基于B型顯示超聲波的耐張線夾壓接質量檢測方法

駱國防，賴江波，章學兵，童賢靚

(1.國網上海市電力公司電力科學研究院，上海 200437； 2.國網新源新安江水力發電廠，浙江 建德 311600；3.國網上海市電力公司青浦供電公司，上海 201799)

作為輸電線路“三跨”區段中的關鍵部件，耐張線夾的壓接質量直接影響電網安全。耐張線夾主要由鋁管和鋼錨組成。利用壓力對鋁管-鋼錨、鋁管-導線位置進行壓接成型，使導線和耐張線夾牢固結合，承擔連接導線全部張力的同時也起到通流作用。耐張線夾壓接質量的檢測方法主要有外觀檢查、握力試驗和X射線檢測。外觀檢查不能檢查內部質量；握力試驗為破壞性試驗，不能對內部質量進行精準判定；X射線檢測結果直觀、準確、不損傷導線和金具，但測試系統復雜、設備繁重、塔上作業不安全且存在輻射風險。作為應用廣泛、技術成熟、發展較快的超聲波檢測，其設備輕便、操作簡單、顯示直觀且無輻射風險，在電網設備金屬及絕緣材料檢測中發揮了重要作用，有效保障了電網設備的安全運行。鑒于分析，本文提出基于B型顯示的超聲波技術檢測耐張線夾壓接質量的方法，并通過試驗驗證該方法的可行性和有效性。

1 耐張線夾典型試件

本文所選用試件為上海某220 kV輸電線路用耐張線夾，其型號為NY400/35BG(N表示耐張線夾，Y表示壓接型，400/35表示鋁截面/鋼截面，BG表示鋁包鋼，即鋼芯鋁絞線)。該壓縮型耐張線夾如圖1所示。

圖1 耐張線夾典型試件

2 超聲波B型顯示簡介

超聲波B型顯示是線掃描檢測方式，是將探頭在工件表面沿著一條線掃查時的距離與聲傳播時間的關系以直角坐標的形式顯示出來。在信號處理過程中，將時間軸上不同深度的信號幅值記錄下來，在每個探頭移動位置沿時間軸用不同顏色顯示出信號的幅值。超聲波B型顯示是二維數據，可以得出工件中缺陷位置、取向與深度及幅值信息。

3 試驗驗證

本次耐張線夾超聲檢測試驗設備主要有耐張線夾試件、超聲波檢測儀器設備、探頭、標準試塊及參考試樣、耦合劑等。

3.1 儀器與探頭

本次試驗儀器為武漢中科HSXJ-I型電力行業耐張線夾專用檢測儀，儀器具有B掃描成像功能。探頭根據本次耐張線夾套管厚度選擇直徑5 mm、頻率10 MHz的窄脈沖縱波探頭。

定制拉線編碼器、卡扣(固定編碼器)應用范圍為15～55 mm，卡扣可以根據現場輸電線耐張線夾的尺寸來調節松緊，如圖2所示。

圖2 卡扣放置示意圖

3.2 試塊與耦合劑

標準試塊：CSK-IA(鋁)，用于測試儀器性能及探頭參數。參考試樣：用于確定檢測靈敏度和探測范圍，參考試樣應選取與檢測對象具有相同制作工藝及流程的耐張線夾，且規格應基本相同，參考試樣見圖3。耦合劑采用化學漿糊。

圖3 耐張線夾參考試樣

3.3 參數測量與儀器設定

用標準試塊CSK-IA(鋁)調節儀器的掃查速度，測量探頭的前沿與K值，依據檢測工件的材料聲速、厚度以及探頭的相關技術參數對儀器進行設定。

3.4 基線比例的調整

將耐張線夾套管與導線、鋼錨材料結合部位第一次界面反射波調整為基線滿刻度的20%～30%。

3.5 靈敏度設定

探頭應置于參考試塊耐樣線夾套管與導線、鋼錨材料未壓合部位，將底波調整至滿屏的80%。

3.6 檢測試驗

圖4中耐張線夾A側是鋁套管與鋼芯鋁絞線通過壓接方式連接，B側是鋁套管與鋼錨通過壓接方式連接。由于兩側壓接部位為六邊形，表面較為平整，適合超聲波入射，所以采用任意一面作為檢測面均可。檢測應在耐張線夾壓接平面上進行，將探頭與拉線編碼器連接，探頭應與檢測面耦合良好，沿耐張線夾軸向方向進行直線掃查，掃查速度應不超過100 mm·s-1。

圖4 掃查耐張線夾A側和B側

3.7 缺陷評定

A區檢測B掃描圖像上一次底波出現平直線型顯示的區域為導線與鋁套管未壓接區域L0，一次底波出現曲線顯示且曲線波動范圍大于1/3周期的區域為壓接完好區域L1，如圖5(a)所示。L1應大于耐張線夾安裝工藝要求；否則判為不合格。

圖5 耐張線夾典型的反射回波和掃描圖像

B區檢測B掃描圖像上一次底波出現平直線型顯示，鋁套管凹陷數量與鋼錨凹槽數量不符或凹陷尺寸小于凹槽深度80%時為鋼錨與鋁套管未壓接區域L0，一次底波出現凹槽形狀，鋁合金套管凹陷數量與鋼錨凹槽數量相符并且凹陷尺寸大于凹槽深度80%時為鋼錨與鋁套管壓接完好的區域L1。L1應大于耐張線夾安裝工藝要求，否則判為不合格。

圖6(a)是耐張線夾A側超聲波檢測B掃描圖，因鋁套管底部與鋼芯鋁絞線接觸部分通過壓接會發生形變，形變部分正好充分填充鋼芯鋁絞線兩鋁絲之間的縫隙，檢測結果是反映鋁套管底部的反射信號，B掃描圖呈現“波浪”形狀；圖6(b)是鋁套管與鋼錨連接部分，鋼錨圓柱形中間有兩處凹槽，B掃描圖靠左部分是工裝壓接后，鋁套管與鋼錨圓柱壓接形變相對減薄反射信號，右部分是鋁套管形變填充鋼錨兩處凹槽，鋁套管厚度未變。圖6(b)可看成兩段滯后的信號并與鄰近反射信號斷開產生一定距離，達到要求說明壓接良好且合格。

圖6 壓接合格的耐張線夾試件超聲波B掃描檢測結果

圖7 壓接不合格的耐張線夾試件超聲波B掃描檢測結果

圖7(a)上方是耐張線夾鋁管的A側超聲波B掃描信號，圖下方的B掃描圖成一條直線，說明耐張線夾A側鋁套管未與鋼芯鋁絞線接觸，鋁套管底部較為平整。圖7(b)是耐張線夾B側壓接檢測結果，鋼錨中有兩個凹槽，壓接后鋁套管會將鋼錨的凹槽填充，圖中呈現一條直線，說明B側的鋁套管未填充鋼錨凹槽。綜上可得，該耐張線夾試件壓接質量不合格。

3.8 試驗結果

本次試驗結果驗證了B型顯示超聲波檢測耐張線夾壓接質量的可行性及有效性。

4 結語

本文對輸電線路耐張線夾壓接質量檢測方法進行梳理，發現當前適用的檢測方法都存在不足，為此提出用B型顯示超聲波來檢測耐張線夾的壓接質量，并通過試驗證明該方法的可行性及有效性。本研究為耐張線夾壓接質量檢測提供了新的思路，對提升輸電線路安全穩定運行具有重要意義。