基于X光檢測技術(shù)的耐張線夾缺陷分析與管理建議

黃潮燦，周靖鈞，李艷飛，吳洪昌，張 婭

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局輸電管理二所，廣東 廣州 510000)

0 引言

耐張線夾的壓接質(zhì)量直接影響輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，通過X光無損檢測技術(shù)，能夠發(fā)現(xiàn)耐張線夾內(nèi)部肉眼無法觀測到的缺陷。近年來，廣州供電局輸電管理二所結(jié)合線路停電檢修機(jī)會對部分重要線路的耐張線夾進(jìn)行了X光檢測，并組織人員對發(fā)現(xiàn)的缺陷及時消缺。本文通過分析耐張線夾壓接常見缺陷類型和缺陷產(chǎn)生原因，結(jié)合輸電線路運(yùn)維工作實(shí)際，提出了保障安全生產(chǎn)的管理措施與技術(shù)措施，有助于提升輸電線路設(shè)備的安全水平。

1 耐張線夾X光檢測技術(shù)簡介

壓縮型耐張線夾主要用于架空輸電線路中耐張塔段導(dǎo)地線的連接。近年來，全國發(fā)生了多起耐張線夾壓接缺陷導(dǎo)致的斷線事故，而對于輸電線路跨越鐵路、高速公路、通航河流等重要交叉跨越區(qū)段，一旦發(fā)生斷線事故不僅危及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，更是危害到周邊人民群眾的生命財產(chǎn)安全，因此對于重要交叉跨越區(qū)段的導(dǎo)地線耐張線夾有著更嚴(yán)格的運(yùn)維要求。

耐張線夾的壓接要嚴(yán)格遵循工藝規(guī)范的要求，但由于電網(wǎng)建設(shè)工程項目具有點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，建設(shè)單位對耐張線夾的壓接施工無法進(jìn)行有效的管控手段。由于施工方操作人員技能水平的參差不齊，導(dǎo)致所壓接的耐張管不可避免地出現(xiàn)各種缺陷[1]，然而耐張線夾的壓接具有天然的隱蔽性，驗(yàn)收人員和線路運(yùn)維人員無法直觀察覺到耐張線夾內(nèi)部的缺陷，這些缺陷耐張管的投入使用給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來較大的隱患。

得益于X光檢測設(shè)備的小型化發(fā)展，利用X光對耐張線夾進(jìn)行探傷檢測已經(jīng)從理論變?yōu)閷?shí)踐，并走向成熟的工業(yè)應(yīng)用。耐張線夾X光檢測儀的工作原理是利用X射線對耐張線夾進(jìn)行照射，在成像板上得到耐張線夾的X光數(shù)字成像，運(yùn)維人員結(jié)合成像照片即可判斷耐張線夾內(nèi)部是否存在缺陷[2]。

通過耐張線夾X光檢測技術(shù)，運(yùn)維人員可以提前發(fā)現(xiàn)耐張線夾內(nèi)部肉眼無法發(fā)現(xiàn)的缺陷，并及時對缺陷進(jìn)行處理。近3年來，廣州地區(qū)已逐步對所有的重要交叉跨越區(qū)段的耐張線夾進(jìn)行了X光檢測，并對其中發(fā)現(xiàn)的重大和緊急缺陷逐項進(jìn)行消缺，有效地保障了電網(wǎng)運(yùn)行安全。

2 耐張線夾壓接常見缺陷類型

結(jié)合廣州供電局輸電管理二所耐張線夾X光檢測的數(shù)據(jù)，廣州地區(qū)常見的耐張線夾壓接缺陷主要有鋼錨凹凸槽壓接不到位、導(dǎo)線穿管長度不足、鋼錨或壓接管彎曲變形過大、裂紋、斷股、鋼管滑移或變形等。

2.1 鋼錨凹凸槽壓接不到位

根據(jù)工藝規(guī)范的要求，鋼錨凹凸槽區(qū)域鋁管應(yīng)完全和凹凸槽壓接，不能有漏壓和間隙。壓接后鋁管對邊距不能大于S=0.86D+0.2 mm(D為壓接鉗鋁管的直徑測量值，S為壓接后鋁管的對邊距，單位：mm)[3]。在實(shí)際作業(yè)過程中，由于作業(yè)人員技能水平不足或責(zé)任意識不足，極容易出現(xiàn)鋼錨凹凸槽壓接不到位的缺陷，具體表現(xiàn)形式為鋼錨凹槽漏壓和凹槽與鋁管間存在間隙，如圖1所示。

