X射線檢測裝置在架空輸電線路壓接金具質量檢測中的應用

張志猛,賈伯巖,吳宏亮,馮硯廳,古海峰,朱思旭

(1.國網河北省電力公司電力科學研究院,石家莊 050021;2.神華河北國華定州發電有限責任公司,河北 保定 073000)

X射線檢測裝置在架空輸電線路壓接金具質量檢測中的應用

張志猛1,賈伯巖1,吳宏亮2,馮硯廳1,古海峰1,朱思旭1

(1.國網河北省電力公司電力科學研究院,石家莊 050021;2.神華河北國華定州發電有限責任公司,河北 保定 073000)

針對線路施工中壓接金具質量檢測的現狀,從理論上分析了X射線檢測架空輸電線路壓接金具質量無損檢測方式的可行性,介紹X射線便攜式檢測裝置的結構及特點,并通過國內研制的耐張線夾和接續管壓接質量小型檢測裝置現場應用實例,驗證了該檢測裝置對輸電線路中在線的耐張線夾和接續管無損檢測是有效的,證明X射線檢測技術在架空輸電線路壓接金具質量檢測具有較好的適用性。

X射線檢測;架空輸電線路;壓接型金具;耐張線夾;接續管;壓接質量

在架空輸電線路中,導、地線連接大量采用壓接型電力金具(耐張線夾和接續管),壓接形式早期采用爆壓,目前主要采用液壓,壓接型電力金具既要承受導線或地線的全部張力,同時又是通流導體,此類金具一旦安裝后,就不再拆卸。目前,架空輸電線路導地線耐張線夾、接續管壓接質量的檢查方法,只限于在壓接前后用游標卡尺對耐張線夾、直線接續管外觀尺寸的檢查。壓接施工前按照規程要求制作試樣,送實驗室進行握力試驗,確定壓接握力,并檢查壓接質量。金具壓接屬于隱蔽工程,對施工人員技能水平、操作是否規范關系很大,另外由于是在高空壓接,現場不易全面監督,從而出現因耐張線夾、直線接續管壓接質量不良。當線路處于大負荷運行情況下,壓接不符合要求的耐張線夾和接續管易引發局部發熱溫度過高而損傷導線,導致連接強度的降低,或因壓接握力不足導致掉線,尤其是在導線覆冰或舞動的情況下,極可能因壓接質量問題引發掉線事故[1-2]。

國內因耐張線夾和接續管壓接質量問題引發的線路運行事故時有發生,經事后分析,大多由導、地線在壓接管中未穿到位或壓接位置不符合相關規程等壓接質量問題而引發。

因此,耐張線夾和接續管的壓接質量嚴重影響輸電線路的安全運行,迫切需要一種簡易有效手段能夠對金具壓接質量進行快速檢測。通過有效的儀器檢測并排除此類事故隱患,避免因施工壓接質量問題引發的輸電線路事故,保證線路安全運行,避免因線路掉線造成重大危害和社會影響。

1 線路施工中壓接質量檢測現狀

目前新建輸電線路工程中,對耐張線夾和接續管壓接質量檢測方法僅限于壓接后外觀尺寸檢測和握力試驗。外觀尺寸檢測即通過標尺測量的方法,對壓接后的產品進行外觀壓接尺寸測量,此檢驗方法不會損傷壓接金具,旨在通過測量壓緊后金具尺寸是否滿足要求,來檢測金具壓接是否壓緊、是否壓接到位,但無法檢測金具內部壓接狀態。握力試驗是一種在實驗室進行的破壞性檢測方法,針對工程導線及金具型號,制作壓接試樣,送試驗室檢測,此方法可以直觀地檢測出產品的外部和內部壓接狀態,但只是作為一種抽查試驗,檢驗所測金具的壓接狀態,而不能代表線路中實際使用金具的壓接狀態,同時抽查試驗會帶來金具和導線的損耗。

目前,實際應用都是耐張線夾和接續管壓接完成后直接在線路中掛線使用,目前還無法對施工現場壓接完成后的金具內部導線和鋼芯的壓接狀態進行非破壞性的檢查與抽檢,更無法對高空中掛線后的壓接型金具進行壓接質量檢驗,從而無法從根本上排除此類壓接質量不正常所造成的重大事故的隱患。在施工過程中,導線、地線在壓接管中未貫穿到位或鋼芯壓接不符合要求,都將為線路安全運行埋下重大隱患。在全國范圍內,因耐張線夾或接續管壓接質量不合格引發的斷線、掉線事故發生過很多起。因此對耐張線夾和接續管進行檢測刻不容緩。國內一些線路器材廠家針對壓緊金具質量檢測問題,開展了耐張線夾和接續管壓接質量的檢測方法研究,提出通過X射線成像技術檢測內部壓緊狀態,檢測壓接質量,通過有效的儀器檢測并排除此類事故隱患,避免因施工壓接質量問題引發的輸電線路事故,收到了良好的效果。

