架空输电线路导地线损伤检测系统及其修复的安全作业方法研究

李 文 何海清 施金润 江泽辉 郜春潮

（云南电网公司临沧供电局 云南省临沧 665600）

架空输电线路导地线损伤检测系统及其修复的安全作业方法研究

李 文 何海清 施金润 江泽辉 郜春潮

（云南电网公司临沧供电局 云南省临沧 665600）

随着我国现代化经济建设的不断发展和人们对生产生活用电的需求不断提升，人们对电力系统的安全稳定性能要求也越来越高。输电线路将配电、发电、输电、变电以及用电等有机地结合起来，在整个电力系统中发挥着重要的作用，而架空输电线路导地线是实现电能输送的重要渠道。输电导地线在长期的外力破坏以及雷击闪络等作用下会造成导地线表面损伤，在长期多种应力作用下会使导地线材质发生脆变，这些损坏严重影响了输电线路的正常运行，影响了整个电力系统的安全稳定性能。因此有必要对架空输电线路导地线的损伤进行科学、有效的检测，并进行及时修复作业。

架空输电线路；损伤检测；导地线

本文主要介绍了一种基于漏磁检测原理和涡流检测原理的架空输电线路导地线检测系统，它能够根据高压输电线路的结构特点有效检测导线的钢芯和铝绞线的受损情况。该系统也能够在停电的情况下对输电线路地线进行损伤检测。本文主要分析了漏磁检测原理与涡流检测原理，对仪器的信号处理软件以及各部分结构进行了简单的探讨。

1 架空输电线路导地线损伤概述及其主要检测方法

架空输电线路由于本身的不完整性和复杂性，容易受到外力破坏的影响和长期应力的作用。输电线路导地线在长期的外力破坏以及雷击闪络等作用下会造成导地线表面损伤，在长期多种应力作用下会使导地线材质发生脆变，尤其在一些工业区和海滨地区，特殊的气候、空气、环境导致输电导地线更容易被腐蚀，产生断股或者裂纹等缺陷，严重影响了输电线路的正常运行，也影响了整个电力系统的安全稳定性能。因此应该有效检测架空输电线路导地线的损伤并及时进行修复作业，保证电力系统的正常运行。

架空输电线路导地线的损伤缺陷严重影响了整个电力系统安全有效地运行，但是就目前而言，对输电线路导地线损伤检测的方法并不多，归纳起来主要包括以下几种：（1）目测法。即用望眼镜或者直接用肉眼观测导地线。（2）光学法。即将输电导地线拍摄下来通过人工检测判断损伤情况。（3）航测法。即通过输电线路附近的直升飞机对沿线异常发热点进行观测并记录。（4）红外线成像无损检测法。由于输电导地线的红外辐射场在导地线无缺陷和有缺陷时是不相同的，因此只要检测导地线附近的红外辐射场就可以知道导地线是否损伤。但是这种方法只适用于被测电路电流较大的情况，且受到风雪情况、风力、温度等环境条件影响较大。（5）涡流检测法。即根据电涡流在试件表面有缺陷时会发生畸变，来提取输电线路导地线的缺陷信息。（6）超声波检测法。因为输电导地线表面不光滑，加上超声波检测需要耦合剂，声波发散性大，故这种检测方法不适宜检测输电导线。

2 损伤检测仪检测原理

输电线路损伤检测仪根据架空输电导地线的损伤一般为几股或一股断裂的特征，对其内部钢芯缺陷通过霍尔元件传感器进行检测，而对外部铝绞线缺陷通过电涡流法进行检测。检测仪分为空中和地面两个部分。如下图所示。

图1 输电线涡流检测机器人系统框图

2.1 爬行小车

爬行小车主要包括电机（驱动部分）、控制部分、电源部分以及行走部分。系统采用12V镍氢充电电池作为电源，为整个系统A /D转换电路、涡流传感器和电机的电路、工控机、遥控接收装置、霍尔元件的励磁电路供电。

2.2 霍尔元件及涡流检测传感器

铝导线的裂纹、断裂等缺陷信号通过涡流传感器检测输电线外层铝绞线而获取。钢芯的裂纹缺陷信号通过霍尔元件检测输电线内部钢芯而获取。

2.3 信号处理和A/D转换电路

输电线路导地线的缺陷信号经过信号处理电路一系列的处理（检波、放大等）之后，将信噪比与幅值符合要求的模拟量信号经过A/D转换，即送入数据采集器进行处理，将获得的数字量信号保存入计算机。

