基于数字射线的耐张线夹压接质量评价试验

赵洲峰，王若民，陈国宏，印卫佳，周 桢，邹君文

（1.国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，杭州 310014；2.国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，合肥 230000；3.浙江省电力压力容器检验所有限公司，杭州 310014）

0 引言

耐张线夹是特高压输电线路远距离不间断输电的重要金具，用于将导线或地线锚固于非直线杆塔的耐张绝缘子串上。对压缩性耐张线夹而言，由于压接质量问题，当线路出现负荷过大、导线覆冰或舞动等极端情况时，极易引发线路强度下降，出现掉线事故，影响电网的安全稳定运行[1-7]。我国现有耐张线夹压接质量检查主要是对压接后试件进行握力试验以对边距测量、外观检验等[8-19]，而缺乏对金具内部导线和钢芯压接状态的无损检测方法和质量评价标准。

射线检测和超声检测是检测工件内部缺陷的常用手段。河北电科院将小型X射线装置用于检测架空输电线路压接金具质量，验证了X射线探伤可以显示耐张线夹内部压接质量[11]。南方电网公司也开发类似射线检测装置用于耐张线夹和接续管压接质量的在线检测[12]。华北电力大学基于X射线检测结果，探讨了钢芯与铝管压接尺寸对导线承拉力的综合影响[13]。湖北电科院提出利用超声波测厚仪快速检查耐张线夹压接位置和检查压接质量[14]。然而，针对耐张线夹内部可能存在的钢锚和铝管压接部位凹槽欠压、钢芯和钢管压接部位未压接、铝管和导线压接部位未压接、钢管弯曲度过大等隐蔽型缺陷的检测及评价工作，尚未见系统研究。

针对以上问题，本文开展基于数字射线的耐张线夹压接质量评价技术试验，设计和制作含典型内部压接缺陷的模拟试件，进行压接后的射线检测以及握力试验，对比分析含不同压接缺陷金具的承拉能力，为检测质量等级评判提供指导。

1 试验方案设计

1.1 模拟试件

试验用导线型号为JL/G1A-720/50-45/7，其钢芯股数为7股，外径3.018 mm，铝线股数为45股，外径4.512 mm，计算拉断力为179.65 kN。线夹钢锚平均外径约20 mm，内径约9.5 mm，压接长度约127 mm，凹槽个数为3个；铝管平均外径约60 mm，内径约37.5 mm，压接长度371 mm。按照DL/T 5285-2018《输变电工程架空导线及地线液压压接工艺规程》，共制作7大类试样，分别为：正常压接，不保压压接（压接到80 MPa时不保持3～5 s）、钢锚和铝管压接部位凹槽少压（未压接凹槽数1～3个）；芯线和钢管压接部位未压接（未压接长度10%～70%）；铝管和导线压接部位（未压接长度10%～70%）；钢管弯曲（弯曲度2%）；铝管弯曲（弯曲度2%），缺陷位置示意如图1所示。

1.2 数字射线检测

图1 压接缺陷分布

对所有模拟试件的缺陷设置位置进行数字射线检测。射线检测系统由便携式X射线机（管电压0.3 MeV、焦点3.0 mm）、平板探测器（非晶硅、成像面积410 mm×410 mm、分辨率2.5 Lp/mm)、远程控制台、工装夹具等部分组成。射线检测工艺确保重点检测部位的成像清晰、信息完备，并且整个缺陷区域在一张底片上显示，具体检测参数为：管电压80 kV、管电流3 mA、焦距600 mm、焦点3 mm、曝光时间8 s。

1.3 握力试验

按GB/T 2317.1-2008《电力金具试验方法 第1部分：机械试验》要求对所有试件进行握力试验，采用YSJ-1000型号的液压卧式拉力机，按以下加载步骤可得到载荷特性（见图2）：

（1）将样品两端安装在拉力试验机上，施加载荷达到导线计算拉断力的20%，在耐张线夹端口的导线上作一个参考标记，以测量导线相对于耐张线夹的滑移量。

（2）在不少于30 s时间内，将拉力逐步增加到导线计算拉断力的50%，保持120 s。

（3）在不少于30 s时间内，将拉力逐步增加到规定的握力值（导线计算拉断力的95%），保持60 s。

（4）如果试验合格，继续施加张力，直至导线断裂或线夹出现滑移，记录此时拉力值和断裂位置。

图2 握力试验载荷特性

2 试验结果与讨论

2.1 数字射线检测结果

数字射线检测结果如图3所示，可以看到，数字射线底片清晰反映了线夹内部结构（包括钢芯、钢锚、导线和铝管），且可以直观显示所设置压接缺陷形貌。钢锚和铝管的压接情况如图3（b）所示，可以看到待压槽为3个，而未压槽1个；芯线和钢锚的未压接长度、铝管和导线的未压接长度均可以通过射线底片图直接测量，如图3（c）、图 3（e）所示；芯线和钢锚压接时钢锚的弯曲度、铝管和导线压接时铝管弯曲度也可以通过射线底片图直接测量， 如图 3（d）、 图 3（f）所示。因此，数字射线是检测耐张线夹压接质量的有效手段，可以直观检验出线夹内部的欠压缺陷，并对缺陷尺寸进行测量。但是对于压接位置正确而未进行保压处理的试样（如图3（a）所示），由于缺少直观的缺陷图像，通过射线底片难以判断，需要通过握力试验或者其他手段进一步确认。

