架空輸電線路關(guān)鍵部件損傷的常用紅外檢測(cè)方法綜述

陳湘陽(yáng)，黃智明，黃浩誠(chéng)

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局，廣東 江門(mén) 529000）

輸電線路按照架設(shè)方式分類(lèi)可分為電纜輸電線路和架空輸電線路。其中，架空輸電線路因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、建設(shè)周期短、后期運(yùn)維檢修方便等諸多優(yōu)良特點(diǎn)，成為應(yīng)用最為廣泛的輸電線路類(lèi)型。由于架空輸電線路具有遠(yuǎn)距離、大容量輸送電能的特性，在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中常常受限于線路走廊價(jià)格影響，需要經(jīng)常建設(shè)在人煙稀少的平原、丘陵、山區(qū)等特殊地區(qū)，線路周邊環(huán)境較為復(fù)雜[1-2]。

在架空輸電線路的長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，受降雨、降雪、大風(fēng)、雷擊等復(fù)雜氣候條件影響，架空輸電線路部件如導(dǎo)地線、金具、防雷設(shè)施、基礎(chǔ)等會(huì)產(chǎn)生各種各樣的缺陷，如斷股、銹蝕、裂紋、斷裂、破損等情況。這些缺陷對(duì)輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)極大的威脅，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和居民的正常用電帶來(lái)較大的隱患。

目前針對(duì)架空輸電線路部件損傷問(wèn)題，常用的損傷檢測(cè)方法有可見(jiàn)光照片識(shí)別法、X 光探傷法、紅外檢測(cè)法、紫外檢測(cè)法等。本文選取架空輸電線路部件損傷檢測(cè)領(lǐng)域內(nèi)較為常用的紅外檢測(cè)法為研究對(duì)象，對(duì)現(xiàn)有不同技術(shù)路線的紅外檢測(cè)法進(jìn)行綜述和評(píng)價(jià)，并對(duì)各自的適用場(chǎng)合進(jìn)行界定，可為輸電線路工程領(lǐng)域損傷檢測(cè)提供理論參考。

1 輸電線路部件損傷紅外檢測(cè)的理論依據(jù)

架空輸電線路在正常運(yùn)行過(guò)程中，大部分構(gòu)件起著結(jié)構(gòu)支撐、絕緣、載流作用。尤其是承擔(dān)絕緣或載流作用的構(gòu)件如絕緣子、接續(xù)管、壓接管、引流板等部件，受到安裝制造工藝劣化、空氣氧化腐蝕、電化學(xué)腐蝕、外力破壞等多種因素影響，會(huì)導(dǎo)致絕緣件、載流件結(jié)構(gòu)松動(dòng)、接觸表面的電阻率增大。長(zhǎng)此以往，會(huì)導(dǎo)致輸電線路部件出現(xiàn)溫度分布不均勻的情況，缺陷位置處會(huì)表現(xiàn)出一種在缺陷附近區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)“最高溫”或“最低溫”的情況，如圖1、圖2 所示。

圖1 架空輸電線路關(guān)鍵部件可見(jiàn)光照片

圖2 架空輸電線路關(guān)鍵部件紅外照片

因此，可使用紅外檢測(cè)分析設(shè)備對(duì)架空輸電線路構(gòu)件表面或內(nèi)部的能量分布情況和能量流動(dòng)情況進(jìn)行測(cè)量，配合專(zhuān)用紅外圖像解析設(shè)備和顯示設(shè)備將測(cè)量結(jié)果直觀地顯示出來(lái)，結(jié)合架空輸電線路缺陷定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)電力行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)架空輸電線路部件的缺陷情況進(jìn)行評(píng)價(jià)定級(jí)[3-5]。

目前，用于輸電線路領(lǐng)域最廣泛的是傳統(tǒng)紅外熱像儀檢測(cè)法，在機(jī)械行業(yè)內(nèi)部較為廣泛使用的還有光激發(fā)無(wú)損檢測(cè)法、超聲波激發(fā)無(wú)損檢測(cè)法等方法，這類(lèi)方法在輸電線路領(lǐng)域同樣具有其適用性。因此，本文對(duì)這些基于不同技術(shù)路線的紅外檢測(cè)方法進(jìn)行綜述。

2 傳統(tǒng)紅外熱像儀檢測(cè)法

傳統(tǒng)意義上的紅外熱像儀檢測(cè)法為架空輸電線路巡視人員攜帶手持型紅外測(cè)溫儀對(duì)架空輸電線路各部件進(jìn)行拍攝，獲取目標(biāo)部件的可見(jiàn)光照片和紅外圖像，借助紅外圖像分析軟件對(duì)架空輸電線路重要部件的溫度分布進(jìn)行分析，然后根據(jù)缺陷定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)部件的發(fā)熱情況進(jìn)行評(píng)估，從而指導(dǎo)輸電線路運(yùn)維檢修工作，如圖3 所示。

圖3 架空輸電線路關(guān)鍵部件紅外測(cè)溫

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的廣泛使用，輸電線路運(yùn)維人員依托搭載可見(jiàn)光、紅外雙光鏡頭的無(wú)人機(jī)對(duì)架空輸電線路部件進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)溫拍攝，大大提高了工作的效率，輸電線路運(yùn)維人員無(wú)須翻山越嶺到達(dá)輸電桿塔塔基，即可完成對(duì)關(guān)鍵重要部件的紅外測(cè)溫工作。

這種測(cè)量方法在檢測(cè)架空輸電線路關(guān)鍵部件因安裝或組裝不牢固、金具接觸面有污垢、復(fù)合絕緣子膠封受潮等原因造成的發(fā)熱缺陷時(shí)具有良好的檢測(cè)效果，準(zhǔn)確率較高。

