基于X光檢測(cè)技術(shù)的耐張線夾缺陷分析與管理建議

黃潮燦，周靖鈞，李艷飛，吳洪昌，張 婭

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局輸電管理二所，廣東 廣州 510000)

0 引言

耐張線夾的壓接質(zhì)量直接影響輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，通過(guò)X光無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，能夠發(fā)現(xiàn)耐張線夾內(nèi)部肉眼無(wú)法觀測(cè)到的缺陷。近年來(lái)，廣州供電局輸電管理二所結(jié)合線路停電檢修機(jī)會(huì)對(duì)部分重要線路的耐張線夾進(jìn)行了X光檢測(cè)，并組織人員對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷及時(shí)消缺。本文通過(guò)分析耐張線夾壓接常見(jiàn)缺陷類型和缺陷產(chǎn)生原因，結(jié)合輸電線路運(yùn)維工作實(shí)際，提出了保障安全生產(chǎn)的管理措施與技術(shù)措施，有助于提升輸電線路設(shè)備的安全水平。

1 耐張線夾X光檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介

壓縮型耐張線夾主要用于架空輸電線路中耐張塔段導(dǎo)地線的連接。近年來(lái)，全國(guó)發(fā)生了多起耐張線夾壓接缺陷導(dǎo)致的斷線事故，而對(duì)于輸電線路跨越鐵路、高速公路、通航河流等重要交叉跨越區(qū)段，一旦發(fā)生斷線事故不僅危及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，更是危害到周邊人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此對(duì)于重要交叉跨越區(qū)段的導(dǎo)地線耐張線夾有著更嚴(yán)格的運(yùn)維要求。

耐張線夾的壓接要嚴(yán)格遵循工藝規(guī)范的要求，但由于電網(wǎng)建設(shè)工程項(xiàng)目具有點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，建設(shè)單位對(duì)耐張線夾的壓接施工無(wú)法進(jìn)行有效的管控手段。由于施工方操作人員技能水平的參差不齊，導(dǎo)致所壓接的耐張管不可避免地出現(xiàn)各種缺陷[1]，然而耐張線夾的壓接具有天然的隱蔽性，驗(yàn)收人員和線路運(yùn)維人員無(wú)法直觀察覺(jué)到耐張線夾內(nèi)部的缺陷，這些缺陷耐張管的投入使用給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)較大的隱患。

得益于X光檢測(cè)設(shè)備的小型化發(fā)展，利用X光對(duì)耐張線夾進(jìn)行探傷檢測(cè)已經(jīng)從理論變?yōu)閷?shí)踐，并走向成熟的工業(yè)應(yīng)用。耐張線夾X光檢測(cè)儀的工作原理是利用X射線對(duì)耐張線夾進(jìn)行照射，在成像板上得到耐張線夾的X光數(shù)字成像，運(yùn)維人員結(jié)合成像照片即可判斷耐張線夾內(nèi)部是否存在缺陷[2]。

通過(guò)耐張線夾X光檢測(cè)技術(shù)，運(yùn)維人員可以提前發(fā)現(xiàn)耐張線夾內(nèi)部肉眼無(wú)法發(fā)現(xiàn)的缺陷，并及時(shí)對(duì)缺陷進(jìn)行處理。近3年來(lái)，廣州地區(qū)已逐步對(duì)所有的重要交叉跨越區(qū)段的耐張線夾進(jìn)行了X光檢測(cè)，并對(duì)其中發(fā)現(xiàn)的重大和緊急缺陷逐項(xiàng)進(jìn)行消缺，有效地保障了電網(wǎng)運(yùn)行安全。

2 耐張線夾壓接常見(jiàn)缺陷類型

結(jié)合廣州供電局輸電管理二所耐張線夾X光檢測(cè)的數(shù)據(jù)，廣州地區(qū)常見(jiàn)的耐張線夾壓接缺陷主要有鋼錨凹凸槽壓接不到位、導(dǎo)線穿管長(zhǎng)度不足、鋼錨或壓接管彎曲變形過(guò)大、裂紋、斷股、鋼管滑移或變形等。

2.1 鋼錨凹凸槽壓接不到位

根據(jù)工藝規(guī)范的要求，鋼錨凹凸槽區(qū)域鋁管應(yīng)完全和凹凸槽壓接，不能有漏壓和間隙。壓接后鋁管對(duì)邊距不能大于S=0.86D+0.2 mm(D為壓接鉗鋁管的直徑測(cè)量值，S為壓接后鋁管的對(duì)邊距，單位：mm)[3]。在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，由于作業(yè)人員技能水平不足或責(zé)任意識(shí)不足，極容易出現(xiàn)鋼錨凹凸槽壓接不到位的缺陷，具體表現(xiàn)形式為鋼錨凹槽漏壓和凹槽與鋁管間存在間隙，如圖1所示。