2.2 握力试验结果及与射线检测对比分析

握力试验是耐张线夹压接质量检验的重要手段，现对7类试样的握力试验结果进行分别讨论。

表1为无缺陷试样、未保压试样、铝管弯曲试样以及钢管弯曲试样的握力试验结果，可以看到：未保压、铝管弯曲以及钢管弯曲这3种情况下的握力试验均为合格，断裂张力与导线的计算拉断力相当，断裂位置以铝导线为主，只有未保压时为钢芯断裂，如图4所示。可见，仅利用握力试验难以发现铝管和钢管弯曲等压接缺陷。因此，对于铝管和钢管弯曲度的射线评级标准，可以借鉴DL/T 5285-2018标准中的质量要求[12]，其临界值定位为弯曲度不超过总长度的2%。

表1 未保压及弯曲试样的握力试验结果

图3 不同缺陷的数字射线检测的图像显示

图4 断裂试样实物图像

对于试样凹槽少压的情况，分别选取少压1凹槽、少压2凹槽、少压3凹槽3种试样，并将其与正常压接试样进行对比，结果如表2所示。本次选取的样品一共有3个凹槽，当少压1个或者2个凹槽时，尽管断裂张力值与导线计算拉断力略有变化，但是握力试验结果均为合格，只有当3个凹槽完全不压接时才出现握力试验不合格情况，此时断裂张力值仅为101.26 kN。因此，如果以握力试验结果作为判定依据，则射线检测需要确认至少1个凹槽被压接完好。另外，对于凹槽欠压接情况，不论握力试验是否合格，断裂位置均为钢芯，这是因为未压接导致钢芯部位为受力薄弱环节。

表2 凹槽少压试样的握力试验结果

对于钢芯和钢管存在部分未压接的情况，其握力试验结果如图5（a）所示，当未压接长度不超过50%时，握力试验合格，断裂张力值在174～180 kN，与导线计算拉断力相差不大；当未压接长度为60%时，握力试验不合格，断裂张力值为167.24 kN，与导线计算拉断力相差较大，这说明对于钢芯和钢管未压接情况，其握力性能临界值出现在未压接长度60%，可以此作为数字射线检测的质量等级依据。随着钢芯和钢管未压接长度的增大，线夹断裂位置也出现差异，当未压接长度为10%和20%时，断裂位置与正常压接试样一致，均为铝线断裂；当未压接长度为30%和40%时，钢芯处为受力薄弱环节，所以发生断裂；当未压接长度超过50%时，铝线为主要承力部件，在拉伸过程中发生断裂。

对于铝管和导线存在部分未压接的情况，如图5（b）所示，同样是当未压接长度不超过50%时，握力试验合格，断裂张力值稳定在182 kN左右，比导线计算拉断力略大；当未压接长度为60%时，握力试验不合格，断裂张力值为172.84 kN，与导线计算拉断力相差较大，这说明对铝管和导线未压接情况，其握力性能临界值出现在未压接长度为60%，可以此作为数字射线检测的质量等级依据。随着铝管和导线未压接长度的增大，线夹断裂位置也出现差异性，当未压接长度小于50%，断裂位置为铝线断裂；当未压接长度超过50%时，断裂位置为钢芯断裂。

图5 不同长度未压接的握力试验结果

3 结论

（1）数字射线检测技术可以直观显示耐张线夹内部结构，可定量检验出钢锚和铝管压接部位凹槽少压数量、芯线和钢管压接部位未压接长度、铝管和导线压接部位长度、钢管弯曲度以及铝管弯曲度等缺陷指标。

（2）数字射线检测技术未能检测出该种类型线夹未保压试样，对未保压试样的判断需进一步分析。

（3）结合握力试验结果对比分析，可以为构建耐张线夹压接质量射线检测标准提供参考依据：凹槽欠压数量不超过2个；芯线和钢管未压接长度小于60%；铝管和导线未压接长度小于60%。

（4）对于铝管弯曲和钢管弯曲等压接缺陷，当弯曲度超过2%时，握力试验结果合格，但是综合金具验收标准要求，确定数字射线检测压接质量合格依据为弯曲度不超过2%。