无损探伤技术在输电线路中的应用

李建波 莫钜槐 王杰

(广东电网有限责任公司江门供电局 广东江门 529000)

1 输电线路传统检查方法的缺陷

随着社会的快速发展，电力需求量日益增大，输电架空线路设备不断增多[1]。随着投运年限逐渐增长，输电线路杆塔拉线和地线松股断股[2-4]、磨损、锈蚀和变形等现象陆续发生，轻则导致杆塔机械强度下降，重则引起倒塔断线，给电网的日常运行维护带来很大的安全隐患[5-6]。

传统的巡视拉线和地线检查，仅能发现其表面缺陷，对于其内部的细微缺陷与断股无法及时发现，拉线和地线内部的隐蔽缺陷，利用传统手段无法有效检测，特别是内部断股的情况，严重影响拉线和地线机械强度，一旦发生事故将严重影响线路安全运行。

2 技术介绍

电磁导波技术是通过电磁感应原理在地线和拉线内部产生快速传导的电磁场，当电磁场遇到断股、气孔、杂质、金属疲劳裂纹时会引起磁场波形变化，通过对感应电磁变化的监测可判断拉线内部情况，利用电磁的漏磁和主磁定量化检测拉线内部情况，通过机械探头动力装置达到对地线和拉线的全方位测量。

3 技术应用

地线及拉线随着线路运行时间的增加，有可能出现各种缺陷及隐患。例如：由于高温、高盐、高电压引起地线的锈蚀，导致其截面积的减小，进而导致地线内部性能发生变化，抗拉强度减弱，还有使用不当引起的“起灯笼”松散等现象，以及运行中的地线可能出现断线、锈蚀、破损、散股等，各种损伤都将会造成地线的缺陷。由于地线使用的重要性和结构性能特点，当耐张段内地线中存在严重缺陷后，影响输电线路安全稳定运行，需要对整个耐张段地线进行更换，因此，钢绞线一旦出现严重缺陷将是不可修复的。

由于人工巡视对地线检查效率低、输电线路通道走廊环境复杂、受人员巡检能力因素影响大、很难检查地线内部损伤情况和损伤发展情况，不能定量检测地线截面积损失，很难计算地线强度与预测地线使用寿命。由于上述的人工巡视的局限性，再加上有损检测对运行中的地线有破坏，并且检测不能完全代表全线的地线强度状况。因此，仅通过人工巡视和有损检测很难确保输电线路的安全稳定运行，只能采取地线定期更换或提前线路报废等措施来保证地线不发生断裂等安全事故。采用更换地线方法虽然能减少地线断线事故，但同时也增加检修成本、资源浪费、增加检修停电时间。

输电线路钢绞线电磁无损探伤仪，能在线检测钢绞线内外部断丝、磨损、锈蚀、变形、松股、跳丝、材质变化等各种缺陷状态下，精准检测地线和拉线内部运行状态，弥补了行业空白。

改进现有电磁无损探伤仪使其能适合野外输电线路检测，同时利用电磁导波技术，通过电磁感应原理在地线和拉线内部产生快速传导的电磁场，通过对感应电磁变化的监测可判断拉线内部情况生成相应技术报告。对地线和拉线等钢绞线材质的内部隐蔽缺陷及时快速无损检测，提高线路的安全性；转变了传统人工上塔检查的粗放式检测模式，大大加快了钢绞线缺陷故障的处理速度。

3.1 具体结构与运作方式

检测系统的软件部分是在小波变换分析的基础上，运用编程语言，以达到地线检测数据采集与控制、分析数据、显示数据与存储数据存功能。在软件功能上增添可视化分析，并利用可视化功能进行的动态连续采样跟踪，可以连续、动态地观察数据信号及其变化情况，实时显示检测结果，并在地线异常时发出报警信号。系统软件增加自动评估检测功能，在地线缺陷显示上增加了断面与总断面积的百分比，方便运维人员进行缺陷定级，并与Windows 完全兼容操作，可利用Word 文档格式生成检测报告。检测系统的硬件部分主要由传感器和实时报警器组成，其系统结构如图1所示。

