李建波 莫鉅槐 王杰

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

1 輸電線路傳統(tǒng)檢查方法的缺陷

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，電力需求量日益增大，輸電架空線路設(shè)備不斷增多[1]。隨著投運(yùn)年限逐漸增長(zhǎng)，輸電線路桿塔拉線和地線松股斷股[2-4]、磨損、銹蝕和變形等現(xiàn)象陸續(xù)發(fā)生，輕則導(dǎo)致桿塔機(jī)械強(qiáng)度下降，重則引起倒塔斷線，給電網(wǎng)的日常運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)很大的安全隱患[5-6]。

傳統(tǒng)的巡視拉線和地線檢查，僅能發(fā)現(xiàn)其表面缺陷，對(duì)于其內(nèi)部的細(xì)微缺陷與斷股無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，拉線和地線內(nèi)部的隱蔽缺陷，利用傳統(tǒng)手段無(wú)法有效檢測(cè)，特別是內(nèi)部斷股的情況，嚴(yán)重影響拉線和地線機(jī)械強(qiáng)度，一旦發(fā)生事故將嚴(yán)重影響線路安全運(yùn)行。

2 技術(shù)介紹

電磁導(dǎo)波技術(shù)是通過(guò)電磁感應(yīng)原理在地線和拉線內(nèi)部產(chǎn)生快速傳導(dǎo)的電磁場(chǎng)，當(dāng)電磁場(chǎng)遇到斷股、氣孔、雜質(zhì)、金屬疲勞裂紋時(shí)會(huì)引起磁場(chǎng)波形變化，通過(guò)對(duì)感應(yīng)電磁變化的監(jiān)測(cè)可判斷拉線內(nèi)部情況，利用電磁的漏磁和主磁定量化檢測(cè)拉線內(nèi)部情況，通過(guò)機(jī)械探頭動(dòng)力裝置達(dá)到對(duì)地線和拉線的全方位測(cè)量。

3 技術(shù)應(yīng)用

地線及拉線隨著線路運(yùn)行時(shí)間的增加，有可能出現(xiàn)各種缺陷及隱患。例如：由于高溫、高鹽、高電壓引起地線的銹蝕，導(dǎo)致其截面積的減小，進(jìn)而導(dǎo)致地線內(nèi)部性能發(fā)生變化，抗拉強(qiáng)度減弱，還有使用不當(dāng)引起的“起燈籠”松散等現(xiàn)象，以及運(yùn)行中的地線可能出現(xiàn)斷線、銹蝕、破損、散股等，各種損傷都將會(huì)造成地線的缺陷。由于地線使用的重要性和結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)，當(dāng)耐張段內(nèi)地線中存在嚴(yán)重缺陷后，影響輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)整個(gè)耐張段地線進(jìn)行更換，因此，鋼絞線一旦出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷將是不可修復(fù)的。

由于人工巡視對(duì)地線檢查效率低、輸電線路通道走廊環(huán)境復(fù)雜、受人員巡檢能力因素影響大、很難檢查地線內(nèi)部損傷情況和損傷發(fā)展情況，不能定量檢測(cè)地線截面積損失，很難計(jì)算地線強(qiáng)度與預(yù)測(cè)地線使用壽命。由于上述的人工巡視的局限性，再加上有損檢測(cè)對(duì)運(yùn)行中的地線有破壞，并且檢測(cè)不能完全代表全線的地線強(qiáng)度狀況。因此，僅通過(guò)人工巡視和有損檢測(cè)很難確保輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，只能采取地線定期更換或提前線路報(bào)廢等措施來(lái)保證地線不發(fā)生斷裂等安全事故。采用更換地線方法雖然能減少地線斷線事故，但同時(shí)也增加檢修成本、資源浪費(fèi)、增加檢修停電時(shí)間。

輸電線路鋼絞線電磁無(wú)損探傷儀，能在線檢測(cè)鋼絞線內(nèi)外部斷絲、磨損、銹蝕、變形、松股、跳絲、材質(zhì)變化等各種缺陷狀態(tài)下，精準(zhǔn)檢測(cè)地線和拉線內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)，彌補(bǔ)了行業(yè)空白。

