考慮線路電磁屏蔽的帶電環境耐張線夾X射線檢測方法

楊 東，張 輝，譚興華，郭振華

(河南四達檢測技術有限公司，河南 許昌 461000)

0 引言

架空輸電線路領域內，通常利用鋁管與鋼錨組成的耐張線夾連接固定導線終端[1]，其中，鋼錨的主要功能是連接固定鋼芯，鋁管的主要功能是連接導線，通過壓力連接固定鋁管與鋼錨，令導線與線夾融為一體，以此負荷導線與避雷線的所有張力，發揮通流功能[2]。

耐張線夾應用質量同其安裝流程與應用環境具有直接關系[3]。由于架空輸電線路設計中較為注重安全性，因此，一旦耐張線夾在應用過程中產生應用質量問題，盡管其在初始應用階段尚未顯現，但隨著應用時間的延長，受外界環境影響后，有較大概率產生線夾斷裂問題，導致架空輸電線路產生掉線情況[4]，影響線路運行穩定性與行人安全。因此，研究一種有效的耐張線夾檢測方法，及時發現耐張線夾應用質量問題尤為重要。

當前普遍使用的耐張線夾檢測方法為X射線檢測方法，通過X射線發射器、數字成像板與計算機終端獲取耐張線夾X光片，通過圖像處理技術獲取檢測結果[5]。但將X射線應用于耐張線夾檢測過程中，由于檢測距離較遠，導致檢測過程中存在顯著電磁干擾[6]，造成最終檢測結果產生偏差。基于此，提出考慮線路電磁屏蔽的帶電環境耐張線夾X射線檢測方法，避免因線路連接固定問題導致輸電線路運行事故。

1 帶電環境耐張線夾X射線檢測方法

1.1 X射線檢測方法

X射線方法所采用的主要工具為X射線發生器與數字成像板，通過控制X射線發生器生成高速電子，電子以極快速度接觸金屬靶面形成足夠能量的X射線[7]。X射線透照過待檢測目標后被數字成像板所接收與存儲，生成X數字光片，光片進入數字轉換接口傳入計算機終端內，利用數字信息處理與三維重建技術處理X光片后，呈現待檢測目標形態。X射線檢測方法架構如圖1所示。

圖1 X射線檢測方法架構

基于X射線透照理論，考慮待檢測目標制備材料與厚度的差異，得到在透照目標時，X射線能量隨待檢測目標的不同產生差異[8]，X射線能量受X射線器的管電壓U直接影響。以β、φ和φ分別表示待檢測目標的透照厚度、外徑與內徑，由此得到β為

(1)

基于β、U和X射線間的相關性，能夠獲取U值。根據X射線發生器、待檢測目標和數字成像板間的幾何關系[9]，能夠確定透照焦距J值，即

(2)

L1和θ分別表示待檢測目標透照投影長度和X射線器垂直輻射角度的50%。

1.2 X射線檢測方法在帶電環境耐張線夾檢測中的應用

耐張線夾在壓接后將直接裝配在耐張塔上[10]，所以在檢測帶電環境下的耐張線夾時，要求檢測方法不僅可應用于地面檢測，同時還可應用在高空檢測中。由1.1節內容得到，X檢測方法需要通過X射線發生器、數字成像板以及計算機終端等共同實現。

X射線檢測方法應用于帶電環境耐張線夾檢測中的具體流程如圖2所示。

圖2 具體檢測流程

工作人員在檢測現場依照實地情況，即耐張線夾制備材料與所在區域高度，確定檢測過程中相關設備位置與全部連線的準確性。啟動X射線發生器、路由器、數字成像板以及計算機終端等全部裝置電源，并通過線路抗干擾與屏蔽體接地方式實現線路電磁屏蔽，確定X射線發生器管電壓、電流等檢測參數。啟動X射線發生器發射X射線，利用計算機終端獲取帶電環境下耐張線夾X光片圖像，采用專業圖像處理技術對X光片圖像實施處理，依照處理結果確定是否需要重新檢測耐張線夾，若無需重新檢測，可輸出X光片圖像與檢測結果。