圖1(a)中鋼錨凹槽漏壓的比例較小，對耐張線夾的握力影響較小，因此可暫不處理，在日后結(jié)合檢修計劃進(jìn)行消缺即可。圖1(b)中鋼錨凹槽漏壓的比例已經(jīng)大于50%，對耐張線夾的握力產(chǎn)生影響較大，可能導(dǎo)致耐張線夾的握力不滿足安全運(yùn)行要求，長期運(yùn)行可能發(fā)生斷線事故，需要立即申請停電進(jìn)行處理。圖1(c)中鋼錨凹槽與鋁管之間壓接不緊密，仍留有一定間隙，此時應(yīng)用游標(biāo)卡尺或螺旋測微儀對壓接后的對邊距進(jìn)行校核，如果對邊距滿足要求，則可在日后結(jié)合檢修計劃進(jìn)行消缺，在消缺前，應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)維觀測。若不滿足對邊距的要求，則應(yīng)申請停電進(jìn)行消缺。

圖1 鋼錨凹槽漏壓和凹槽與鋁管間縫隙圖

2.2 鋼錨管或鋁管壓接后彎曲

根據(jù)工藝規(guī)范要求，壓接后鋼錨管以及鋁管的彎曲度不能超過2%。若彎曲程度較大，在彎曲應(yīng)力的作用下，鋼錨或內(nèi)部的鋼芯容易斷裂。造成壓接管彎曲的主要原因?yàn)椋轰撔净蛘咪X絞線在穿管前未進(jìn)行校直，本身就存在著彎曲應(yīng)力，作用于壓接管使壓接管彎曲；壓接過程中，壓接管兩端沒有端平，導(dǎo)線的軸線與壓模的軸線不重合；誤壓到不壓區(qū)，壓模兩側(cè)的壓力不平衡，導(dǎo)致鋼錨管彎曲[2]。

對于鋼錨管或鋁管壓接后彎曲的缺陷，若為輕微彎曲即為圖2(a)所示情形，則不影響耐張線夾的握力，對線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行不產(chǎn)生影響，可暫不處理。若彎曲程度較大，則應(yīng)當(dāng)立即申請停電進(jìn)行處理。

2.3 鋼錨與鋼芯壓接不到位

鋼錨與鋼芯壓接不到位的主要缺陷形式有鋼芯壓接后斷裂和鋼芯穿管不到位。如圖3所示，在導(dǎo)線與鋁管壓接后，導(dǎo)線內(nèi)部的鋼芯出現(xiàn)斷裂。鋼芯會嚴(yán)重影響耐張線夾的握力，因此對于此類緊急缺陷必須立即申請緊急停電進(jìn)行處理。

圖3 鋼芯斷裂X光檢測示意圖

鋼芯穿管不到位導(dǎo)致鋼錨腔體內(nèi)部存在一定的空隙的案例如圖4所示，當(dāng)X光穿過鋼錨內(nèi)的空隙時，X光照片上表現(xiàn)出細(xì)微的明暗變化，因此對于此類缺陷需要認(rèn)真對比X光照片上鋼錨壓接區(qū)域明暗的變化方能觀測到。鋼芯穿管不到位導(dǎo)致鋼錨與鋼芯壓接長度不足，會造成耐張線夾的握力下降，嚴(yán)重時會危及輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。鋼錨管腔體內(nèi)空隙比例在15%以內(nèi)時，可暫不處理，如果鋼錨管腔體內(nèi)空隙比例在15%～30%時，應(yīng)盡快停電處理；若鋼錨管腔體內(nèi)空隙比例達(dá)到30%以上，則應(yīng)立即停電進(jìn)行處理。出現(xiàn)此類缺陷的原因主要是作業(yè)人員未嚴(yán)格按照作業(yè)規(guī)程導(dǎo)致的切割鋼芯時預(yù)留長度不足或鋼芯穿管不徹底[4]。

