电力金具线夹相控阵超声检测扫查装置设计*

余 超,张晓斌,傅思伟,张迅达,李 田,谢 丁

(1.华北电力科学研究院有限责任公司，北京 100045；2.国网天津市电力公司电力科学研究院，天津 300384;3.二重(德阳)重型装备有限公司,四川 德阳 618013)

0 引言

耐张线夹是十分重要的电力金具，其由铝套管和钢锚两部分组成[1],在线路施工过程中通过压力将耐张线夹和导线压接形成一个整体结构，使其能承担连接导线的全部张力，并起到通流作用。耐张线夹在投运后就不易再拆卸和更换，在遭遇舞动和长期微风振动等情况下，耐张线夹容易发生断裂从而引发电力事故[2，3]。因此线路施工过程中，在耐张线夹压接完成后安装前需对线夹的压接质量进行检测。由于耐张线夹内部导线与铝套管压接的结构比较复杂，对其进行常规的A型脉冲反射超声检测时信号识别比较困难。

相控阵超声检测技术作为一种新型的超声检测方法，由于其能够灵活控制声束角度偏转和聚焦在工业领域而得到了广泛应用[4-8]，且近两年已经逐渐运用到耐张线夹压接缺陷检测中[9，10]，季昌国等[11]通过实验证实了相控阵超声成像技术可直观有效地检测耐张线夹压接质量。但在实际检测中，如果相控阵探头和工件不能保证耦合良好，或者探头扫查路线偏离规定路径就无法得到有效数据，从而对信号分析造成影响。因此针对不同检测对象往往需要研发相应的扫查装置[12]，以提高数据采集效率和质量，减少人为影响，从而提高检测效率。为此本文研发了与耐张线夹相控阵检测配套的快速扫查装置，利用探头夹持组件和线夹固定组件之间的相对分离结构实现在不同规格线夹上都能保证探头位置与线夹适配。

1 耐张线夹结构及检测位置

图1为输电线路上在役的液压型耐张线夹，图2为液压型耐张线夹压接件实物，图3为液压型耐张线夹压接件内部结构。其中A区域由铝管与钢锚凹槽压接而成，B区域由铝管与铝绞线压接而成，若压接质量不良，则易产生漏压或者欠压等质量缺陷；A区和B区之间是未压区域；相控阵检测区域包括压接件的A区和B区。

图1 输电线路上在役的液压型耐张线夹

图2 液压型耐张线夹压接件实物

图3 液压型耐张线夹压接件内部结构

2 扫查装置设计与制作

2.1 整体结构设计

设计的耐张线夹压接质量相控阵检测扫查装置如图4所示，主要由上部分的探头夹持组件和下部分的线夹固定组件连接组成，搭配外置拉线编码器完成采集数据工作。该扫查装置能将相控阵探头牢牢固定在耐张线夹上，避免探头晃动，降低了扫查操作难度。

1-相控阵探头；2-轴肩螺钉；3-楔块；4-内六角螺钉；5-锁紧螺钉；6-勾环；7-轴承滚轮；8-第二机械臂；9-第一机械臂；10-固定板；11-弹簧；12-夹持架

检测时，通过调节线夹固定组件的机械臂使扫查装置贴合在耐张线夹上，然后拧紧螺钉。扫查装置在待扫查线夹上的安装如图5所示。

1-铝绞线；2-拉线编码器；3-编码器数据传输线；4-铝套管压接区域；5-探头连接线；6-相控阵探头；7-扫查装置；8-铝套管未压接区域；9-钢锚

2.2 探头夹持组件设计

探头夹持组件包括相控阵探头、楔块以及夹持架。探头与夹持架的装配关系如图6所示。楔块左右两端各有一个螺孔，夹持架左右两端相应位置也各有一个螺孔，安装时探头和楔块通过内六角螺钉紧固连接，然后用一字螺钉完成夹持架和楔块的紧固连接。

