)此裝置前，作業(yè)人員要尋找桿塔接地體放射線的檢查位置，提前查詢原始接地裝置施工簡圖，然后根據(jù)施工圖現(xiàn)場核對，在位置不符的情況下，只能憑借經驗、感覺試挖放射線，前后耗時超過1～2 h。該探測裝置應用實施后，在現(xiàn)場能快速、準確定位放射線的位置，耗時0.3～0.5 h，可以節(jié)省大量時間，降低作業(yè)人員的勞動強度。使用該裝置，在進行大量接地線檢查工作時，能夠顯著地提高工作效率。

4 結束語

接地放射線智能探測裝置主要是通過電磁感應來區(qū)分被探測物體的，探測深度與被探接地線圓鋼的面積、形狀、質量有很大的關系。放射線金屬埋在地下，透過厚厚的土層去探測，必然會受到地質結構的影響。地層中含有各種各樣的礦物質，它們也會向金屬探測器發(fā)出信號。這些礦物信號會掩蓋掉金屬的信號，造成誤報的假象。接地放射線智能探測裝置是采用先進技術研制的，具有探測度廣、定位準確、分辨力強、操作簡易等特點，同時，它還設有先進的地平衡系統(tǒng)，能排除“礦化反應”造成的干擾，大大提高儀器的探測深度和效果，給實際接地放射線探測工作的順利進行帶來極大的便利。

參考文獻

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作者簡介：李海峰（1976—），男，高級技師，主要從事輸電線路運行維護工作，曾參與多項輸電線路技術研發(fā)項目。韓東峰（1984—），男，碩士，工程師，主要從事輸電線路運行維護、帶電作業(yè)等技術研究。全明睿（1986—），男，工程師，主要從事輸電線路運行維護等技術研究。

〔編輯：白潔〕