圖1(a)中鋼錨凹槽漏壓的比例較小，對(duì)耐張線夾的握力影響較小，因此可暫不處理，在日后結(jié)合檢修計(jì)劃進(jìn)行消缺即可。圖1(b)中鋼錨凹槽漏壓的比例已經(jīng)大于50%，對(duì)耐張線夾的握力產(chǎn)生影響較大，可能導(dǎo)致耐張線夾的握力不滿足安全運(yùn)行要求，長(zhǎng)期運(yùn)行可能發(fā)生斷線事故，需要立即申請(qǐng)停電進(jìn)行處理。圖1(c)中鋼錨凹槽與鋁管之間壓接不緊密，仍留有一定間隙，此時(shí)應(yīng)用游標(biāo)卡尺或螺旋測(cè)微儀對(duì)壓接后的對(duì)邊距進(jìn)行校核，如果對(duì)邊距滿足要求，則可在日后結(jié)合檢修計(jì)劃進(jìn)行消缺，在消缺前，應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)維觀測(cè)。若不滿足對(duì)邊距的要求，則應(yīng)申請(qǐng)停電進(jìn)行消缺。

圖1 鋼錨凹槽漏壓和凹槽與鋁管間縫隙圖

2.2 鋼錨管或鋁管壓接后彎曲

根據(jù)工藝規(guī)范要求，壓接后鋼錨管以及鋁管的彎曲度不能超過(guò)2%。若彎曲程度較大，在彎曲應(yīng)力的作用下，鋼錨或內(nèi)部的鋼芯容易斷裂。造成壓接管彎曲的主要原因?yàn)椋轰撔净蛘咪X絞線在穿管前未進(jìn)行校直，本身就存在著彎曲應(yīng)力，作用于壓接管使壓接管彎曲；壓接過(guò)程中，壓接管兩端沒(méi)有端平，導(dǎo)線的軸線與壓模的軸線不重合；誤壓到不壓區(qū)，壓模兩側(cè)的壓力不平衡，導(dǎo)致鋼錨管彎曲[2]。

對(duì)于鋼錨管或鋁管壓接后彎曲的缺陷，若為輕微彎曲即為圖2(a)所示情形，則不影響耐張線夾的握力，對(duì)線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行不產(chǎn)生影響，可暫不處理。若彎曲程度較大，則應(yīng)當(dāng)立即申請(qǐng)停電進(jìn)行處理。

2.3 鋼錨與鋼芯壓接不到位

鋼錨與鋼芯壓接不到位的主要缺陷形式有鋼芯壓接后斷裂和鋼芯穿管不到位。如圖3所示，在導(dǎo)線與鋁管壓接后，導(dǎo)線內(nèi)部的鋼芯出現(xiàn)斷裂。鋼芯會(huì)嚴(yán)重影響耐張線夾的握力，因此對(duì)于此類緊急缺陷必須立即申請(qǐng)緊急停電進(jìn)行處理。

圖3 鋼芯斷裂X光檢測(cè)示意圖

鋼芯穿管不到位導(dǎo)致鋼錨腔體內(nèi)部存在一定的空隙的案例如圖4所示，當(dāng)X光穿過(guò)鋼錨內(nèi)的空隙時(shí)，X光照片上表現(xiàn)出細(xì)微的明暗變化，因此對(duì)于此類缺陷需要認(rèn)真對(duì)比X光照片上鋼錨壓接區(qū)域明暗的變化方能觀測(cè)到。鋼芯穿管不到位導(dǎo)致鋼錨與鋼芯壓接長(zhǎng)度不足，會(huì)造成耐張線夾的握力下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。鋼錨管腔體內(nèi)空隙比例在15%以內(nèi)時(shí)，可暫不處理，如果鋼錨管腔體內(nèi)空隙比例在15%～30%時(shí)，應(yīng)盡快停電處理；若鋼錨管腔體內(nèi)空隙比例達(dá)到30%以上，則應(yīng)立即停電進(jìn)行處理。出現(xiàn)此類缺陷的原因主要是作業(yè)人員未嚴(yán)格按照作業(yè)規(guī)程導(dǎo)致的切割鋼芯時(shí)預(yù)留長(zhǎng)度不足或鋼芯穿管不徹底[4]。