图6 探头与夹持架的装配

2.3 线夹固定组件设计

线夹固定组件由固定板、第一机械臂、第二机械臂三部分组成，如图7所示。固定板上有个勾环，用来连接拉线编码器。固定板和第一机械臂通过内六角螺钉进行铰接，第一机械臂和第二机械臂通过锁紧螺钉进行铰接。由于线夹压接后截面为正六边形，在检测前将扫查装置放置在线夹检测面上，调整第一机械臂的角度，让第一机械臂和线夹检测面的相邻面紧密贴合，再拧紧内六角螺钉；接着调整第二机械臂的角度，让第二机械臂上的轴承滚轮和线夹检测面的间隔面紧密贴合，再拧紧锁紧螺丝，此时整个扫查装置就紧紧抱在了线夹上，实现了扫查装置和线夹之间的固定。在检测过程中，外力推动轴承滚轮旋转，带动扫查装置沿着耐张线夹移动，完成检测。

1-内六角螺钉；2-锁紧螺钉；3-勾环；4-轴承滚轮；5-第二机械臂；6-第一机械臂；7-固定板

2.4 探头夹持组件和线夹固定组件的装配

探头夹持组件为扫查装置上组件，线夹固定组件为扫查装置下组件，上下两部分组件通过内六角轴肩螺钉和弹簧连接，如图8所示。

图8 扫查装置上下组件装配

在装配时，先在轴肩螺钉柱体上套上弹簧，将上组件的孔和下组件的螺纹孔对齐，让轴肩螺钉穿过上组件的圆孔与下组件的螺孔进行紧固连接，此时弹簧处于压缩状态，弹簧的反作用力会将上下组件紧密贴合。当有外力作用于探头时，会进一步压缩弹簧，由于轴肩螺钉靠近冒头处有一段柱体是没有螺纹的，上组件上对应的4个圆孔也没有加工螺纹，因此上下组件装配后可以相对分离。将扫查装置固定在耐张线夹上时，由于扫查装置下组件抱死在线夹上，若探头位置偏低，线夹会将探头用力往上顶，进一步压缩弹簧导致上下组件相对分离,从而对探头高度进行调整。这样的装配方式保证了该扫查装置在运用于不同规格线夹时都能保证探头位置与线夹适配，从而保证检测的有效性。

2.5 拉线编码器

编码器可分为滚轮编码器和拉线编码器两类，滚轮编码器为内置式编码器，拉线编码器为外置式编码器。由于耐张线夹检测面宽度很小，在组件中添加内置滚轮编码器无法实现数据采集，因此使用外置拉线编码器(如图9所示)，对耐张线夹检测面上每一处压接质量数据进行实时采集记录。

1-编码器系统；2-拉线盒；3-数据线；4-拉线；5-挂钩

3 实验验证

图10 为扫查装置实物，为了确保使用该扫查装置能够采集到良好的数据，特进行了实验验证，实验平台如图11所示。

图10 扫查装置实物 图11 实验平台

本实验采用NY-400/35液压型钢芯铝绞线用耐张线夹，严格按照压接工艺要求进行压接，压接质量良好无缺陷，压接后进行相控阵超声检测。相控阵探头发射纵波垂直入射到耐张线夹，探头沿着铝套管方向进行一维线性扫查，耐张线夹导线侧相控阵检测结果如图12所示。从图12中可以看出,采集到的相控阵数据信号的分布和走向与压接区域内部导线轮廓完全一致，导线与导线间的信号可以区分开，无压接缺陷信号，数据良好，说明该扫查装置可以有地效控制探头的移动轨迹并保证探头和线夹之间良好耦合，达到了预期要求。

图12 沿规划路径扫查检测的结果

4 结语

本文研发的耐张线夹相控阵超声检测快速扫查装置能够实现对探头位姿的控制，利用组件的相对分离结构实现在不同规格线夹上都能保证探头位置与线夹适配。实验表明，该耐张线夹使用研发的扫查装置可实现相控阵超声快速检测，并获得良好的数据质量。