余 超,張曉斌,傅思偉,張迅達(dá),李 田,謝 丁

(1.華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，北京 100045；2.國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院，天津 300384;3.二重(德陽)重型裝備有限公司,四川 德陽 618013)

0 引言

耐張線夾是十分重要的電力金具，其由鋁套管和鋼錨兩部分組成[1],在線路施工過程中通過壓力將耐張線夾和導(dǎo)線壓接形成一個整體結(jié)構(gòu)，使其能承擔(dān)連接導(dǎo)線的全部張力，并起到通流作用。耐張線夾在投運(yùn)后就不易再拆卸和更換，在遭遇舞動和長期微風(fēng)振動等情況下，耐張線夾容易發(fā)生斷裂從而引發(fā)電力事故[2，3]。因此線路施工過程中，在耐張線夾壓接完成后安裝前需對線夾的壓接質(zhì)量進(jìn)行檢測。由于耐張線夾內(nèi)部導(dǎo)線與鋁套管壓接的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對其進(jìn)行常規(guī)的A型脈沖反射超聲檢測時信號識別比較困難。

相控陣超聲檢測技術(shù)作為一種新型的超聲檢測方法，由于其能夠靈活控制聲束角度偏轉(zhuǎn)和聚焦在工業(yè)領(lǐng)域而得到了廣泛應(yīng)用[4-8]，且近兩年已經(jīng)逐漸運(yùn)用到耐張線夾壓接缺陷檢測中[9，10]，季昌國等[11]通過實(shí)驗證實(shí)了相控陣超聲成像技術(shù)可直觀有效地檢測耐張線夾壓接質(zhì)量。但在實(shí)際檢測中，如果相控陣探頭和工件不能保證耦合良好，或者探頭掃查路線偏離規(guī)定路徑就無法得到有效數(shù)據(jù)，從而對信號分析造成影響。因此針對不同檢測對象往往需要研發(fā)相應(yīng)的掃查裝置[12]，以提高數(shù)據(jù)采集效率和質(zhì)量，減少人為影響，從而提高檢測效率。為此本文研發(fā)了與耐張線夾相控陣檢測配套的快速掃查裝置，利用探頭夾持組件和線夾固定組件之間的相對分離結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在不同規(guī)格線夾上都能保證探頭位置與線夾適配。

1 耐張線夾結(jié)構(gòu)及檢測位置

圖1為輸電線路上在役的液壓型耐張線夾，圖2為液壓型耐張線夾壓接件實(shí)物，圖3為液壓型耐張線夾壓接件內(nèi)部結(jié)構(gòu)。其中A區(qū)域由鋁管與鋼錨凹槽壓接而成，B區(qū)域由鋁管與鋁絞線壓接而成，若壓接質(zhì)量不良，則易產(chǎn)生漏壓或者欠壓等質(zhì)量缺陷；A區(qū)和B區(qū)之間是未壓區(qū)域；相控陣檢測區(qū)域包括壓接件的A區(qū)和B區(qū)。

圖1 輸電線路上在役的液壓型耐張線夾

圖2 液壓型耐張線夾壓接件實(shí)物

圖3 液壓型耐張線夾壓接件內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 掃查裝置設(shè)計與制作

2.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計的耐張線夾壓接質(zhì)量相控陣檢測掃查裝置如圖4所示，主要由上部分的探頭夾持組件和下部分的線夾固定組件連接組成，搭配外置拉線編碼器完成采集數(shù)據(jù)工作。該掃查裝置能將相控陣探頭牢牢固定在耐張線夾上，避免探頭晃動，降低了掃查操作難度。

1-相控陣探頭；2-軸肩螺釘；3-楔塊；4-內(nèi)六角螺釘；5-鎖緊螺釘；6-勾環(huán)；7-軸承滾輪；8-第二機(jī)械臂；9-第一機(jī)械臂；10-固定板；11-彈簧；12-夾持架

檢測時，通過調(diào)節(jié)線夾固定組件的機(jī)械臂使掃查裝置貼合在耐張線夾上，然后擰緊螺釘。掃查裝置在待掃查線夾上的安裝如圖5所示。

1-鋁絞線；2-拉線編碼器；3-編碼器數(shù)據(jù)傳輸線；4-鋁套管壓接區(qū)域；5-探頭連接線；6-相控陣探頭；7-掃查裝置；8-鋁套管未壓接區(qū)域；9-鋼錨

2.2 探頭夾持組件設(shè)計

探頭夾持組件包括相控陣探頭、楔塊以及夾持架。探頭與夾持架的裝配關(guān)系如圖6所示。楔塊左右兩端各有一個螺孔，夾持架左右兩端相應(yīng)位置也各有一個螺孔，安裝時探頭和楔塊通過內(nèi)六角螺釘緊固連接，然后用一字螺釘完成夾持架和楔塊的緊固連接。

