譚興華 陳瑞斌 楊 東 郭振華

(河南四達(dá)檢測(cè)技術(shù)有限公司， 許昌 461000)

近幾年來(lái)，輸電線(xiàn)路接頭及導(dǎo)線(xiàn)斷裂事故頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。準(zhǔn)確、深入地分析管件和導(dǎo)線(xiàn)的失效機(jī)理，對(duì)保障電網(wǎng)安全運(yùn)行具有重要意義。當(dāng)前已有較多學(xué)者開(kāi)展了關(guān)于輸電線(xiàn)路耐張線(xiàn)夾壓接缺陷的檢測(cè)方法，孫力, 王成業(yè)[1]研究了基于脈沖激光的建筑材料缺陷無(wú)損檢測(cè)方法，該方法主要運(yùn)用模板匹配，利用三角剖分法實(shí)現(xiàn)建筑材料缺陷區(qū)域的精確勾畫(huà), 計(jì)算出精確的缺陷區(qū)域最佳閾值；唐盼等人[2]研究了帶電作業(yè)用絕緣工具超聲檢測(cè)方法，該方法主要采用超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)材料內(nèi)部缺陷進(jìn)行了診斷。

但由于上述方法不能對(duì)輸電線(xiàn)路的使用狀況進(jìn)行準(zhǔn)確分析，致使這些線(xiàn)路的安全隱患不斷增加。新型輸電線(xiàn)路帶電X光檢測(cè)技術(shù)不但具有直觀(guān)、有效、快速的優(yōu)點(diǎn)，還具有常規(guī)X光檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，可保證輸電線(xiàn)路在進(jìn)行X光檢測(cè)時(shí)不會(huì)發(fā)生斷電，具有周期靈活的應(yīng)用價(jià)值。根據(jù)輸電線(xiàn)路設(shè)備的具體情況，實(shí)施不同的維修計(jì)劃，檢查設(shè)備存在的安全隱患。因此將X射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用到輸電線(xiàn)路耐張線(xiàn)夾壓接缺陷檢測(cè)中，利用X光數(shù)字成像技術(shù)對(duì)輸電線(xiàn)路及其附件進(jìn)行缺陷檢測(cè)，可在傳統(tǒng)檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，提供直觀(guān)、方便的檢測(cè)手段，對(duì)傳輸線(xiàn)路及其附件的檢測(cè)與失效原因分析提供了新的方法和參考依據(jù)。

1 X射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)原理

此設(shè)計(jì)的輸電線(xiàn)路耐張線(xiàn)夾壓接缺陷帶電X射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)方法，采用了X射線(xiàn)數(shù)字成像板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的X光膠片。圖1為系統(tǒng)檢測(cè)的原理圖。

圖1 X 射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)原理圖

依據(jù) X射線(xiàn)透照原理[3，4]，設(shè)線(xiàn)夾的透照厚度為W，將透照厚度的關(guān)系式表達(dá)為：

W=D-φ

(1)

公式(1)中，φ代表鋁管內(nèi)徑，D代表鋁管外徑。

透過(guò)X 射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)原理圖，可進(jìn)一步求得線(xiàn)夾壓力數(shù)值。基于射線(xiàn)機(jī)實(shí)際幾何位置，可獲得透照焦距大小。隨著缺陷深度的不斷增加，最小可探測(cè)缺陷的尺寸也會(huì)隨之增加，圖2為X射線(xiàn)技術(shù)原理，圖3為最小可探測(cè)缺陷尺寸。

圖2 X射線(xiàn)技術(shù)原理

圖3 最小可探測(cè)缺陷尺寸

由于x射線(xiàn)方法具有透射的特性，使其更加適用于輸電線(xiàn)路耐張線(xiàn)夾壓接缺陷無(wú)損檢測(cè)。

2 基于X射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)的缺陷檢測(cè)實(shí)現(xiàn)

2.1 輸電線(xiàn)路耐張線(xiàn)夾壓接缺陷檢測(cè)前調(diào)整

由于張力夾一旦卷曲，就會(huì)直接安裝在張力塔上，所以對(duì)地面和高空作業(yè)都需要檢測(cè)設(shè)備[5]。探測(cè)設(shè)備包括X光機(jī)、成像板和軟件成像系統(tǒng)[6]。X射線(xiàn)發(fā)射器能發(fā)射足夠能量的X射線(xiàn)，以區(qū)別應(yīng)變夾內(nèi)的鋁和鋼的狀態(tài)。成像板可接受X光成像，并可儲(chǔ)存一定量的成像數(shù)據(jù)，軟件成像系統(tǒng)可利用軟件信息進(jìn)行處理，利用圖像重建技術(shù)以圖形形式再現(xiàn)應(yīng)變夾內(nèi)的狀態(tài)[7]。原理如下：

