陳鑫海，涂櫪予 （1.湖北省輸電線路工程技術中心，湖北 宜昌 443002；2.三峽大學 電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443002）

0 引言

由于拉線塔具有風荷載小、鐵塔耗鋼量小、基礎形式簡單、基礎材料量小、工程投資少等優(yōu)點，因此拉線塔得以廣泛應用于江漢平原[4]。

拉線塔是由塔柱和拉線構成的非自立式高聳鋼結構，塔身不能獨立承受荷載，必須設置拉線來抵抗外荷載并通過拉線施加預應力來提供拉線塔的剛度。因此，拉線塔的主要受力部件是拉線，拉線的張力是表征拉線塔是否能正常運行的重要參數[9]，在線路運維中需要定期監(jiān)測。然而，受測量技術的限制，目前在線路運維中，主要還是通過經驗法判斷拉線的張力。由于經驗法受人的主觀性影響較大，因此存在精度低、差異性大、可靠性差等問題[5]。

圖像識別技術的張力測量方法是一種新的張力測量技術，本文采用該技術并對江漢平原30 基拉線塔開展張力測量工作，評估拉線的安全穩(wěn)定性。

1 工程概述

1.1 工程背景

本次檢測的拉線塔位于江漢平原，建設于20世紀80-90年代，其設計使用年限普遍在25～30 年。如今，其實際使用年限早已超過了設計使用年限。在環(huán)境荷載的作用下，逾齡拉線塔普遍存在塔材銹蝕、拉線張力松弛、地基沉降、拉線外力破壞、螺栓松動等問題[1]。在此背景下，大量的逾齡拉線塔已成為江漢平原電能運輸安全的不穩(wěn)定因素。這部分拉線塔由于設計年限久遠，部分設計資料缺失，設計條件與現(xiàn)實運行條件發(fā)生了較大的改變，這給鐵塔的安全評估帶來了極大的困難，一旦發(fā)生輸電鐵塔倒伏，將會嚴重影響輸電線路的安全性[10]。

圖1 拉線塔、拉門塔

1.2 檢測地點

在檢測區(qū)域選擇30 基逾齡拉線塔拉線張力進行評估檢測，其中檢測的塔主要分布于500kV 葛軍線、500kV 雙玉一回線路及500kV 雙玉二回線路。500kV 葛軍線為常規(guī)單回架空線路，500kV 葛玉線起始于葛洲壩，終止于玉賢變電站；500kV 雙玉一回輸電線路1982 年投運，始稱“雙鳳線”，屬“平武工程”雙河變電站至武漢鳳凰山變電站段，該線路是華中電網系統(tǒng)骨干輸電線；500kV 雙玉二回線，線路起始于雙河變電站，終止于玉賢變電站，于1998 年7月20 日投運。上述30 基鐵塔在地圖中位置如圖2所示。

圖2 所檢測拉線塔地理位置

圖3 檢測方法流程圖

圖4 拍攝拉線振動視頻

圖5 對圖像進行處理

圖6 拉線張力計算

2 張力檢測

2.1 檢測方法

傳統(tǒng)的電阻應變式拉線張力測量儀器需直接與拉線相連才能對拉力進行準確的測量，不適用于已運營拉線結構，形成拉線張力測量難的痛點。

本文采用基于圖像處理技術的拉線張力檢測方法。檢測方法流程是給拉線一段在環(huán)境激勵下的時間歷程信號，在拉線發(fā)生強烈振動的同時，采集拉線塔拉線振動視頻，通過圖像處理技術識別振動頻率，從而由頻率推算張力[2]。

2.2 檢測流程

①人工激勵

選取一個拉線塔拉線與背景顏色之間有較大色差的區(qū)域，對拉線塔拉線給予一段環(huán)境激勵下的時間歷程信號。

②拍攝視頻

將拍攝視頻的設備固定在拉線一定距離處，采集一段拉線塔拉線振動時的視頻，且采集拉線塔拉線張力振動視頻時長最好大于一個穩(wěn)定的時間段。

③圖像處理

將拍攝好的視頻導入新型拉線塔拉線張力測量系統(tǒng)中進行圖像處理，系統(tǒng)將從視頻中自動捕獲出像素高且穩(wěn)定性強的片段進行分析。

④頻率分析

通過該新型拉線塔拉線張力測量系統(tǒng)中的模型和算法對視頻中拉線塔拉線振動的頻率進行分析。

3 結果分析

經過該新型的拉線塔拉線張力測量系統(tǒng)分別對三條線路拉線的振動視頻分析并處理，可以精準測量到拉線拉力值，相關數據匯總見表1。

表1 三條線路拉力測量數據

本工程所測量±500kV 拉線塔拉線的標準預應力設計值為120MPa，每根拉線包含19 根鋼絞線，拉線直徑為14.5mm，根據計算可得其設計張力安全值應該在19.8kN附近[3]。