2 X射線檢測壓接型金具內在狀態可行性分析

射線檢測方法是利用射線穿透物體來發現物體內部結構和缺陷的原理來實現的,穿透作用是指射線通過物質時不被吸收的能力,利用差別吸收這種性質可以把密度和厚度不同的金屬結構區分開來。這正是射線透視和攝影的物理基礎。射線穿透物體時其強度的衰減與試件的密度、厚度及射線光量子的能量有關,射線檢測原理如圖1所示[3]。

圖1 射線檢測原理

射線衰減的基本規律:

式中:I為透射后的射線強度;I0為原始入射線強度;x為穿透物體的厚度;μ為物體的衰減系數。

根據式(1)便可得出入射線強度通過大小為δ的間隙后,透射后射線強度為:

式中:δ為試件間隙的大小。

根據射線衰減基本規律及指數函數性質可得,經多種均質材料透射后射線的強度為:

式中:xN為不同物體的穿透厚度;μN為不同物體的衰減系數。

耐張線夾和導線的材質為鋁和鋼2種,壓接位置分別為鋁管與鋼錨尾部凹槽壓接、鋼芯與鋼錨管壓接、鋼芯與鋼錨管壓接、鋼芯鋁絞線與鋁絞線與鋁管壓接三處壓接。利用射線檢測方法對連接金具內部壓接質量進行檢查,主要檢鋁管與鋼錨尾部凹槽壓接是否緊密到位,鋼芯是否插入到鋼錨管底部、鋼芯距離鋼芯鋁絞線斷面距離3處。如對鋼芯是否插入到鋼錨管底部進行檢驗,當鋼絞線完全插入鋼管時,射線穿透厚度為x鋁管+ x鋼管+x鋼絞線,當鋼絞線未完全插入鋼管內部時,射線穿透厚度為x鋁管+x鋼管。對這2種情況下的透射后射線強度進行對比,代入式(3),得到:

式中:I1為鋼絞線完全插入鋼管時的穿透強度;I2為鋼絞線未完全插入鋼管時的穿透強度。

以耐張線夾NY-400/35為例,當射線能量為0.25MeV時,μ鋁=0.29,μ鐵=0.80,鋼絞線直徑為0.75cm,代入式(4)得:

即I1=0.55I2

由以上計算結果得出,鋼絞線完全插入鋼管情況下的穿透強度約為鋼絞線未完全插入鋼管時的穿透強度的一半,即當選用合適的射線強度時,可以較明顯地分辨出鋼絞線插入鋼管內的狀態。因此,采用射線原理檢驗耐張線夾和接續管內部壓接狀態是可行的。同時此方法可以通過圖可以直觀、清晰地辨別出產品內部壓接狀態,并且不會因專門制作壓接試樣對金具及導線造成損耗。

3 X射線便攜式檢測裝置的研制

X射線的方法可以有效地檢測壓接質量,但由于射線機體積大、質量重,需要射線防護,工作時周圍不能有人等,不適用在野外高空進行檢測,急需要研制一種小型的便攜設備進行檢測工作。

通過對射線檢測使用原理的分析,提出研制適用于現場地面和高空作業的耐張線夾和接續管壓接質量檢測裝置。裝置應具有以下特點:便于施工現場的安裝、檢測和攜帶;適用于空中檢測;檢測壓接型金具內部鋁和鋼2種材質的內部狀態;具有成像和存儲等功能。同時為滿足地面和空中安裝、檢測、驗收的需要,該裝置應小巧、輕便和便于攜帶,故選用脈沖式射線檢查儀,主要包括發射儀、接收儀以及軟件成像系統3個部分。

為滿足高空檢測時安裝操作簡單、可靠的要求,還需研制一種裝夾器具,該裝夾器具應具有以下結構特點:

a.發射儀、接收儀應與被測金具裝配成一體,且發射儀和接收儀固定在被測金具的兩側;

b.裝夾器具可夾持不同導線型號的耐張線夾和接續管;

c.裝夾器具配備有自動鎖緊結構,用于鎖緊在被測金具上;

d.裝夾器具設計有滑動導軌結構,方便發射儀沿導線軸向滑動,用于檢測不同位置處的金具壓接狀態;

e.裝夾器具設計有固定結構,用于固定接收儀;

f.在發射儀處設計有特殊的濾光結構,以生成更加清晰的圖像;

g.檢測裝置各部件之間信號可以通過無線或有線傳輸;

h.檢測裝置可以用電池或交流電供電。經過大量的設計試驗,確定該檢測裝置具體結構見圖2。

圖2 檢測裝置結構示意

4 現場檢測案例

2006年某省某條220kV輸電線路的導線在正常運行狀態下突然滑出,導致弧垂大幅下降,嚴重危及電網安全。

對導線斷裂線夾進行了故障解剖,解剖示意見圖3。

圖3 斷裂耐張解剖示意

對該塔下子導線因受力而彎曲的耐張線夾還進行了X射線無損檢測和線切割解剖對照試驗,試驗結果為:采用X射線無損探傷的方法,能在不破壞耐張線夾的條件下準確清晰顯示耐張線夾的壓接程度;X射線探傷顯示耐張線夾壓接點符合工藝要求;線切割縱向剖開觀察,可見耐張線夾壓接點符合工藝要求;X射線探傷結果與線切割剖開觀察結果對應一致。