1.3 線路電磁屏蔽

由于X射線檢測方法的應用環境中存在復雜電磁場，因此需要進行線路電磁屏蔽處理。線路電磁屏蔽可通過2種方式實現，分別是電路抗干擾與屏蔽體接地。

1.3.1 電路抗干擾設計

通過提升電路抗干擾能力的方式實現線路電磁屏蔽即通過濾波降低線路噪聲[11]，濾波形式包括電路濾波與信號濾波。

在利用X射線檢測方法檢測帶電環境下的耐張線夾時，由于檢測設備放置較遠，供電電源來自遠程前級放大器機箱[12]，電源線遠距離傳輸條件下導致電磁干擾有較大概率進入檢測設備內。因此，設計圖3中的噪聲濾波電路，提升電源質量。

圖3 電源濾波器

圖3內，E1和E2為具有降低共模噪聲功能的共模扼流圈；C1、C2、C3、C4為電容；在M1、M2部分設置鐵氧體磁珠，其主要功能是降低差模影響。

在實際信號濾波應用中，考慮無源濾波器有較大概率受負載影響，同時以差分信號為前方輸出信號[13]，導致傳輸距離較遠。因此，在利用信號濾波方式提升電路抗干擾能力時采用全差分有源濾波器，該濾波器傳遞函數為

介觀尺度銑削不是常規尺度銑削的簡單比例縮小。大量研究結果表明，受尺度效應的影響，介觀尺度銑削與常規尺度銑削表面形貌區別極大。介觀尺度銑削的尺度效應主要表現在以下兩方面：

(3)

(4)

(5)

(6)

G、Ffs和W分別為濾波器通帶增益、頻率比例因子和品質因數；fc、R和C分別為截止頻率、電阻和電容;j為分母中形成的常數項。

1.3.2 屏蔽體接地

屏蔽體接地作為一種有效的屏蔽電磁干擾措施，其以具有高導電性能與磁導率的材料為屏蔽體[14]，通過屏蔽體分段接地的形式實現線路電磁屏蔽的目的。

通過屏蔽體接地可緩解數個回路電流通過公共阻抗形成壓差的問題，減小信號回路感應磁場噪聲的面積，降低信號回路受電位差的消極影響。帶電環境耐張線夾X射線檢測過程中，屏蔽體采用單點接地的方法實現分段接地。單點接地可有效解決公共阻抗的問題，并且在低于1 MHz的條件下具有較低干擾，可劃分為串聯與并聯2種形式[15]，如圖4所示。

圖4 單點接地形式

串聯式的主要優點是接線工藝簡單，缺點是在電路中電流較大或共阻抗較大的情況下，不同區域的地電位差異較大，發生共地干擾的概率較大。不同區域的接地電位只受該區域的電流和接地阻抗的影響，不能形成共同的阻抗問題，廣泛應用于低頻電路中。考慮到帶電環境下張力夾的X射線檢測特點，屏蔽線路電磁波時可選擇并聯單點接地。

2 應用分析

為獲取本文提出的X射線檢測方法在實際檢測帶電環境耐張線夾時的檢測效果，選取600個應用于110～1 000 kV電壓條件下的某型號耐張線夾為待檢測對象，其材質為鋁質，外徑與內徑分別為44 mm和29 mm，由此獲取待檢測對象的透照厚度。基于透照厚度用X射線器管電壓相關性能夠獲取X射線認可的管電壓上限值。根據數字成像板成像面積得到X射線發生器的輻射角度，在此基礎上確定焦距。待檢測對象透照參數如表1所示。