圖6 探頭與夾持架的裝配

2.3 線夾固定組件設(shè)計

線夾固定組件由固定板、第一機(jī)械臂、第二機(jī)械臂三部分組成，如圖7所示。固定板上有個勾環(huán)，用來連接拉線編碼器。固定板和第一機(jī)械臂通過內(nèi)六角螺釘進(jìn)行鉸接，第一機(jī)械臂和第二機(jī)械臂通過鎖緊螺釘進(jìn)行鉸接。由于線夾壓接后截面為正六邊形，在檢測前將掃查裝置放置在線夾檢測面上，調(diào)整第一機(jī)械臂的角度，讓第一機(jī)械臂和線夾檢測面的相鄰面緊密貼合，再擰緊內(nèi)六角螺釘；接著調(diào)整第二機(jī)械臂的角度，讓第二機(jī)械臂上的軸承滾輪和線夾檢測面的間隔面緊密貼合，再擰緊鎖緊螺絲，此時整個掃查裝置就緊緊抱在了線夾上，實(shí)現(xiàn)了掃查裝置和線夾之間的固定。在檢測過程中，外力推動軸承滾輪旋轉(zhuǎn)，帶動掃查裝置沿著耐張線夾移動，完成檢測。

1-內(nèi)六角螺釘；2-鎖緊螺釘；3-勾環(huán)；4-軸承滾輪；5-第二機(jī)械臂；6-第一機(jī)械臂；7-固定板

2.4 探頭夾持組件和線夾固定組件的裝配

探頭夾持組件為掃查裝置上組件，線夾固定組件為掃查裝置下組件，上下兩部分組件通過內(nèi)六角軸肩螺釘和彈簧連接，如圖8所示。

圖8 掃查裝置上下組件裝配

在裝配時，先在軸肩螺釘柱體上套上彈簧，將上組件的孔和下組件的螺紋孔對齊，讓軸肩螺釘穿過上組件的圓孔與下組件的螺孔進(jìn)行緊固連接，此時彈簧處于壓縮狀態(tài)，彈簧的反作用力會將上下組件緊密貼合。當(dāng)有外力作用于探頭時，會進(jìn)一步壓縮彈簧，由于軸肩螺釘靠近冒頭處有一段柱體是沒有螺紋的，上組件上對應(yīng)的4個圓孔也沒有加工螺紋，因此上下組件裝配后可以相對分離。將掃查裝置固定在耐張線夾上時，由于掃查裝置下組件抱死在線夾上，若探頭位置偏低，線夾會將探頭用力往上頂，進(jìn)一步壓縮彈簧導(dǎo)致上下組件相對分離,從而對探頭高度進(jìn)行調(diào)整。這樣的裝配方式保證了該掃查裝置在運(yùn)用于不同規(guī)格線夾時都能保證探頭位置與線夾適配，從而保證檢測的有效性。

2.5 拉線編碼器

編碼器可分為滾輪編碼器和拉線編碼器兩類，滾輪編碼器為內(nèi)置式編碼器，拉線編碼器為外置式編碼器。由于耐張線夾檢測面寬度很小，在組件中添加內(nèi)置滾輪編碼器無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，因此使用外置拉線編碼器(如圖9所示)，對耐張線夾檢測面上每一處壓接質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集記錄。

1-編碼器系統(tǒng)；2-拉線盒；3-數(shù)據(jù)線；4-拉線；5-掛鉤

3 實(shí)驗驗證

圖10 為掃查裝置實(shí)物，為了確保使用該掃查裝置能夠采集到良好的數(shù)據(jù)，特進(jìn)行了實(shí)驗驗證，實(shí)驗平臺如圖11所示。

圖10 掃查裝置實(shí)物 圖11 實(shí)驗平臺

本實(shí)驗采用NY-400/35液壓型鋼芯鋁絞線用耐張線夾，嚴(yán)格按照壓接工藝要求進(jìn)行壓接，壓接質(zhì)量良好無缺陷，壓接后進(jìn)行相控陣超聲檢測。相控陣探頭發(fā)射縱波垂直入射到耐張線夾，探頭沿著鋁套管方向進(jìn)行一維線性掃查，耐張線夾導(dǎo)線側(cè)相控陣檢測結(jié)果如圖12所示。從圖12中可以看出,采集到的相控陣數(shù)據(jù)信號的分布和走向與壓接區(qū)域內(nèi)部導(dǎo)線輪廓完全一致，導(dǎo)線與導(dǎo)線間的信號可以區(qū)分開，無壓接缺陷信號，數(shù)據(jù)良好，說明該掃查裝置可以有地效控制探頭的移動軌跡并保證探頭和線夾之間良好耦合，達(dá)到了預(yù)期要求。

圖12 沿規(guī)劃路徑掃查檢測的結(jié)果

4 結(jié)語

本文研發(fā)的耐張線夾相控陣超聲檢測快速掃查裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對探頭位姿的控制，利用組件的相對分離結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在不同規(guī)格線夾上都能保證探頭位置與線夾適配。實(shí)驗表明，該耐張線夾使用研發(fā)的掃查裝置可實(shí)現(xiàn)相控陣超聲快速檢測，并獲得良好的數(shù)據(jù)質(zhì)量。