圖4 鋼芯穿管不到位X光檢測(cè)示意圖

2.4 鋁管與鋁絞線壓接不到位

如圖5所示，鋁管與鋁絞線存在明顯的漏壓，出現(xiàn)此類缺陷的主要原因是作業(yè)人員不細(xì)心導(dǎo)致的壓接區(qū)畫線錯(cuò)誤或漏壓。當(dāng)鋁管與鋁絞線漏壓比例在30%以內(nèi)且鋁管未發(fā)生形變時(shí)，可不處理；當(dāng)鋁管與絞線部位漏壓30%～50%且鋁管未發(fā)生形變時(shí)，可暫不處理；鋁管與絞線部位漏壓50%～80%時(shí)且鋁管未知何時(shí)能形變時(shí)，應(yīng)盡快停電處理；若鋁管與絞線部位漏壓達(dá)到80%及以上或鋁管發(fā)生形變這應(yīng)立即申請(qǐng)停電處理。

圖5 鋁管與鋁絞線漏壓X光檢測(cè)示意圖

3 常見(jiàn)缺陷處理方法與優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

在日常運(yùn)維中，應(yīng)根據(jù)缺陷定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行分級(jí)，包括一般缺陷、重大缺陷和緊急缺陷。緊急缺陷應(yīng)按缺陷處理時(shí)限要求立即停電處理；重大缺陷應(yīng)按缺陷處理時(shí)限要求盡快處理，未處理前應(yīng)結(jié)合日常巡視開(kāi)展測(cè)溫和外觀檢查；一般缺陷應(yīng)考慮外部運(yùn)行環(huán)境，其中重要交叉跨越、大高差、大檔距、強(qiáng)風(fēng)區(qū)、重覆冰及舞動(dòng)區(qū)域等承載力要求較高的特殊線路區(qū)段，應(yīng)盡快處理。對(duì)普通線路區(qū)段，結(jié)合日常巡視加強(qiáng)觀測(cè)，必要時(shí)結(jié)合停電再次開(kāi)展 X 射線檢測(cè)，經(jīng)評(píng)估，缺陷無(wú)惡化趨勢(shì)，可不處理或降級(jí)處理。常見(jiàn)的缺陷處理措施主要包括加裝備份線夾、塔上補(bǔ)壓和剪斷重壓等[5]。

備份線夾的作用是在耐張線夾因故障失效時(shí)提供穩(wěn)定的機(jī)械張力，以確保線路不墜落?？捎糜诟鞣N類型耐張線夾缺陷的快速處理，安裝方式簡(jiǎn)便，牢固耐用，被廣泛應(yīng)用于各種缺陷的消缺。

塔上補(bǔ)壓方法主要針對(duì)漏壓的位置進(jìn)行補(bǔ)壓消缺，該方法能有效提升線路本質(zhì)安全水平。塔上補(bǔ)壓應(yīng)按照規(guī)范要求進(jìn)行，并嚴(yán)格按照原壓接工藝順序進(jìn)行補(bǔ)壓，補(bǔ)壓后應(yīng)重新進(jìn)行X光檢測(cè)判定其壓接質(zhì)量，以免因補(bǔ)壓操作引入新的缺陷。若進(jìn)行塔上補(bǔ)壓，需要通過(guò)吊籃將壓接設(shè)備運(yùn)送至高處，施工工藝復(fù)雜、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較高且對(duì)相關(guān)線路停電配合的要求較高。

剪斷重壓即將有缺陷的耐張線夾從導(dǎo)線處剪斷，重新進(jìn)行壓接。該方法能從根本上消除各類缺陷，但實(shí)施作業(yè)工序最為復(fù)雜，對(duì)相關(guān)線路停電配合的要求最高，一般僅針對(duì)部分特殊的重大缺陷和緊急缺陷的消缺使用。

4 管理提升措施

針對(duì)前面缺陷分析的成果，從管理、技術(shù)和創(chuàng)新3個(gè)方面提出了改進(jìn)措施，具體如下。

4.1 管理措施

1)強(qiáng)化過(guò)程臺(tái)賬管理及后續(xù)溯源倒查。運(yùn)維單位編制導(dǎo)線壓接驗(yàn)收作業(yè)指導(dǎo)書，在作業(yè)指導(dǎo)書內(nèi)要求施工單位在進(jìn)行壓接時(shí)保留壓接前和壓接后的照片，并對(duì)每一根壓接管進(jìn)行編號(hào)并記錄相關(guān)型號(hào)參數(shù)、壓接人員與編號(hào)(應(yīng)與壓接管上鋼印編號(hào)一致)并存檔，在竣工驗(yàn)收時(shí)一并交給運(yùn)維人員。在后續(xù)的X光檢測(cè)過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)重大缺陷或緊急缺陷等需要消耗資源進(jìn)行消缺處理時(shí)，應(yīng)根據(jù)耐張線夾臺(tái)賬啟動(dòng)追責(zé)流程，對(duì)當(dāng)初的施工單位和壓接人員溯源倒查。