對2種狀態下導線應力進行了計算比較,結果如表1所示,當耐張線夾鋁管負一模壓接位置出現較大偏差時,基本上只有鋼芯承受導線拉力,其在正常運行狀況下,導線平均運行應力已

高達51%,遠遠超過DL/T5092-1999《110～500kV架空送電線路設計技術規程》中對于導線平均運行應力的上限要求,極易造成導線振動疲勞斷股。

表1 不同狀態下導線平均運行應力比較結果

根據以上試驗、分析結果,對故障原因和整改方案進行了討論和分析,通過耐張線夾的解剖比照試驗分析,可確認故障原因為:該耐張線夾壓接施工工藝不符合DL/T5285-2013《輸變電工程架空導線及地線液壓壓接工藝規程》中的有關規定,鋁管負一模壓接位置出現較大偏差,鋼錨與耐張線夾鋁管沒有連為一體,在導線長期荷載和微振動作用下,造成導線鋼芯斷裂,導致耐張線夾鋼錨拉出[4]。

5 結論

X射線檢測方法是一種檢測耐張線夾和接續管內部壓接質量的可行方法;通過開發便攜式檢測裝置,并設計專門的裝夾器具,以滿足地面檢測和高空檢測的需要,可實現對耐張線夾和接續管的無損檢測;通過無線圖像傳輸,實現對架空輸電線路金具高精度成像,可通過圖片的形式直觀、清晰的辨別出耐張線夾和接續管的內部壓接狀態。為開展架空線路壓接金具質量抽檢提供了一種有效手段。

[1] 劉 純,熊 亮,陳紅冬,等.500kV輸電線路耐張線夾鋼錨斷裂分析[J].上海電力,2010(S1):264-266.

[2] 應偉國,胡旭光,黃旭駿.架空導線耐張壓接管壓接尺寸與機械荷載的驗證[J].浙江電力,2010(7):14-16.

[3] 劉俊敏.工業X射線檢測圖像處理關鍵技術研究[D].重慶:重慶大學,2006.

[4] DL/T5285-2013,輸變電工程架空導線及地線液壓壓接工藝及規程[S].

本文責任編輯:楊秀敏

表1 試驗參數及計算結果

將細粉分離器和粗粉分離器的煤粉細度值帶入式(5)中進行驗證,驗證模型所得85.13%,改造后為95.59%。細粉分離器分離效率計算模型所求得的效率值和驗證模型相一致,可以作為細粉分離器改造后驗收方法。

4 結論

通過煤粉等速取樣裝置、渦街風速儀等儀器進行細粉分離器試驗,取得試驗參數后,計算求得細粉分離器的分離效率,并利用驗證模型對該方法進行驗證。從案例計算結果可知,2種方法求得的效率值非常接近,驗證了其正確性,細粉分離器的分離效率由改造前的84.28%提高到改造后的95%,達到了改造的目的。

參考文獻:

[1] 劉愛忠.300MW火電機組培訓叢書-燃煤鍋爐機組[M].北京:中國電力出版社,2003.

[2] 葉江明.電廠鍋爐原理及設備[M].北京:中國電力出版社, 2010.

[3] 賓誼沅,隆 斌.細粉分離器效率間接測算[J].湖南電力, 2011,31(1):25-27.

本文責任編輯:羅曉曉

Application of X-ray Detection Device in Overhead Transmission Line Compression Type-fitting Quality Inspection

Zhang Zhimeng1,Jia Boyan1,Wu Hongliang2,Feng Yanting1,Gu Haifeng1,Zhu Sixu1
(1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021; 2.Shenhua Hebei Guohua Dingzhou Power Generation Company Limited,Baoding 073000,China)

In allusion to the present situation of the transmission line construction compression type-fitting quality testing,X-ray detection nondestructive testing method overhead transmission line compression type-fitting quality are analyzed theoretically,the feasibility of hardware,introduce the structure and characteristic of X-ray portable testing device,and through the example of domestic development small detection device field application in tension clamp and connection pipe compression typefitting quality,show that the detection device for transmission line in the online tension clamp and connection pipe nondestructive testing is valid,prove that X-ray detection technology in overhead transmission line compression type-fitting quality testing has good applicability.

X-ray detection;overhead transmission line;compression type-fitting;tension clamp;splicing sleeve;extruded quality

TM863

B

1001-9898(2016)04-0043-04

2016-06-16

張志猛(1982-),男,工程師,主要從事架空輸電線路相關檢測工作。