改進(jìn)現(xiàn)有電磁無(wú)損探傷儀使其能適合野外輸電線路檢測(cè)，同時(shí)利用電磁導(dǎo)波技術(shù)，通過(guò)電磁感應(yīng)原理在地線和拉線內(nèi)部產(chǎn)生快速傳導(dǎo)的電磁場(chǎng)，通過(guò)對(duì)感應(yīng)電磁變化的監(jiān)測(cè)可判斷拉線內(nèi)部情況生成相應(yīng)技術(shù)報(bào)告。對(duì)地線和拉線等鋼絞線材質(zhì)的內(nèi)部隱蔽缺陷及時(shí)快速無(wú)損檢測(cè)，提高線路的安全性；轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)人工上塔檢查的粗放式檢測(cè)模式，大大加快了鋼絞線缺陷故障的處理速度。

3.1 具體結(jié)構(gòu)與運(yùn)作方式

檢測(cè)系統(tǒng)的軟件部分是在小波變換分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用編程語(yǔ)言，以達(dá)到地線檢測(cè)數(shù)據(jù)采集與控制、分析數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存功能。在軟件功能上增添可視化分析，并利用可視化功能進(jìn)行的動(dòng)態(tài)連續(xù)采樣跟蹤，可以連續(xù)、動(dòng)態(tài)地觀察數(shù)據(jù)信號(hào)及其變化情況，實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)結(jié)果，并在地線異常時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)軟件增加自動(dòng)評(píng)估檢測(cè)功能，在地線缺陷顯示上增加了斷面與總斷面積的百分比，方便運(yùn)維人員進(jìn)行缺陷定級(jí)，并與Windows 完全兼容操作，可利用Word 文檔格式生成檢測(cè)報(bào)告。檢測(cè)系統(tǒng)的硬件部分主要由傳感器和實(shí)時(shí)報(bào)警器組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1.1 傳感器方面

（1）電磁傳感器。傳感器由位移定位導(dǎo)輪、編碼器、磁化裝置及采樣裝置組成。當(dāng)探傷儀啟動(dòng)后，地線與傳感器產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，即可采集檢測(cè)信號(hào)。（2）位移定位器。位移定位導(dǎo)輪在地線上每旋轉(zhuǎn)一周，編碼器便發(fā)出采樣指令信號(hào)，實(shí)現(xiàn)地線采樣。（3）磁化裝置。地線與傳感器產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，完成對(duì)地線的軸向磁化。（4）采樣機(jī)構(gòu)。地線與傳感器產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)采樣通道，將地線的漏磁場(chǎng)變化情況轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電壓信號(hào)[7]。

3.1.2 實(shí)時(shí)報(bào)警器方面

實(shí)時(shí)報(bào)警器是一個(gè)多功能便攜式數(shù)據(jù)采集處理器，將數(shù)字信號(hào)通過(guò)傳輸數(shù)據(jù)線傳輸并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，同時(shí)利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理功能進(jìn)行實(shí)時(shí)在線處理分析采集的信號(hào)，當(dāng)損傷超過(guò)預(yù)先設(shè)置的限制閾值，將發(fā)出實(shí)時(shí)報(bào)警信號(hào)。報(bào)警器設(shè)有一組給傳感器供電的鋰電池組，輸出為5 V，另有充電口可供充電和電源開(kāi)關(guān)。

綜上所述，硬件的連接結(jié)構(gòu)為：將傳感器并置于需檢測(cè)的地線或拉線等鋼絞線材質(zhì)上，將信號(hào)線插入傳感器編碼器中，并鎖緊，以防檢測(cè)過(guò)程中信號(hào)線脫落；將信號(hào)線的另一端與實(shí)時(shí)報(bào)警器（電源配置器）連接，再用數(shù)據(jù)線將計(jì)算機(jī)與報(bào)警器連接；全部連接完畢后，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)并啟動(dòng)計(jì)算機(jī)即可開(kāi)始檢測(cè)工作，具體情況如圖2所示。