2)結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)將培訓(xùn)學(xué)習(xí)與旁站監(jiān)督相結(jié)合。目前的施工作業(yè)中，壓接操作人員技能水平參差不齊。而基建遷改項(xiàng)目在建設(shè)階段歸屬于項(xiàng)目管理部門，作為線路運(yùn)維人員無(wú)法對(duì)施工作業(yè)直接開(kāi)展監(jiān)督?？梢越梃b觀摩學(xué)習(xí)的形式，抽樣選取部分線路重點(diǎn)區(qū)段的壓接施工作業(yè)，結(jié)合日常的培訓(xùn)工作開(kāi)展旁站學(xué)習(xí)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，以提高施工作業(yè)人員對(duì)壓接質(zhì)量的重視程度。

4.2 技術(shù)措施

施工人員在耐張線夾壓接完成后可采用比對(duì)法進(jìn)行初步驗(yàn)證(見(jiàn)圖6)。具體做法為：完成線夾壓接工作后，將同型號(hào)的鋼錨管和壓接后的耐張線夾放置在一起做比對(duì)，可判斷鋼錨凹槽處鋁管是否嚴(yán)重漏壓，以避免導(dǎo)線架設(shè)完成后X光檢測(cè)重大漏壓缺陷再對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行補(bǔ)壓或剪斷重壓影響工期。

圖6 對(duì)比驗(yàn)證法對(duì)耐張線夾壓接結(jié)果進(jìn)行初步驗(yàn)證

4.3 技術(shù)創(chuàng)新改進(jìn)工藝水平

1)耐張管改進(jìn)。直線壓接管兩段均連接導(dǎo)線，而耐張線夾僅有一端通過(guò)鋼錨與導(dǎo)線連接，其相對(duì)位置固定，因此可以改進(jìn)耐張線夾的形式，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的工藝流程在出廠階段將壓接區(qū)域和不壓區(qū)的范圍直接印刻在耐張線夾上，讓機(jī)器畫線替代傳統(tǒng)的人工畫線，有效避免測(cè)量畫線過(guò)程中的誤差。

2)壓接設(shè)備改進(jìn)。對(duì)于傳統(tǒng)的手工壓接作業(yè)，在擺放壓接管時(shí)，壓模處于分開(kāi)狀態(tài)，一旦壓接管位置擺放不準(zhǔn)確，將導(dǎo)致壓模合上壓實(shí)后邊緣不能與所畫印記對(duì)齊?；诖斯に嚾秉c(diǎn)，可考慮借助激光輔助定位，讓激光與壓模邊緣相貼合，用于壓接管擺放過(guò)程的輔助定位。進(jìn)一步可設(shè)計(jì)研發(fā)成套的自動(dòng)壓接設(shè)備，利用激光測(cè)距、位置傳感器、機(jī)械臂和自動(dòng)控制等技術(shù)技術(shù)手段，自動(dòng)完成導(dǎo)線與線夾固定、剝線與防散股處理、穿管與壓接、X光檢測(cè)等功能。

3)耐張線夾壓接工藝外觀識(shí)別技術(shù)研究。雖然耐張線線夾壓接完成后從外觀無(wú)法直接觀測(cè)到壓接區(qū)和不壓區(qū)的位置，但是卻可以通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)模型的尺寸比例對(duì)比，間接推斷出壓接區(qū)和不壓區(qū)的位置?；诖朔椒梢酝扑隳蛷埦€夾壓接后各部分的長(zhǎng)度，并進(jìn)行建模，再結(jié)合耐張線夾的原始型號(hào)尺寸參數(shù)，可以對(duì)比發(fā)現(xiàn)部分缺陷類型，如凹槽漏壓，耐張線夾彎曲等。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的不斷發(fā)展，可研究基于深度學(xué)習(xí)的耐張線夾壓接工藝外觀自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，運(yùn)維人員導(dǎo)入無(wú)人機(jī)拍攝的耐張線夾照片，系統(tǒng)即可識(shí)別耐張線夾存在的工藝外觀缺陷。

5 結(jié)語(yǔ)

耐張線夾壓接過(guò)程出現(xiàn)缺陷是無(wú)法完全避免的，但卻可以采取措施降低缺陷出現(xiàn)的概率和頻次，或者降低缺陷等級(jí)，以減小對(duì)輸電線路的危害。建設(shè)施工單位在施工中應(yīng)加強(qiáng)耐張線夾施工過(guò)程的管理，及時(shí)開(kāi)展耐張線夾X光檢測(cè)并進(jìn)行缺陷反饋消缺，可以確保輸電線路耐張線夾零缺陷投運(yùn)。