淺談水泥電桿檢測分析方法與狀態評估技術

張舒

（安徽省建筑材料科學技術研究院 安徽合肥 230009）

淺談水泥電桿檢測分析方法與狀態評估技術

張舒

（安徽省建筑材料科學技術研究院 安徽合肥 230009）

在架空線路中，水泥電桿是重要的組成部分，輸電線路的正常運行受到電桿安全性的直接影響。裂紋為水泥電桿常見缺陷，影響電桿的力學性能和耐久性，降低輸電線路運行的穩定性，在本文中，介紹了水泥電桿裂紋的危害及產生原因，利用無損檢測方法對水泥電桿進行檢測，并在有限元分析的基礎上對電桿狀態進行評估，從而保證電桿的安全運行。

水泥電桿；檢測方法；狀態評估

前言

低壓輸電線路主要采用水泥電桿進行支撐。近年來，隨著科學技術的發展，110～500kV高壓架空線路的支撐也開始運用水泥電桿，水泥電桿的安全性及耐久性對輸電線路的穩定運行有著非常大的影響，通過相應的檢測分析方法以及狀態評估技術，準確的檢測電桿是否存在缺陷，并評價電桿的安全性，當電桿運行的安全性比較差時，有針對性的進行處理，提升電桿使用的安全性，延長電桿的使用壽命。

1 水泥電桿裂紋的危害及產生原因

1.1 水泥電桿裂紋的危害

在水泥電桿運行的過程中，除去自身存在的缺陷外，裂紋是最為主要的缺陷，電桿裂紋的存在對電桿運行的安全性、耐久性及穩定性產生比較大的影響。從裂紋類型方面看，包含三種類型：①縱向裂紋，是指上下方向的裂紋，通常，縱向裂紋比較長，在一根電桿上，豎向裂紋可能只有一條，也可能有多條，頂部、中部和底部是主要的分布位置；②橫向裂紋，是指左右方向的裂紋，多在電桿的中部位置分布，一根電桿的橫向裂紋一般只有一條；③龜紋，是指網絡狀的裂紋。水泥電桿出現裂紋之后，如果沒有及時的進行處理，那么將會導致水泥脫落、電桿強度降低、承受能力下降等，嚴重時甚至造成電桿斷裂，引發停電，而且水泥電桿裂紋的存在也會對電力檢修人員的生命安全造成威脅。

1.2 水泥電桿裂紋產生原因

生產廠商在生產水泥電桿時，使用的水泥標號不符合要求，或者水泥的質量比較差，導致生產出來的水泥電桿強度無法滿足規定的要求，投入使用之后，非常容易出現裂紋。生產企業在進行混凝土配置時，水與灰的比例過大，沙子直徑大、存在雜物，降低生產質量，在養護時，急于求成，縮短時間，影響水泥電桿的強度，從而導致電桿在使用一段時間之后，因無法承受外界負荷而產生裂紋。電桿直接在露天的環境中工作，風雪雨霧都會對電桿造成不同程度的影響，這其中，凍害的影響最大，在物體熱脹冷縮的變化規律下，電桿極易出現裂紋，如湖南大部分地區的電桿均受到2012年特大冰雪災害的襲擊，加之電桿使用的年限比較長，導致電桿的壽命受到了嚴重的影響[1]。

2 水泥電桿的無損檢測方法

2.1 工作原理

無損檢測方法是指磁性無損檢測，對于鐵磁性材料，通過勵磁系統的勵磁作用，促使其磁化達到飽和的狀態，由此，對缺陷的性質、位置、數量等進行間接的檢測。在磁性檢測方法中，最為常用的就是漏磁檢測，對被檢測對象進行檢測時，漏磁磁場會產生一定的變化，據此推斷出檢測參數。在水泥電桿裂紋檢測中，通過磁性無損檢測方法，可以降低檢測分析方法對水泥電桿的損傷。

2.2 電桿的檢測分析方法

在水泥電桿的裂紋缺陷檢測中，通過電磁的作用，提升檢測的效果。基于磁性無損檢測方法，設計水泥電桿缺陷檢測方案，在此檢測系統中，包含檢測傳感器、信號預處理、模/數轉換、計算機系統、數據存儲和分析并波形顯示，水泥電桿中，包含比較多的鋼筋，被磁化之后，會產生磁信號，此信號中包含鋼質結構特征。具體的工作流程如下：將檢測傳感器安裝在水泥電桿上，檢測到特征信號之后進行轉號，隨后將電信號發送至信號預處理模塊；信號預處理進行濾波、方法處理之后，將電信號轉換為模擬信號，傳送至模/數轉換模塊中；模/數轉換模塊再次對信號進行處理，變為數字信號，并傳輸至計算機系統中；計算機系統通過相應的分析軟件，對數據進行存儲、分析，最后，利用波形的形式將數據結果顯示出來[2]。