在檢測(cè)前檢查人員要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，綜合分析檢查情況，準(zhǔn)備基礎(chǔ)資料(高度、材料等)。設(shè)置檢查點(diǎn)[8]，將儀器置于合適的檢查位置，并確保所有連接正確，且必須置于警告線(xiàn)和檢查地點(diǎn)的防輻射標(biāo)牌上；一旦打開(kāi)所有設(shè)備的電源，檢測(cè)參數(shù)(如 X射線(xiàn)源的管電壓和管電流等)。應(yīng)該估計(jì)并根據(jù)設(shè)備提供的設(shè)備參數(shù)，如生產(chǎn)板卡，配置相應(yīng)的X光機(jī)和成像機(jī)；打開(kāi)X光機(jī)，發(fā)射輻射[9]，調(diào)整曝光功率和時(shí)間，通過(guò)軟件調(diào)整圖像，確定是否需要再測(cè)試。X射線(xiàn)技術(shù)檢測(cè)耐張線(xiàn)夾操作流程圖如圖4。

圖4 X射線(xiàn)技術(shù)檢測(cè)耐張線(xiàn)夾操作流程圖

通過(guò)上述分析可知，在耐張線(xiàn)夾檢測(cè)中X 射線(xiàn)檢測(cè)耐張線(xiàn)夾的管電壓與管電流選擇上較為重要，因此著重對(duì)其分析[10]。

管電壓指射線(xiàn)源激發(fā)X 射線(xiàn)時(shí)所需要的電壓值。在給定條件下，有如下關(guān)系：

(2)

(3)

公式(2)、(3)中，C代表常數(shù)，Zi代表原子序數(shù)，λ代表X射線(xiàn)的波長(zhǎng)。

基于上述計(jì)算，可選擇合適的管電壓以及管電流參數(shù)值[11]。在管電壓確定后，需要在一定范圍內(nèi)減少管電流，提高圖像的對(duì)比度與質(zhì)量。

同時(shí)，由于高能量X射線(xiàn)的衍射作用，會(huì)導(dǎo)致圖像邊緣不清晰，其幾何不清晰度的原理圖如圖5所示。

圖5 幾何不清晰度的原理

影響圖像不清晰度的原因主要由幾何不清晰度造成，其表達(dá)式為：

(4)

公式(4)中，d代表射線(xiàn)源焦點(diǎn)尺寸，L1代表焦點(diǎn)至受檢工件之間的距離，L2代表受檢工件到成像板之間的距離[12]。

應(yīng)用中心差分法對(duì)方程進(jìn)行求解，在增量步的動(dòng)力學(xué)條件下計(jì)算下一個(gè)增量步的動(dòng)力學(xué)條件。在計(jì)算的初始階段，需要對(duì)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行求解，則有：

(5)

上式中，a代表節(jié)點(diǎn)加速度；M代表質(zhì)量矩陣；P代表外力；I代表設(shè)定單元內(nèi)的插值。

在增量步初始階段，需要計(jì)算加速度，則有：

a|(t)=M-1×(P-I)|(t)

(6)

由于顯示算法選用質(zhì)量矩陣對(duì)加速方程進(jìn)行求解，所以整個(gè)求解過(guò)程十分簡(jiǎn)單，不需要組建聯(lián)立方程進(jìn)行求解。全部節(jié)點(diǎn)的加速度取值都完全取決于電壓節(jié)點(diǎn)質(zhì)量或者電壓節(jié)點(diǎn)上的合力，以上操作能夠有效降低計(jì)算成本。

通過(guò)上述計(jì)算對(duì)圖像成像距離等進(jìn)行調(diào)整，在初始成像時(shí)提高成像質(zhì)量。

2.2 X射線(xiàn)成像檢測(cè)

根據(jù)LVQ 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[13]的線(xiàn)性可分性對(duì)數(shù)字灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，LVQ 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)有監(jiān)督和無(wú)監(jiān)督的學(xué)習(xí)進(jìn)行分類(lèi)[14]，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)采用 Kohonen規(guī)則，因此具有很好的線(xiàn)性可分的性能。

運(yùn)用LVQ 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的線(xiàn)性可分性對(duì)數(shù)字灰度圖像[15]進(jìn)行邊緣檢測(cè)的原理圖如圖6所示。

圖6 邊緣檢測(cè)原理圖

其中圖像中像素點(diǎn)某個(gè)方向上邊緣的強(qiáng)度計(jì)算公式如下所示：

(7)

公式(7)中，L代表圖像灰度級(jí)，θ2代表圖像各自己之間的距離，pm、pn分別代表圖像邊界點(diǎn)。

通過(guò)上述過(guò)程完成對(duì)圖像像素點(diǎn)的劃分，獲得最終的目標(biāo)邊界圖像，以此完成輸電線(xiàn)路耐張線(xiàn)夾壓接缺陷檢測(cè)。