表1 待檢測對象透照參數

基于以上參數設定，采用本文方法對待檢測對象應用情況實施檢測，所得結果如下。

2.1 傳輸線選取

普遍使用的傳輸線包括同軸電纜與屏蔽雙絞線2種，分別采用這2種傳輸線進行信號傳輸測試，測試結果如圖5所示。

圖5 信號傳輸測試結果

分析圖5可知，2種傳輸線在傳輸信息過程中，屏蔽雙絞線表現出明顯低通特征，其在不同頻率下的拐點主要受信號傳輸長度影響，可適用于200 kHz頻率以下場景，因為其阻抗不穩定，導致波形反射。利用本文方法進行檢測時，信號放大器導出信號為差分形式，因此本文方法中的傳輸線需采用屏蔽雙絞線，以此改善公共阻抗耦合干擾問題。

2.2 缺陷檢測結果

在全部待檢測對象中隨機選取1個，采用本文方法對所選待檢測對象進行缺陷檢測，檢測區域分為A區(鋼錨和鋁管連接區域)和B區(芯線與錨管連接區域)2個區域，如圖6所示。

圖6 待檢測對象主要檢測區域

2.2.1 A區典型缺陷

采用本文方法對待檢測對象A區實施檢測，所得X光片結果如圖7所示。

圖7 A區檢測結果

圖7中圈出的區域為采用本文方法獲取的待檢測對象A區檢測結果，由此能夠得到待檢測對象鋼錨凹槽固定情況。分析圖7得到，待檢測對象存在鋼錨凹槽施壓不足的問題。此問題的存在將導致待檢測對象握力有所缺陷，對其導線承拉力產生顯著影響，易導致長時間運行后的掉線故障。

2.2.2 B區典型缺陷

采用本文方法對待檢測對象B區實施檢測，所得X光片結果如圖8所示。

圖8 B區檢測結果

圖8a內圈出的區域可顯示鋼錨狀態。對其進行分析能夠得到，待檢測對象B區接近凹槽側存在顯著的彎曲問題。彎曲問題產生的主要原因包括：鋼錨連接過程中，鋼芯存在彎曲現象，造成鋼錨施壓前存在彎曲應力；鋼錨施壓過程中處于傾斜狀態，受自身重量與傳輸線扭絞力影響，造成鋼芯與鋼錨軸線位置產生偏差；鋼錨施壓區域產生偏差，造成其施壓后彎曲。鋼錨彎曲問題將提升其斷裂概率。

圖8b內圈出的區域可顯示鋼錨所在位置與鋼芯插入深度，即鋼錨和鋼芯空壓情況。對其進行分析可知，待檢測對象B區號存在鋼芯插入較淺的問題。國家相關應用規范中明確指出，鋼錨和鋼芯空壓需低于15%，否則將導致鋼錨對鋼芯的握緊力短缺，令導線整體拉力值無法滿足實際應用需求。

2.3 檢測結果歸納與分類

采用本文方法對全部待檢測對象應用情況實施檢測，根據待檢測對象對導線與線夾間拉力的影響，將全部待檢測對象應用缺陷劃分為2種類型，分別是工藝類缺陷和功能類缺陷，如表2所示。

表2 待檢測對象應用缺陷類型劃分

針對全部600個待檢測對象，統計本文方法檢測結果，檢測精度如表3所示。

表3 缺陷檢測統計結果

分析表3可知，在不同電壓等級條件下，采用本文方法檢測不同電壓等級條件下的待檢測對象，檢測精度均達到92%以上，在電壓等級較低(低于330 kV)的條件下，檢測精度高于95%。由此說明采用本文方法具有較高的檢測精度；在待檢測對象應用缺陷中，功能類缺陷產生概率普遍高于60%，顯著高于工藝類缺陷，由此可知，功能類缺陷是待檢測對象應用過程中的主要缺陷。

3 結束語

本文提出考慮線路電磁屏蔽的帶電環境耐張線夾X射線檢測方法，在傳統X射線檢測方法基礎上，考慮電磁屏蔽造成的檢測誤差，通過電路抗干擾與屏蔽體接地方式屏蔽電磁干擾，提升X射線檢測方法檢測性能。