架空輸電線路導(dǎo)地線損傷檢測(cè)系統(tǒng)及其修復(fù)的安全作業(yè)方法研究

李 文 何海清 施金潤(rùn) 江澤輝 郜春潮

（云南電網(wǎng)公司臨滄供電局 云南省臨滄 665600）

架空輸電線路導(dǎo)地線損傷檢測(cè)系統(tǒng)及其修復(fù)的安全作業(yè)方法研究

李 文 何海清 施金潤(rùn) 江澤輝 郜春潮

（云南電網(wǎng)公司臨滄供電局 云南省臨滄 665600）

隨著我國(guó)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展和人們對(duì)生產(chǎn)生活用電的需求不斷提升，人們對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能要求也越來越高。輸電線路將配電、發(fā)電、輸電、變電以及用電等有機(jī)地結(jié)合起來，在整個(gè)電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，而架空輸電線路導(dǎo)地線是實(shí)現(xiàn)電能輸送的重要渠道。輸電導(dǎo)地線在長(zhǎng)期的外力破壞以及雷擊閃絡(luò)等作用下會(huì)造成導(dǎo)地線表面損傷，在長(zhǎng)期多種應(yīng)力作用下會(huì)使導(dǎo)地線材質(zhì)發(fā)生脆變，這些損壞嚴(yán)重影響了輸電線路的正常運(yùn)行，影響了整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能。因此有必要對(duì)架空輸電線路導(dǎo)地線的損傷進(jìn)行科學(xué)、有效的檢測(cè)，并進(jìn)行及時(shí)修復(fù)作業(yè)。

架空輸電線路；損傷檢測(cè)；導(dǎo)地線

本文主要介紹了一種基于漏磁檢測(cè)原理和渦流檢測(cè)原理的架空輸電線路導(dǎo)地線檢測(cè)系統(tǒng)，它能夠根據(jù)高壓輸電線路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有效檢測(cè)導(dǎo)線的鋼芯和鋁絞線的受損情況。該系統(tǒng)也能夠在停電的情況下對(duì)輸電線路地線進(jìn)行損傷檢測(cè)。本文主要分析了漏磁檢測(cè)原理與渦流檢測(cè)原理，對(duì)儀器的信號(hào)處理軟件以及各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討。

1 架空輸電線路導(dǎo)地線損傷概述及其主要檢測(cè)方法

架空輸電線路由于本身的不完整性和復(fù)雜性，容易受到外力破壞的影響和長(zhǎng)期應(yīng)力的作用。輸電線路導(dǎo)地線在長(zhǎng)期的外力破壞以及雷擊閃絡(luò)等作用下會(huì)造成導(dǎo)地線表面損傷，在長(zhǎng)期多種應(yīng)力作用下會(huì)使導(dǎo)地線材質(zhì)發(fā)生脆變，尤其在一些工業(yè)區(qū)和海濱地區(qū)，特殊的氣候、空氣、環(huán)境導(dǎo)致輸電導(dǎo)地線更容易被腐蝕，產(chǎn)生斷股或者裂紋等缺陷，嚴(yán)重影響了輸電線路的正常運(yùn)行，也影響了整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能。因此應(yīng)該有效檢測(cè)架空輸電線路導(dǎo)地線的損傷并及時(shí)進(jìn)行修復(fù)作業(yè)，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

架空輸電線路導(dǎo)地線的損傷缺陷嚴(yán)重影響了整個(gè)電力系統(tǒng)安全有效地運(yùn)行，但是就目前而言，對(duì)輸電線路導(dǎo)地線損傷檢測(cè)的方法并不多，歸納起來主要包括以下幾種：（1）目測(cè)法。即用望眼鏡或者直接用肉眼觀測(cè)導(dǎo)地線。（2）光學(xué)法。即將輸電導(dǎo)地線拍攝下來通過人工檢測(cè)判斷損傷情況。（3）航測(cè)法。即通過輸電線路附近的直升飛機(jī)對(duì)沿線異常發(fā)熱點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)并記錄。（4）紅外線成像無損檢測(cè)法。由于輸電導(dǎo)地線的紅外輻射場(chǎng)在導(dǎo)地線無缺陷和有缺陷時(shí)是不相同的，因此只要檢測(cè)導(dǎo)地線附近的紅外輻射場(chǎng)就可以知道導(dǎo)地線是否損傷。但是這種方法只適用于被測(cè)電路電流較大的情況，且受到風(fēng)雪情況、風(fēng)力、溫度等環(huán)境條件影響較大。（5）渦流檢測(cè)法。即根據(jù)電渦流在試件表面有缺陷時(shí)會(huì)發(fā)生畸變，來提取輸電線路導(dǎo)地線的缺陷信息。（6）超聲波檢測(cè)法。因?yàn)檩旊妼?dǎo)地線表面不光滑，加上超聲波檢測(cè)需要耦合劑，聲波發(fā)散性大，故這種檢測(cè)方法不適宜檢測(cè)輸電導(dǎo)線。