但因常見(jiàn)的手持式紅外測(cè)溫設(shè)備和無(wú)人機(jī)搭載的雙光鏡頭僅能對(duì)架空輸電線路關(guān)鍵部件的表面溫度情況進(jìn)行測(cè)量分析，無(wú)法對(duì)存在發(fā)熱情況的部位及深度進(jìn)行精確定位。尤其是針對(duì)某些架空輸電線路部件內(nèi)部缺陷，使用該種測(cè)量方法無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)，存在一定的局限性。

3 外界強(qiáng)迫激勵(lì)紅外檢測(cè)法

外界強(qiáng)迫激勵(lì)紅外檢測(cè)法通常應(yīng)用在機(jī)械行業(yè)內(nèi)，被廣泛應(yīng)用在零件探傷、鋼結(jié)構(gòu)、薄壁結(jié)構(gòu)裂紋檢測(cè)領(lǐng)域，具有良好的檢測(cè)效果。

外界強(qiáng)迫激勵(lì)紅外檢測(cè)法是指通過(guò)對(duì)目標(biāo)架空輸電線路部件設(shè)備進(jìn)行外界強(qiáng)迫激勵(lì)，激勵(lì)源通常為光激發(fā)和超聲波激發(fā)。

對(duì)于光激發(fā)激勵(lì)紅外檢測(cè)法，利用脈沖熱像儀的閃光燈激發(fā)目標(biāo)對(duì)象，使目標(biāo)對(duì)象的目標(biāo)區(qū)域升溫，根據(jù)目標(biāo)區(qū)域溫度升高、降低的變化規(guī)律，將光激勵(lì)前和光激勵(lì)后目標(biāo)區(qū)域的溫度變化量與相位遲滯量以直觀的形式展示出來(lái)，從而使目標(biāo)區(qū)域一目了然，便于輸電線路運(yùn)維人員直觀的判斷缺陷的位置。

此法在檢測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)較高的金屬或合金連接位置處和焊接位置處的表面缺陷問(wèn)題具有良好的檢測(cè)效果[6-8]。

對(duì)于超聲波激發(fā)紅外檢測(cè)法，利用超聲波發(fā)生儀產(chǎn)生的超聲波對(duì)架空輸電線路的關(guān)鍵部件進(jìn)行激發(fā)。當(dāng)目標(biāo)對(duì)象存在內(nèi)部缺陷如氣泡、縫隙、裂紋時(shí)，超聲波激勵(lì)使氣泡、縫隙、裂紋等內(nèi)部缺陷產(chǎn)生溫度升高，激勵(lì)產(chǎn)生的內(nèi)部熱量與磁滯熱量傳導(dǎo)至目標(biāo)對(duì)象表面，配合紅外熱像儀及專(zhuān)用顯示設(shè)備將目標(biāo)對(duì)象的表面溫度分布情況直觀顯示出來(lái)。該法在檢測(cè)目標(biāo)對(duì)象內(nèi)部存在氣泡、縫隙、裂紋等缺陷時(shí)具有極為精確的損傷識(shí)別效果。

然而該法在實(shí)際使用過(guò)程中，由于光激勵(lì)源和超聲波源價(jià)格高昂，在使用光激勵(lì)源和超聲波源時(shí)操作人員需掌握相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，往往需要配備專(zhuān)業(yè)人員操作設(shè)備進(jìn)行紅外檢測(cè)。且由于檢測(cè)設(shè)備本體重量相比于傳統(tǒng)紅外熱像儀檢測(cè)法使用的紅外檢測(cè)設(shè)備較大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離非接觸式測(cè)量，僅有超聲波強(qiáng)迫激勵(lì)法可實(shí)現(xiàn)近距離非接觸測(cè)量。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)有傳統(tǒng)式紅外熱像儀檢測(cè)法因其具有便攜性強(qiáng)、易于被線路運(yùn)維人員接受等諸多優(yōu)良特點(diǎn)得到了較為廣泛的應(yīng)用。雖然其在檢測(cè)架空輸電線路內(nèi)部構(gòu)件缺陷存在天生弊端，測(cè)量精度與靈敏度均低于外界強(qiáng)迫激勵(lì)紅外測(cè)溫法。尤其是面對(duì)當(dāng)架空輸電線路的可見(jiàn)光和紅外照片數(shù)量較為龐大時(shí)，需要耗費(fèi)線路運(yùn)維人員較大的時(shí)間精力去識(shí)別檢測(cè)，隨著“云大物移智”技術(shù)與數(shù)字輸電線路的深度融合，深度識(shí)別技術(shù)可有效減少線路運(yùn)維人員識(shí)別缺陷耗時(shí)耗力的弊端，大大解放了生產(chǎn)力。

因此，本文提出這樣一種檢測(cè)思路。線路運(yùn)維人員可結(jié)合日常巡視工作，使用傳統(tǒng)紅外熱像儀檢測(cè)設(shè)備對(duì)架空輸電線路的關(guān)鍵部件進(jìn)行粗檢。當(dāng)發(fā)現(xiàn)疑似缺陷點(diǎn)或傳統(tǒng)紅外熱像儀檢測(cè)法無(wú)法檢測(cè)出的問(wèn)題時(shí)，配合使用光/超聲波外界強(qiáng)迫激勵(lì)紅外檢測(cè)法，有的放矢地對(duì)架空輸電線路的關(guān)鍵部件進(jìn)行精細(xì)化檢測(cè)。兩類(lèi)紅外檢測(cè)方法互相配合、互為補(bǔ)充，可有效填補(bǔ)單種紅外檢測(cè)方法存在自限性的弊端，從而更好地為架空輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行而服務(wù)。