2.4 接收装置和遥控发射装置

遥控发射装置和接收装置控制工控机的开停机，控制检测传感器的电源开关，控制行走小车的行走速度、行走方向以及行走启动和停止，控制整个检测程序的启动和停止。

2.5 缺陷信号处理软件和地面计算机

工控机中的数据信号通过小型网络传输到地面计算机，计算机通过缺陷信号处理软件分析处理相关信号，对输电线缺陷作出判断，将具体缺陷状况在屏幕显示出来，同时发出警报信号。

3 涡流传感器检测概述

涡流检测对象为输电线路导地线的铝绞线。被测导线与测量线圈两者间的相互作用同两线圈耦合相类似。其涡流检测等效图如下所示。

图2 涡流检测等效电路图

当在被测导线上方放置测量线圈时，在涡流效应的影响下，等效电感随着等效电阻的增大而减小。测量线圈的反应电感与反应电阻受激励频率的影响，当激励频率保持不变时，测量线圈的反应电感和反应电阻与被测金属物的电感、电阻以及互感系数有关。当被测金属物与线圈的距离保持不变时，互感系数为一定值，此时，被测金属有缺陷时，就会改变线圈的阻抗，这样被测导线的缺陷就可以通过测量线圈上的电压变化情形来进行判断。

4 漏测检测原理概述

因为涡流检测在输电线钢芯检测中受到检测深度的影响，导致检测准确度变差，因此高压输电电路中内部钢芯的缺陷通过漏磁法进行检测。钢芯主要受到各种外界荷载和拉力应力。当这些荷载应力导致钢芯发生缺陷时，若沿输电线路钢芯轴向用一磁场将钢芯磁化，那么此时钢芯表面就会发生漏磁现象，导致钢芯磁路内的磁通发生变化或者出现漏磁场。通过对磁场畸变利用相关的磁敏感元件进行检测，就能准确获取输电线钢芯的缺陷信息。当在磁检测器中穿过输电导线时，两者的相对运动使得被检测导线内部钢芯将被磁检测传感器磁化，进而在钢芯断口处出现漏磁场。一旦输电线上的钢芯有断裂缺陷，则钢芯在穿过传感器时将会实时输出钢芯断股信号，进而被霍尔元件获取。

5 输电线路导地线损伤修复作业

应该首先判断钢芯铝绞线导地线的损伤处是否伤及钢芯，充分计算、判断、分析导地线的损伤状态。对于一般导线，当损伤点不超过10厘米长度时，可以采用修补管进行修补。对于电压等级在330KV以上的超高输电线路的导地线，为了防止在补修过程中补修处发生新的电晕点，则应该采用预绞式护线条、预绞式补修条、连续管补强接续条、预绞式连续条、以及端头圆弧形补修管接续管。进行补修前，应该将输电线路导地线的损伤处恢复至原绞制线股状态，并进行平整处理。

6 结束语

电力系统的安全稳定性能常常受到各种环境因素和人为因素的影响。在对输电电路导地线进行检测的过程中，主要对导线是否出现变形、过热的现象、导线之间间距是否发生变化以及导线是否出现腐蚀等现象进行检测。本文介绍的输电线路导地线损伤检测仪能够对输电导地线钢芯的缺陷利用霍尔元件进行检测，对输电线路导地线外部的铝绞线缺陷利用涡流法进行检测，从而实现对输电线路导地线缺陷的定量和定性检测。同其他检测方法相比，基于漏磁检测原理和涡流原理的输电线路导地线损伤检测也能适用于输电线路停电的情况，因此能够很好地对架空地线进行检测。通过检测试验表明，该检测仪能够重复检测，各项仪器参数指标都满足设计要求，且检测仪人机界面简单便捷，采用中文操作菜单，十分方便。对于不同规格的输电线路导线和地线，只需要将检测探头换成相应的尺寸就能很好地进行检测。

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G322

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段茜，1994.1.12，女，重庆市彭水县，电子信息科学与技术，沈阳理工大学

王治，1994年5月24日，男，辽宁沈阳，自动化，沈阳理工大学