2 損傷檢測(cè)儀檢測(cè)原理

輸電線路損傷檢測(cè)儀根據(jù)架空輸電導(dǎo)地線的損傷一般為幾股或一股斷裂的特征，對(duì)其內(nèi)部鋼芯缺陷通過霍爾元件傳感器進(jìn)行檢測(cè)，而對(duì)外部鋁絞線缺陷通過電渦流法進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)儀分為空中和地面兩個(gè)部分。如下圖所示。

圖1 輸電線渦流檢測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)框圖

2.1 爬行小車

爬行小車主要包括電機(jī)（驅(qū)動(dòng)部分）、控制部分、電源部分以及行走部分。系統(tǒng)采用12V鎳氫充電電池作為電源，為整個(gè)系統(tǒng)A /D轉(zhuǎn)換電路、渦流傳感器和電機(jī)的電路、工控機(jī)、遙控接收裝置、霍爾元件的勵(lì)磁電路供電。

2.2 霍爾元件及渦流檢測(cè)傳感器

鋁導(dǎo)線的裂紋、斷裂等缺陷信號(hào)通過渦流傳感器檢測(cè)輸電線外層鋁絞線而獲取。鋼芯的裂紋缺陷信號(hào)通過霍爾元件檢測(cè)輸電線內(nèi)部鋼芯而獲取。

2.3 信號(hào)處理和A/D轉(zhuǎn)換電路

輸電線路導(dǎo)地線的缺陷信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理電路一系列的處理（檢波、放大等）之后，將信噪比與幅值符合要求的模擬量信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，即送入數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行處理，將獲得的數(shù)字量信號(hào)保存入計(jì)算機(jī)。

2.4 接收裝置和遙控發(fā)射裝置

遙控發(fā)射裝置和接收裝置控制工控機(jī)的開停機(jī)，控制檢測(cè)傳感器的電源開關(guān)，控制行走小車的行走速度、行走方向以及行走啟動(dòng)和停止，控制整個(gè)檢測(cè)程序的啟動(dòng)和停止。

2.5 缺陷信號(hào)處理軟件和地面計(jì)算機(jī)

工控機(jī)中的數(shù)據(jù)信號(hào)通過小型網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛嬗?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過缺陷信號(hào)處理軟件分析處理相關(guān)信號(hào)，對(duì)輸電線缺陷作出判斷，將具體缺陷狀況在屏幕顯示出來，同時(shí)發(fā)出警報(bào)信號(hào)。

3 渦流傳感器檢測(cè)概述

渦流檢測(cè)對(duì)象為輸電線路導(dǎo)地線的鋁絞線。被測(cè)導(dǎo)線與測(cè)量線圈兩者間的相互作用同兩線圈耦合相類似。其渦流檢測(cè)等效圖如下所示。

圖2 渦流檢測(cè)等效電路圖

當(dāng)在被測(cè)導(dǎo)線上方放置測(cè)量線圈時(shí)，在渦流效應(yīng)的影響下，等效電感隨著等效電阻的增大而減小。測(cè)量線圈的反應(yīng)電感與反應(yīng)電阻受激勵(lì)頻率的影響，當(dāng)激勵(lì)頻率保持不變時(shí)，測(cè)量線圈的反應(yīng)電感和反應(yīng)電阻與被測(cè)金屬物的電感、電阻以及互感系數(shù)有關(guān)。當(dāng)被測(cè)金屬物與線圈的距離保持不變時(shí)，互感系數(shù)為一定值，此時(shí)，被測(cè)金屬有缺陷時(shí)，就會(huì)改變線圈的阻抗，這樣被測(cè)導(dǎo)線的缺陷就可以通過測(cè)量線圈上的電壓變化情形來進(jìn)行判斷。