3 實(shí)驗(yàn)對(duì)比

為驗(yàn)證此次研究的輸電線(xiàn)路耐張線(xiàn)夾壓接缺陷帶電X射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)方法的有效性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，并將該方法與文獻(xiàn)[1]方法、文獻(xiàn)[2]方法進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比3種檢測(cè)方法的檢測(cè)效果。實(shí)驗(yàn)?zāi)蛷埦€(xiàn)夾壓接區(qū)域及檢測(cè)位置示意圖如圖7所示。

圖7 實(shí)驗(yàn)?zāi)蛷埦€(xiàn)夾壓接區(qū)域及檢測(cè)位置示意圖

試驗(yàn)?zāi)M平臺(tái)為： CPU2.8 GMHZ，內(nèi)存4 GB，操作系統(tǒng) windowsXP，編程采用 Java語(yǔ)言進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M。實(shí)驗(yàn)的耐張線(xiàn)夾壓接缺陷情況如表1所示。

表1 耐張線(xiàn)夾壓接缺陷分類(lèi)

其中耐張線(xiàn)夾壓接質(zhì)量缺陷統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2 耐張線(xiàn)夾壓接質(zhì)量缺陷統(tǒng)計(jì)結(jié)果

分別采用此次研究的方法與傳統(tǒng)的方法對(duì)上述缺陷情況進(jìn)行檢測(cè)，詳細(xì)檢測(cè)結(jié)果如下所示。

3.1 檢測(cè)誤差對(duì)比

采用下述公式計(jì)算檢測(cè)誤差：

(8)

公式(8)中，Q代表圖像數(shù)目，hk代表第k幅圖像，q代表識(shí)別參數(shù)。

利用上述公式衡量3種方法的檢測(cè)誤差，文獻(xiàn)[1]方法、文獻(xiàn)[2]法與此次設(shè)計(jì)的輸電線(xiàn)路耐張線(xiàn)夾壓接缺陷帶線(xiàn)X射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)方法的檢測(cè)誤差對(duì)比結(jié)果如圖8所示。

圖8 檢測(cè)誤差對(duì)比

分析圖8可知，此次研究的無(wú)損檢測(cè)方法在6個(gè)缺陷情況的檢測(cè)上，均能夠以較高的準(zhǔn)確性完成缺陷檢測(cè)，合理分析出缺陷情況。文獻(xiàn)[1]檢測(cè)方法在第3個(gè)、與第4個(gè)缺陷情況檢測(cè)上，檢測(cè)準(zhǔn)確性較高，但是在其余的缺陷情況上，檢測(cè)誤差較高。文獻(xiàn)[2]的檢測(cè)方法在6個(gè)缺陷情況檢測(cè)上，檢測(cè)誤差均較高，文獻(xiàn)[2]的無(wú)損檢測(cè)方法檢測(cè)效果較差。

3.2 檢測(cè)時(shí)間對(duì)比

分別采用此次研究的方法與傳統(tǒng)的兩種方法進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)比3種方法的檢測(cè)時(shí)間，對(duì)比結(jié)果如圖9所示。

圖9 檢測(cè)時(shí)間對(duì)比

分析圖9可知，傳統(tǒng)兩種方法的檢測(cè)時(shí)間均多于此次研究的輸電線(xiàn)路耐張線(xiàn)夾壓接缺陷帶電X射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)方法。

由此，通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可以證明，此次研究的檢測(cè)方法檢測(cè)效果比傳統(tǒng)的基于脈沖激光的建筑材料缺陷無(wú)損檢測(cè)方法、帶電作業(yè)用絕緣工具超聲檢測(cè)方法的檢測(cè)效果好，不僅提高了檢測(cè)準(zhǔn)確性，還降低了檢測(cè)時(shí)間。原因是此次研究的方法采用了X射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)了無(wú)損檢測(cè)流程并提出了后續(xù)的圖像處理方法，從而提高了無(wú)損檢測(cè)效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

提出輸電線(xiàn)路耐張線(xiàn)夾壓接缺陷帶電X射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此次研究的檢測(cè)方法的有效性。證明通過(guò)X射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)方法在質(zhì)量檢測(cè)上檢測(cè)效果明顯，能夠有效檢測(cè)出耐張線(xiàn)夾、鋼芯實(shí)際壓接情況與鋁線(xiàn)夾壓力接緊密程度等，能夠準(zhǔn)確判斷出壓接質(zhì)量是否符合有關(guān)規(guī)定，在線(xiàn)路運(yùn)維檢修中具有重要的應(yīng)用意義。

由于受到時(shí)間的限制以及實(shí)驗(yàn)條件的限制，在實(shí)驗(yàn)部分僅做了一部分的探討，在后續(xù)研究中將擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)范圍，以提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，從而根據(jù)存在的問(wèn)題進(jìn)一步提高輸電線(xiàn)路耐張線(xiàn)夾壓接缺陷帶電X射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)效果。