本檢測旨為進行拉線張力松弛對拉線塔的安全評估提供判斷標準，根據運行經驗和相關規(guī)范，將拉線張力松弛對拉線塔的安全影響分為3 個等級[7]，如表2所示。

表2 等級判斷標準

500kV葛軍線拉線張力處于設計張力70%～85%之間，屬于2等級；500kV雙玉一回線路拉線張力處于設計張力85%～100%之間，屬于1等級；500kV雙玉二回線路拉線張力處于設計張力85%～100%之間，屬于1等級。綜上所述，三條線路的拉線塔拉線均出現(xiàn)一定程度的松弛問題。

然而拉線塔拉線是拉線塔的主要受力部件，其張力的大小會受到外部不可控作用力的影響?？刂评€塔拉線張力在合理范圍內，是保證拉線塔整體結構穩(wěn)定性的重中之重，因此需要精準測量拉線塔的拉線張力，以及為了應對拉線塔拉線松弛等影響拉線張力大小的問題提出解決方案。為類似的工程應用借鑒，并為解決拉線張力問題提供了解決思路，可以應用如圖7和圖8的解決方案。

圖7 修筑水泥防護墩

圖8 對拉棒進行深埋

①修筑水泥墩和對拉棒進行深埋

拉線裝置容易受到地基環(huán)境的影響，而農耕開挖等作業(yè)將會使得周圍地基發(fā)生沉降。通過修筑水泥墩和對拉棒進行深埋，使得拉棒周圍的地基更加的穩(wěn)固，能夠有效防止因地基沉降而導致的線路拉線塔拉線的應力變化，并且可以大幅度減小因受到外界撞擊而使其固定處松動的可能性，避免導致拉線塔拉線松弛。

②對腐蝕鋼絞線進行及時更換

鋼絞線容易受到大氣環(huán)境的影響，在陰雨天等潮濕環(huán)境下，鋼絞線股與股之間容易滲入雨水和濕氣，雨水和相關雜質作為電解質，與鋼絞線在長時間的作用下發(fā)生電化學腐蝕，從而容易發(fā)生腐蝕斷股等情況[8]。通過及時更換受到嚴重腐蝕的拉線，能夠大大降低因拉線腐蝕斷股而造成的風險，提高了拉線塔拉線運行的穩(wěn)定性。

③對拉棒進行防腐處理

拉線棒容易受到所處地面環(huán)境影響，尤其是處于潮濕地帶或者水田環(huán)境。通過對拉棒受腐蝕程度進行評估，對拉棒進行更換或者涂防腐油漆等處理，使得拉棒能夠更加穩(wěn)定的發(fā)揮作用，保證拉線塔拉線的正常工作。

④對螺栓等連接處進行包裹加固

螺栓等連接處容易受到外界撞擊等外界因素影響，通過對螺栓等連接處進行包裹緩震，可以有效減少因外界撞擊而導致的螺栓等連接處松動，保證螺栓的預緊力正常，從而保證拉線的穩(wěn)定性。

4 結論

本文采用視頻圖像識別技術，對江漢平原30 基具有代表性的拉線塔的拉線張力進行了檢測，可得到如下結論。

①基于圖像識別技術的拉線塔拉線張力測量技術是一種張力測量新技術，具有非接觸、測量速度快等優(yōu)點。且其可操作性十分強，能夠很好的應用到拉線塔拉線張力測量的工程當中，并解決相關的問題。

②精準測量拉線塔拉線張力，并且判定拉線張力松弛對拉線塔的安全影響等級，本文為解決不同等級拉線松弛問題進行分析和思考其解決方案提供了借鑒思路。