4 漏測(cè)檢測(cè)原理概述

因?yàn)闇u流檢測(cè)在輸電線鋼芯檢測(cè)中受到檢測(cè)深度的影響，導(dǎo)致檢測(cè)準(zhǔn)確度變差，因此高壓輸電電路中內(nèi)部鋼芯的缺陷通過漏磁法進(jìn)行檢測(cè)。鋼芯主要受到各種外界荷載和拉力應(yīng)力。當(dāng)這些荷載應(yīng)力導(dǎo)致鋼芯發(fā)生缺陷時(shí)，若沿輸電線路鋼芯軸向用一磁場(chǎng)將鋼芯磁化，那么此時(shí)鋼芯表面就會(huì)發(fā)生漏磁現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼芯磁路內(nèi)的磁通發(fā)生變化或者出現(xiàn)漏磁場(chǎng)。通過對(duì)磁場(chǎng)畸變利用相關(guān)的磁敏感元件進(jìn)行檢測(cè)，就能準(zhǔn)確獲取輸電線鋼芯的缺陷信息。當(dāng)在磁檢測(cè)器中穿過輸電導(dǎo)線時(shí)，兩者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使得被檢測(cè)導(dǎo)線內(nèi)部鋼芯將被磁檢測(cè)傳感器磁化，進(jìn)而在鋼芯斷口處出現(xiàn)漏磁場(chǎng)。一旦輸電線上的鋼芯有斷裂缺陷，則鋼芯在穿過傳感器時(shí)將會(huì)實(shí)時(shí)輸出鋼芯斷股信號(hào)，進(jìn)而被霍爾元件獲取。

5 輸電線路導(dǎo)地線損傷修復(fù)作業(yè)

應(yīng)該首先判斷鋼芯鋁絞線導(dǎo)地線的損傷處是否傷及鋼芯，充分計(jì)算、判斷、分析導(dǎo)地線的損傷狀態(tài)。對(duì)于一般導(dǎo)線，當(dāng)損傷點(diǎn)不超過10厘米長(zhǎng)度時(shí)，可以采用修補(bǔ)管進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)于電壓等級(jí)在330KV以上的超高輸電線路的導(dǎo)地線，為了防止在補(bǔ)修過程中補(bǔ)修處發(fā)生新的電暈點(diǎn)，則應(yīng)該采用預(yù)絞式護(hù)線條、預(yù)絞式補(bǔ)修條、連續(xù)管補(bǔ)強(qiáng)接續(xù)條、預(yù)絞式連續(xù)條、以及端頭圓弧形補(bǔ)修管接續(xù)管。進(jìn)行補(bǔ)修前，應(yīng)該將輸電線路導(dǎo)地線的損傷處恢復(fù)至原絞制線股狀態(tài)，并進(jìn)行平整處理。

6 結(jié)束語

電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能常常受到各種環(huán)境因素和人為因素的影響。在對(duì)輸電電路導(dǎo)地線進(jìn)行檢測(cè)的過程中，主要對(duì)導(dǎo)線是否出現(xiàn)變形、過熱的現(xiàn)象、導(dǎo)線之間間距是否發(fā)生變化以及導(dǎo)線是否出現(xiàn)腐蝕等現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)。本文介紹的輸電線路導(dǎo)地線損傷檢測(cè)儀能夠?qū)旊妼?dǎo)地線鋼芯的缺陷利用霍爾元件進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)輸電線路導(dǎo)地線外部的鋁絞線缺陷利用渦流法進(jìn)行檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路導(dǎo)地線缺陷的定量和定性檢測(cè)。同其他檢測(cè)方法相比，基于漏磁檢測(cè)原理和渦流原理的輸電線路導(dǎo)地線損傷檢測(cè)也能適用于輸電線路停電的情況，因此能夠很好地對(duì)架空地線進(jìn)行檢測(cè)。通過檢測(cè)試驗(yàn)表明，該檢測(cè)儀能夠重復(fù)檢測(cè)，各項(xiàng)儀器參數(shù)指標(biāo)都滿足設(shè)計(jì)要求，且檢測(cè)儀人機(jī)界面簡(jiǎn)單便捷，采用中文操作菜單，十分方便。對(duì)于不同規(guī)格的輸電線路導(dǎo)線和地線，只需要將檢測(cè)探頭換成相應(yīng)的尺寸就能很好地進(jìn)行檢測(cè)。

[1]楊秀友.深度探討輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].科技資訊，2011(30).

[2]李為，李婧，毋東東.輸電線路運(yùn)行監(jiān)管系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分析與研究[J].中國(guó)電力教育，2011(22).

G322

B

1007-6344（2017）01-0274-02

孫雅芝，1994.12.11，女，重慶市大足區(qū)，工商管理，沈陽理工大學(xué)

段茜，1994.1.12，女，重慶市彭水縣，電子信息科學(xué)與技術(shù)，沈陽理工大學(xué)

王治，1994年5月24日，男，遼寧沈陽，自動(dòng)化，沈陽理工大學(xué)