圖4 鋼芯穿管不到位X光檢測示意圖

2.4 鋁管與鋁絞線壓接不到位

如圖5所示，鋁管與鋁絞線存在明顯的漏壓，出現(xiàn)此類缺陷的主要原因是作業(yè)人員不細(xì)心導(dǎo)致的壓接區(qū)畫線錯誤或漏壓。當(dāng)鋁管與鋁絞線漏壓比例在30%以內(nèi)且鋁管未發(fā)生形變時，可不處理；當(dāng)鋁管與絞線部位漏壓30%～50%且鋁管未發(fā)生形變時，可暫不處理；鋁管與絞線部位漏壓50%～80%時且鋁管未知何時能形變時，應(yīng)盡快停電處理；若鋁管與絞線部位漏壓達(dá)到80%及以上或鋁管發(fā)生形變這應(yīng)立即申請停電處理。

圖5 鋁管與鋁絞線漏壓X光檢測示意圖

3 常見缺陷處理方法與優(yōu)缺點(diǎn)對比

在日常運(yùn)維中，應(yīng)根據(jù)缺陷定級標(biāo)準(zhǔn)對所發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行分級，包括一般缺陷、重大缺陷和緊急缺陷。緊急缺陷應(yīng)按缺陷處理時限要求立即停電處理；重大缺陷應(yīng)按缺陷處理時限要求盡快處理，未處理前應(yīng)結(jié)合日常巡視開展測溫和外觀檢查；一般缺陷應(yīng)考慮外部運(yùn)行環(huán)境，其中重要交叉跨越、大高差、大檔距、強(qiáng)風(fēng)區(qū)、重覆冰及舞動區(qū)域等承載力要求較高的特殊線路區(qū)段，應(yīng)盡快處理。對普通線路區(qū)段，結(jié)合日常巡視加強(qiáng)觀測，必要時結(jié)合停電再次開展 X 射線檢測，經(jīng)評估，缺陷無惡化趨勢，可不處理或降級處理。常見的缺陷處理措施主要包括加裝備份線夾、塔上補(bǔ)壓和剪斷重壓等[5]。

備份線夾的作用是在耐張線夾因故障失效時提供穩(wěn)定的機(jī)械張力，以確保線路不墜落。可用于各種類型耐張線夾缺陷的快速處理，安裝方式簡便，牢固耐用，被廣泛應(yīng)用于各種缺陷的消缺。

塔上補(bǔ)壓方法主要針對漏壓的位置進(jìn)行補(bǔ)壓消缺，該方法能有效提升線路本質(zhì)安全水平。塔上補(bǔ)壓應(yīng)按照規(guī)范要求進(jìn)行，并嚴(yán)格按照原壓接工藝順序進(jìn)行補(bǔ)壓，補(bǔ)壓后應(yīng)重新進(jìn)行X光檢測判定其壓接質(zhì)量，以免因補(bǔ)壓操作引入新的缺陷。若進(jìn)行塔上補(bǔ)壓，需要通過吊籃將壓接設(shè)備運(yùn)送至高處，施工工藝復(fù)雜、作業(yè)風(fēng)險較高且對相關(guān)線路停電配合的要求較高。

剪斷重壓即將有缺陷的耐張線夾從導(dǎo)線處剪斷，重新進(jìn)行壓接。該方法能從根本上消除各類缺陷，但實(shí)施作業(yè)工序最為復(fù)雜，對相關(guān)線路停電配合的要求最高，一般僅針對部分特殊的重大缺陷和緊急缺陷的消缺使用。

4 管理提升措施

針對前面缺陷分析的成果，從管理、技術(shù)和創(chuàng)新3個方面提出了改進(jìn)措施，具體如下。

4.1 管理措施

1)強(qiáng)化過程臺賬管理及后續(xù)溯源倒查。運(yùn)維單位編制導(dǎo)線壓接驗(yàn)收作業(yè)指導(dǎo)書，在作業(yè)指導(dǎo)書內(nèi)要求施工單位在進(jìn)行壓接時保留壓接前和壓接后的照片，并對每一根壓接管進(jìn)行編號并記錄相關(guān)型號參數(shù)、壓接人員與編號(應(yīng)與壓接管上鋼印編號一致)并存檔，在竣工驗(yàn)收時一并交給運(yùn)維人員。在后續(xù)的X光檢測過程中如果發(fā)現(xiàn)重大缺陷或緊急缺陷等需要消耗資源進(jìn)行消缺處理時，應(yīng)根據(jù)耐張線夾臺賬啟動追責(zé)流程，對當(dāng)初的施工單位和壓接人員溯源倒查。

