架空输电线路耐张线夹X射线检测与分析

杨 帆, 曾林平, 马永翔, 孔志战, 闫群民， 侯 波

(1.陕西理工大学 电气工程学院， 陕西 汉中 723000；2.西北电网有限公司， 陕西 西安 710048； 3.国家电网陕西省电力公司， 陕西 西安 710048)

架空输电线路对大截面钢芯铝绞线进行安装时，一般采用压缩型耐张线夹进行压接安装。耐张线夹的作用是将导线固定在非直线杆塔的绝缘子串上，它既承受了导线的全部拉力，还承担着载流任务。耐张线夹压接质量的好坏直接关系到输电线路的安全稳定运行。因此，不论是采用液压还是爆压方式进行线夹压接时，都必须严格按照相关压接规程进行操作[1-2]。然而，耐张线夹的压接属于隐蔽工程，受施工人员技能水平及高空压接环境等因素共同影响，输电线路中耐张线夹的压接质量往往难以得到有效保障，所以需要一种检测方法对线夹压接质量进行检测。由文献[3]可知，架空输电线路耐张线夹压接质量的常用检测方法主要有：外观检测、尺寸测量、力学性能抽查检测等，这些方法在工程实际中得到了广泛应用，但对钢锚是否存在毛刺、钢芯鼓肚、钢锚凹槽处铝管欠压等缺陷无法检出，因此，需要一种新的检测方法对耐张线夹压接质量进行检测。

目前，国内已开始将X射线无损检测技术应用到部分电气设备的检测中，如变电站GIS设备内部缺陷检测、复合绝缘子内部缺陷检测等，且取得了良好的检测效果，并制定了相应的评判依据和检测标准[4-7]。随着X射线无损检测技术在电气设备检测中逐步推广，该技术也初步应用到架空输电线路导线、钢芯、耐张线夹及铝管压接质量等检测中，且得到了初步成效[8-9]。但依然无法有效地判断出耐张线夹的缺陷类型并做出相对应地补救措施。

基于上述分析，本文通过X射线无损检测方法，对不同电压等级输电线路的300根耐张线夹进行实地检测，并对所检测线夹X光片进行归纳与分析。

1 检测系统原理

1.X射线器； 2.耐张线夹；3.X射线数字成像板图1 X射线无损检测原理图

采用的X射线无损检测系统主要由两部分组成：BJI-1型X射线发生器和Rayence数字成像板。其基本原理为：利用无线遥控控制X射线发生器触发产生高速电子并撞击金属靶面，从而产生X射线。X射线数字成像板接收透照穿过耐张线夹的射线，形成X数字光片，经数字转换接口实时传送至笔记本电脑，从而完成X光片的画面显示。系统检测原理如图1所示。

依据X射线透照原理，因为受检工件的材料、厚度不同，所以需要透照检测的X射线能量也不同，而不同的射线能量与X射线器的管电压U有关[10]。设线夹的透照厚度为W，铝管外径为D，内径为φ。则透照厚度为

W=D-φ,

(1)

(2)

其中L1为线夹透照投影长度，θ为X射线器垂直辐射角度的1/2。

2 检测应用与分析

以某330 kV线路的耐张线夹为例，该线夹型号为NY-400/35，其主要检测区域如图2所示。

图2 耐张线夹主要检测区域

2.1 X射线无损检测应用

由文献[11]可知，线夹NY-400/35的铝管外径D为45 mm，内径φ为28.5 mm，由公式(1)可得透照厚度W为16.5 mm。根据不同材料透照厚度与X射线器管电压关系图表，可选择出X射线所允许的最高管电压值为76 kV。通常X射线数字成像板有效成像面积：430 mm×350 mm，则透照投影长度L1等于L2为430 mm，X射线器的辐射角度为38°。依据公式(2)，可计算得出焦距F近似为632 mm。

由上述参数可得耐张线夹NY-400/35的透照参数对照表，见表1。检测系统平台如图3搭建设置。

表1 耐张线夹NY-400/35透照参数

图3 检测系统平台

2.2 X射线无损检测结果分析

依据透照检测原理，对某地110 kV恩大/恩风/大后/大塘线、220 kV郦麦/雪麦/仁屈Ⅱ线、330 kV蒙华/信灵ⅠⅡ线、±800 kV天中线、1000 kV长南Ⅰ线/吴塘ⅠⅡ线等各60根耐张线夹进行实地检测，根据X光片的缺陷程度，对以上300根耐张线夹进行分析、归纳，得出代表六类不同缺陷的耐张线夹X光片示意图，如图4所示。

图4(a)所示为压接质量良好的耐张线夹，作为压接缺陷线夹的参照对比。图4(b)所示为钢锚管存在毛刺，这是由于压接钢芯时，未对钢锚管表面进行处理造成的。图4(c)所示为钢锚管变形，主要是由于耐张线夹在高空进行压接操作时，整体受力不均衡导致。图4(d)所示为钢芯起灯笼(鼓肚)，在压接导线端部铝管时，由于压接处受力超负载，钢芯受挤压，导致钢芯鼓肚。