水泥電桿縱向裂紋深度檢測中，無損檢測方法為常用的方法。當裂紋處沒有鋼筋時，無法利用此種方法進行檢測，通過超聲波檢測方法、射線檢測方法等均可以比較好的檢測出水泥電桿的裂紋深度。如果裂縫處含有鋼筋，即可采用磁性無損檢測方法來進行，當裂縫深度與鋼筋保護層厚度存在一定的距離時，測定結果并不會受到什么影響，但當裂紋深度已經穿過鋼筋保護層厚度時，利用磁性無損檢測方法的檢測裝置（見圖1）進行檢測，在端蓋出設置鋼筋安裝孔，主要的目的是模仿鋼筋距離水泥電桿表面的距離，檢測中，轉動檢測傳感器，沿著PVC管，檢測傳感器進行圓周運動，將不用位置的電磁場信息采集完成，隨著，依據相應的波形圖形，判斷出水泥電桿的裂紋深度，從而有針對性的采取裂紋處理措施，保證電桿的耐久性，延長電桿的使用壽命，保障輸電線路的安全運行。

圖1 磁性無損檢測裝置圖

3 基于有限元分析的水泥電桿狀態評估

3.1 電桿狀態評估裝置

在對電桿的狀態及力學性能進行檢測時，選用錐形電桿力學性能檢測裝置（如圖2），此裝置中共包含三個部分，分別為臺座、加載裝置以及自重消除裝置。檢測時，整根水泥電桿的重量由自重消除裝置的千斤頂來承載，之后，逐步的將千斤頂的頂力撤除，全部撤除之后，逐級加載加載裝置中的液壓千斤頂，這二者的和就是電桿所受荷載。

圖2 錐形電桿力學性能檢測裝置

3.2 有限元分析

利用分離式模型建立起電桿的有限元模型，混凝土采用8節點三維非線性實體單元Solid65，鋼筋采用link8單元，依據鋼筋面積相等的原則，電桿橫斷面上均勻分布12根鋼筋[3]。建模時，以柱坐標系作為總體坐標系，在極坐標平面內，完成1/12內圓環面的建立，沿著z軸的方向，按照拉伸比例進行拉伸，進而建立起對應的實體模型，外實體模型的建立方法與之相同。模型建立完成之后，合理的選擇單元類型和材料模型。鋼筋link8單元在進行有限元網格劃分時，每個單元的長度都設置為50mm；混凝土Solid65單元進行有限元網格換分時，方法為六面體單元劃分，共劃分為5層，每層為10mm。在進行計算之前，需要進行荷載和約束的增加，與試驗裝置相比，有限元模型的邊界條件有所不同，通過約束的施加，可有效地提升試驗的效果，在本模型中，施加的約束為固定約束，此外，在施加荷載時，各個節點所施加的荷載相同。約束及荷載的施加完成后，即可進行求解。

3.3 數值模擬

以三個實際的水泥電桿為例，分別選各自模型中加載點的節點，將節點的相應圖和數據提取出來，在試驗中，需要在有限元模型中對應粘貼應變片的部位，從而將圖和書庫有效的提取出來。從截面上來看，電桿為中空環形，應力分布提取并不適合，而且在布置鋼筋時，以圓環為方向，相對中性軸高度在變化時，數值有所區別，因此在進行電桿力學性能分析時，首先要將在極限承載能力狀態時，計算出鋼筋的應力。最后，將荷載-撓度、彎矩-應變、極限荷載下應力等值線繪制出來，并對電桿的力學行為進行分析，依據分析結果，將電桿的狀態準確的評估出來。

4 結論

水泥電桿在運行的過程中，受到凍害、質量等方面因素的影響，比較容易發生裂紋，進而對電桿的耐久性產生影響，嚴重時甚至導致輸電線路無法正常運行，發生停電事故。通過對水泥電桿的檢測及狀態評估，可有效地發現電桿中存在的缺陷，并判定電桿的耐久性、安全性等，從而準確的掌握電桿的性能，若存在問題，及時的處理，保證電桿運行的安全性。

[1]劉思遠，夏開全.輸電線路混凝土電桿安全性評估方法研究[J].中國電力，2013（01）：65～68.

[2]王彥海，張璐，文中.混凝土電桿埋深段斷裂治理研究與檢測技術[J].混凝土與水泥制品，2013（07）：30～32.

[3]羅容波，王巖，黃松波，等.基于沖擊電流的GIS導電桿回路電阻測量方法研究[J].高壓電器，2013（10）：46～50.

TM75

A

1004-7344（2016）01-0084-02

2015-12-1