2)結(jié)合施工現(xiàn)場將培訓(xùn)學(xué)習(xí)與旁站監(jiān)督相結(jié)合。目前的施工作業(yè)中，壓接操作人員技能水平參差不齊。而基建遷改項目在建設(shè)階段歸屬于項目管理部門，作為線路運(yùn)維人員無法對施工作業(yè)直接開展監(jiān)督。可以借鑒觀摩學(xué)習(xí)的形式，抽樣選取部分線路重點(diǎn)區(qū)段的壓接施工作業(yè)，結(jié)合日常的培訓(xùn)工作開展旁站學(xué)習(xí)與現(xiàn)場監(jiān)督，以提高施工作業(yè)人員對壓接質(zhì)量的重視程度。

4.2 技術(shù)措施

施工人員在耐張線夾壓接完成后可采用比對法進(jìn)行初步驗(yàn)證(見圖6)。具體做法為：完成線夾壓接工作后，將同型號的鋼錨管和壓接后的耐張線夾放置在一起做比對，可判斷鋼錨凹槽處鋁管是否嚴(yán)重漏壓，以避免導(dǎo)線架設(shè)完成后X光檢測重大漏壓缺陷再對導(dǎo)線進(jìn)行補(bǔ)壓或剪斷重壓影響工期。

圖6 對比驗(yàn)證法對耐張線夾壓接結(jié)果進(jìn)行初步驗(yàn)證

4.3 技術(shù)創(chuàng)新改進(jìn)工藝水平

1)耐張管改進(jìn)。直線壓接管兩段均連接導(dǎo)線，而耐張線夾僅有一端通過鋼錨與導(dǎo)線連接，其相對位置固定，因此可以改進(jìn)耐張線夾的形式，通過標(biāo)準(zhǔn)化的工藝流程在出廠階段將壓接區(qū)域和不壓區(qū)的范圍直接印刻在耐張線夾上，讓機(jī)器畫線替代傳統(tǒng)的人工畫線，有效避免測量畫線過程中的誤差。

2)壓接設(shè)備改進(jìn)。對于傳統(tǒng)的手工壓接作業(yè)，在擺放壓接管時，壓模處于分開狀態(tài)，一旦壓接管位置擺放不準(zhǔn)確，將導(dǎo)致壓模合上壓實(shí)后邊緣不能與所畫印記對齊。基于此工藝缺點(diǎn)，可考慮借助激光輔助定位，讓激光與壓模邊緣相貼合，用于壓接管擺放過程的輔助定位。進(jìn)一步可設(shè)計研發(fā)成套的自動壓接設(shè)備，利用激光測距、位置傳感器、機(jī)械臂和自動控制等技術(shù)技術(shù)手段，自動完成導(dǎo)線與線夾固定、剝線與防散股處理、穿管與壓接、X光檢測等功能。

3)耐張線夾壓接工藝外觀識別技術(shù)研究。雖然耐張線線夾壓接完成后從外觀無法直接觀測到壓接區(qū)和不壓區(qū)的位置，但是卻可以通過與標(biāo)準(zhǔn)模型的尺寸比例對比，間接推斷出壓接區(qū)和不壓區(qū)的位置。基于此方法可以推算耐張線夾壓接后各部分的長度，并進(jìn)行建模，再結(jié)合耐張線夾的原始型號尺寸參數(shù)，可以對比發(fā)現(xiàn)部分缺陷類型，如凹槽漏壓，耐張線夾彎曲等。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的不斷發(fā)展，可研究基于深度學(xué)習(xí)的耐張線夾壓接工藝外觀自動識別技術(shù)，運(yùn)維人員導(dǎo)入無人機(jī)拍攝的耐張線夾照片，系統(tǒng)即可識別耐張線夾存在的工藝外觀缺陷。

5 結(jié)語

耐張線夾壓接過程出現(xiàn)缺陷是無法完全避免的，但卻可以采取措施降低缺陷出現(xiàn)的概率和頻次，或者降低缺陷等級，以減小對輸電線路的危害。建設(shè)施工單位在施工中應(yīng)加強(qiáng)耐張線夾施工過程的管理，及時開展耐張線夾X光檢測并進(jìn)行缺陷反饋消缺，可以確保輸電線路耐張線夾零缺陷投運(yùn)。