图4(e)所示为线夹钢锚凹槽处铝管轻度欠压，图4(f)图所示为线夹钢锚凹槽处铝管严重欠压，这是由于液压机在压接铝管时出力不足，导致钢锚凹槽出现不同程度的欠压。图4(g)所示为钢锚凹槽处铝管部分压接错位，图4(h)所示为钢锚凹槽处铝管全部压接错位，这是因为采用了倒压压接方式(从导线端向钢锚拉环端压接)，钢锚拉环根部未预留压接位置，压接过程中铝管不压区沿倒压压接方向平移，导致耐张线夹压接错位，钢锚处铝管未被压接，造成钢锚凹槽部分未承受拉力。图4(i)所示为钢锚管处铝管空压，这是由于在压接耐张线夹时，采取了正压压接方式(从钢锚拉环端向导线端压接)，钢锚处铝管被多压半模，同时不压区沿正压压接方向平移，导致导线端头部分未压，造成该部分导线未承受拉力。

图4 不同缺陷的耐张线夹X光片示意图

2.3 检测结果归纳与分类

根据上述检测结果，将耐张线夹的质量缺陷按照对导线与线夹间拉力的影响大小，定性地分为两大类：工艺性缺陷和功能性缺陷。图4(b)—(d)所示为工艺性缺陷，图4(e)—(i)所示为功能性缺陷，并将不同类别的缺陷进行分类排序，分类结果见表2所示。

表2 耐张线夹压接质量缺陷分类

同时，对所检测输电线路的300根耐张线夹进行压接质量缺陷统计，统计结果见表3。由表3可知，各电压等级输电线路中，压接质量合格者占总数量的50%～75%左右。在工艺性缺陷中，A类缺陷在高压输电线路中出现较多，为10%～15%左右；B、C类缺陷在不同电压等级输电线路中有部分出现，占比相对较少。在功能性缺陷中，D类缺陷在各电压等级输电线路中均有出现，且占比达23%左右，该类耐张线夹压接缺陷是所有缺陷中的主要缺陷类型，E、F类缺陷在高压输电线路中有部分出现，占比较少。

表3 耐张线夹压接质量缺陷统计

2.4 措施建议

根据以上不同电压等级输电线路耐张线夹压接质量缺陷类型的统计分析结果，给出如下避免措施与补救建议:

工艺性压接缺陷中，A类缺陷占比相对较多，B类和C类缺陷占比较小，该类缺陷均为内部缺陷，无法进行后期补救修复，所以，在后期输电线路运行维护中，应着重加强对以上压接缺陷线夹的安全监控，保证输电线路的运维安全。并且在后期架空输电线路建设过程中，应严格按照相关压接工艺标准执行，避免工艺性压接缺陷的出现，保证输电线路耐张线夹的压接质量。

功能性压接缺陷中，D类缺陷占比最多，且各电压等级输电线路中均有出现，E、F类缺陷占比较少。同时，该三类功能性缺陷对导线与线夹间的拉力影响都比较大，尤其是E类缺陷。D类缺陷是压接钢锚凹槽处铝管时，由于液压机出力不足，导致不同程度欠压，建议对该钢锚处铝管进行补压。E类缺陷是由于采用倒压压接方式，钢锚拉环处未设置压接预留长度，导致不压区向钢锚拉环方向偏移，铝管压接错位，部分或全部钢锚凹槽未压，建议应及时对钢锚处铝管进行补压或更换线夹。F类缺陷是压接至钢锚管处的铝管时，由于压接位置未控制好，导致多压半模，不压区向导线端平移半模，同时导线端部的铝管部分未压，建议对该线夹导线端部铝管进行补压。

3 结 论

通过将X射线无损检测技术应用到耐张线夹压接质量缺陷检测中，对300根不同电压等级输电线路的耐张线夹进行检测分析，得到以下结论：

(1)耐张线夹压接质量缺陷六类，分别是钢芯鼓肚、钢锚管存在毛刺、钢锚管变形、钢锚管处铝管空压、钢锚凹槽处铝管欠压、钢锚处铝管压接错位。

(2)六类不同压接缺陷中，钢锚管存在毛刺的缺陷在高压输电线路中出现较多，为10%～15%左右；钢锚凹槽处铝管欠压缺陷在各电压等级输电线路耐张线夹中均有出现，平均占比达23%左右。

(3)对各类压接缺陷提出了避免措施和不同的补救建议，以保证输电线路的安全稳定运行。

[参考文献]

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[2] 国家能源局.输变电工程架空导线及地线液压压接工艺规程：DL/T 5285—2013[S].北京：中国电力出版社，2015.

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[10] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.气瓶对接焊缝X射线数字成像检测：GB/T 17925—2011[S].北京：中国标准出版社，2011．

[11] 国家能源局.耐张线夹：DL/T 757—2009[S].北京：中国电力出版社，2009.