圖2 信號(hào)采集接線圖

3.2 運(yùn)作方式

3.2.1 系統(tǒng)方面

系統(tǒng)的具體操作流程為：檢查探傷儀與計(jì)算機(jī)—安裝并連接探傷儀等—打開(kāi)各報(bào)警器電源與計(jì)算機(jī)—啟動(dòng)探傷系統(tǒng)軟件—采集檢測(cè)數(shù)據(jù)—數(shù)據(jù)處理及分析評(píng)估—導(dǎo)出結(jié)果與診斷報(bào)告。

3.2.2 動(dòng)力方面

在檢測(cè)儀器上搭載自主爬升的動(dòng)力裝置，車架前端還固定有一級(jí)支持架和二級(jí)支持架。一級(jí)支持架的末端設(shè)置有調(diào)節(jié)裝置；二級(jí)支持架另一端固定有導(dǎo)向輪，車架的前端固定設(shè)置有懸掛支架，懸掛支架的中部通過(guò)固定件固定有電機(jī)，電機(jī)上固定有減速機(jī)，減速機(jī)輸出軸通過(guò)鏈條與設(shè)置在懸掛支架頂端的齒輪A 嚙合，齒輪A和動(dòng)力輪為同軸，懸掛支架一側(cè)還設(shè)置有鎖扣，由此實(shí)現(xiàn)輸電線單導(dǎo)線攀爬。其整體動(dòng)力結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 整體動(dòng)力結(jié)構(gòu)圖

無(wú)損探傷儀傳感器在地線檢測(cè)時(shí)，采用懸浮式固定在地線上，以避免探傷儀探頭在地線上擺動(dòng)；只有地線通過(guò)探頭傳感器部分的才能被檢測(cè)到，因此，當(dāng)檢測(cè)過(guò)程中存在死區(qū)時(shí)，應(yīng)選擇多次往復(fù)檢測(cè)。地線檢測(cè)處應(yīng)遠(yuǎn)離熱源、磁源及其他強(qiáng)磁場(chǎng)干擾的影響。當(dāng)檢測(cè)位置受限時(shí)，為保證人員和設(shè)備的安全，檢測(cè)位置要預(yù)留一部分操作空間。架空地線檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)人員應(yīng)正確使用安全帶，不得失去安全帶保護(hù)，并對(duì)檢測(cè)儀器采用必要的防墜落安全保護(hù)，采用尼龍繩、安全帶等。

3.3 成果應(yīng)用情況

該項(xiàng)目于2021年11月測(cè)試調(diào)試完畢后，選取江門市某輸電管理所多條新建輸電線路的拉線、地線進(jìn)行檢驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)地線內(nèi)部鋼芯斷股及疲勞情況，檢測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到了90%以上。此外，該項(xiàng)目還可完成可視化檢測(cè)并輸出檢測(cè)報(bào)告，使檢測(cè)結(jié)果一目了然，省去了輸電運(yùn)維人員整理、編制缺陷報(bào)告的時(shí)間，大大提高了工作效率。改進(jìn)后無(wú)損探傷儀應(yīng)用如圖4所示。磨損現(xiàn)象時(shí)的鋼絞線股波信號(hào)示例如圖5所示。

圖4 改進(jìn)后無(wú)損探傷儀應(yīng)用

圖5 磨損現(xiàn)象時(shí)的鋼絞線股波信號(hào)示例

4 結(jié)語(yǔ)

改進(jìn)現(xiàn)有電磁無(wú)損探傷儀，使其能適合野外輸電線路檢測(cè)，同時(shí)利用電磁導(dǎo)波技術(shù)，通過(guò)電磁感應(yīng)原理在地線和拉線內(nèi)部產(chǎn)生快速傳導(dǎo)的電磁場(chǎng)，通過(guò)對(duì)感應(yīng)電磁變化的監(jiān)測(cè)可判斷拉線內(nèi)部情況生成相應(yīng)技術(shù)報(bào)告。對(duì)地線和拉線等鋼絞線材質(zhì)的內(nèi)部隱蔽缺陷及時(shí)、快速地?zé)o損檢測(cè)，提高線路的安全性；轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)人工上塔檢查的粗放式檢測(cè)模式，大大提升了鋼絞線缺陷故障的處理速度。在安全性能上大幅度降低了登塔驗(yàn)收人員的操作風(fēng)險(xiǎn)，提高驗(yàn)收效率，保障了線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。