图1 系统结构图

3.1.1 传感器方面

（1）电磁传感器。传感器由位移定位导轮、编码器、磁化装置及采样装置组成。当探伤仪启动后，地线与传感器产生相对运动时，即可采集检测信号。（2）位移定位器。位移定位导轮在地线上每旋转一周，编码器便发出采样指令信号，实现地线采样。（3）磁化装置。地线与传感器产生相对运动时，完成对地线的轴向磁化。（4）采样机构。地线与传感器产生相对运动时，通过采样通道，将地线的漏磁场变化情况转变为模拟电压信号[7]。

3.1.2 实时报警器方面

实时报警器是一个多功能便携式数据采集处理器，将数字信号通过传输数据线传输并存储到计算机中，同时利用计算机数据处理功能进行实时在线处理分析采集的信号，当损伤超过预先设置的限制阈值，将发出实时报警信号。报警器设有一组给传感器供电的锂电池组，输出为5 V，另有充电口可供充电和电源开关。

综上所述，硬件的连接结构为：将传感器并置于需检测的地线或拉线等钢绞线材质上，将信号线插入传感器编码器中，并锁紧，以防检测过程中信号线脱落；将信号线的另一端与实时报警器（电源配置器）连接，再用数据线将计算机与报警器连接；全部连接完毕后，打开电源开关并启动计算机即可开始检测工作，具体情况如图2所示。

图2 信号采集接线图

3.2 运作方式

3.2.1 系统方面

系统的具体操作流程为：检查探伤仪与计算机—安装并连接探伤仪等—打开各报警器电源与计算机—启动探伤系统软件—采集检测数据—数据处理及分析评估—导出结果与诊断报告。

3.2.2 动力方面

在检测仪器上搭载自主爬升的动力装置，车架前端还固定有一级支持架和二级支持架。一级支持架的末端设置有调节装置；二级支持架另一端固定有导向轮，车架的前端固定设置有悬挂支架，悬挂支架的中部通过固定件固定有电机，电机上固定有减速机，减速机输出轴通过链条与设置在悬挂支架顶端的齿轮A 啮合，齿轮A和动力轮为同轴，悬挂支架一侧还设置有锁扣，由此实现输电线单导线攀爬。其整体动力结构如图3所示。

图3 整体动力结构图

无损探伤仪传感器在地线检测时，采用悬浮式固定在地线上，以避免探伤仪探头在地线上摆动；只有地线通过探头传感器部分的才能被检测到，因此，当检测过程中存在死区时，应选择多次往复检测。地线检测处应远离热源、磁源及其他强磁场干扰的影响。当检测位置受限时，为保证人员和设备的安全，检测位置要预留一部分操作空间。架空地线检测时，检测人员应正确使用安全带，不得失去安全带保护，并对检测仪器采用必要的防坠落安全保护，采用尼龙绳、安全带等。

3.3 成果应用情况

该项目于2021年11月测试调试完毕后，选取江门市某输电管理所多条新建输电线路的拉线、地线进行检验，及时发现导地线内部钢芯断股及疲劳情况，检测准确率达到了90%以上。此外，该项目还可完成可视化检测并输出检测报告，使检测结果一目了然，省去了输电运维人员整理、编制缺陷报告的时间，大大提高了工作效率。改进后无损探伤仪应用如图4所示。磨损现象时的钢绞线股波信号示例如图5所示。

图4 改进后无损探伤仪应用

图5 磨损现象时的钢绞线股波信号示例

4 结语

改进现有电磁无损探伤仪，使其能适合野外输电线路检测，同时利用电磁导波技术，通过电磁感应原理在地线和拉线内部产生快速传导的电磁场，通过对感应电磁变化的监测可判断拉线内部情况生成相应技术报告。对地线和拉线等钢绞线材质的内部隐蔽缺陷及时、快速地无损检测，提高线路的安全性；转变了传统人工上塔检查的粗放式检测模式，大大提升了钢绞线缺陷故障的处理速度。在安全性能上大幅度降低了登塔验收人员的操作风险，提高验收效率，保障了线路安全稳定运行。