一种拉线塔拉线张力测量方法的工程实践

陈鑫海，涂枥予 （1.湖北省输电线路工程技术中心，湖北 宜昌 443002；2.三峡大学 电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002）

0 引言

由于拉线塔具有风荷载小、铁塔耗钢量小、基础形式简单、基础材料量小、工程投资少等优点，因此拉线塔得以广泛应用于江汉平原[4]。

拉线塔是由塔柱和拉线构成的非自立式高耸钢结构，塔身不能独立承受荷载，必须设置拉线来抵抗外荷载并通过拉线施加预应力来提供拉线塔的刚度。因此，拉线塔的主要受力部件是拉线，拉线的张力是表征拉线塔是否能正常运行的重要参数[9]，在线路运维中需要定期监测。然而，受测量技术的限制，目前在线路运维中，主要还是通过经验法判断拉线的张力。由于经验法受人的主观性影响较大，因此存在精度低、差异性大、可靠性差等问题[5]。

图像识别技术的张力测量方法是一种新的张力测量技术，本文采用该技术并对江汉平原30 基拉线塔开展张力测量工作，评估拉线的安全稳定性。

1 工程概述

1.1 工程背景

本次检测的拉线塔位于江汉平原，建设于20世纪80-90年代，其设计使用年限普遍在25～30 年。如今，其实际使用年限早已超过了设计使用年限。在环境荷载的作用下，逾龄拉线塔普遍存在塔材锈蚀、拉线张力松弛、地基沉降、拉线外力破坏、螺栓松动等问题[1]。在此背景下，大量的逾龄拉线塔已成为江汉平原电能运输安全的不稳定因素。这部分拉线塔由于设计年限久远，部分设计资料缺失，设计条件与现实运行条件发生了较大的改变，这给铁塔的安全评估带来了极大的困难，一旦发生输电铁塔倒伏，将会严重影响输电线路的安全性[10]。

图1 拉线塔、拉门塔

1.2 检测地点

在检测区域选择30 基逾龄拉线塔拉线张力进行评估检测，其中检测的塔主要分布于500kV 葛军线、500kV 双玉一回线路及500kV 双玉二回线路。500kV 葛军线为常规单回架空线路，500kV 葛玉线起始于葛洲坝，终止于玉贤变电站；500kV 双玉一回输电线路1982 年投运，始称“双凤线”，属“平武工程”双河变电站至武汉凤凰山变电站段，该线路是华中电网系统骨干输电线；500kV 双玉二回线，线路起始于双河变电站，终止于玉贤变电站，于1998 年7月20 日投运。上述30 基铁塔在地图中位置如图2所示。

图2 所检测拉线塔地理位置

图3 检测方法流程图

图4 拍摄拉线振动视频

图5 对图像进行处理

图6 拉线张力计算

2 张力检测

2.1 检测方法

传统的电阻应变式拉线张力测量仪器需直接与拉线相连才能对拉力进行准确的测量，不适用于已运营拉线结构，形成拉线张力测量难的痛点。

本文采用基于图像处理技术的拉线张力检测方法。检测方法流程是给拉线一段在环境激励下的时间历程信号，在拉线发生强烈振动的同时，采集拉线塔拉线振动视频，通过图像处理技术识别振动频率，从而由频率推算张力[2]。

2.2 检测流程

①人工激励

选取一个拉线塔拉线与背景颜色之间有较大色差的区域，对拉线塔拉线给予一段环境激励下的时间历程信号。

②拍摄视频

将拍摄视频的设备固定在拉线一定距离处，采集一段拉线塔拉线振动时的视频，且采集拉线塔拉线张力振动视频时长最好大于一个稳定的时间段。

③图像处理

将拍摄好的视频导入新型拉线塔拉线张力测量系统中进行图像处理，系统将从视频中自动捕获出像素高且稳定性强的片段进行分析。

④频率分析

通过该新型拉线塔拉线张力测量系统中的模型和算法对视频中拉线塔拉线振动的频率进行分析。

3 结果分析

经过该新型的拉线塔拉线张力测量系统分别对三条线路拉线的振动视频分析并处理，可以精准测量到拉线拉力值，相关数据汇总见表1。

表1 三条线路拉力测量数据

本工程所测量±500kV 拉线塔拉线的标准预应力设计值为120MPa，每根拉线包含19 根钢绞线，拉线直径为14.5mm，根据计算可得其设计张力安全值应该在19.8kN附近[3]。

本检测旨为进行拉线张力松弛对拉线塔的安全评估提供判断标准，根据运行经验和相关规范，将拉线张力松弛对拉线塔的安全影响分为3 个等级[7]，如表2所示。

表2 等级判断标准

500kV葛军线拉线张力处于设计张力70%～85%之间，属于2等级；500kV双玉一回线路拉线张力处于设计张力85%～100%之间，属于1等级；500kV双玉二回线路拉线张力处于设计张力85%～100%之间，属于1等级。综上所述，三条线路的拉线塔拉线均出现一定程度的松弛问题。

然而拉线塔拉线是拉线塔的主要受力部件，其张力的大小会受到外部不可控作用力的影响。控制拉线塔拉线张力在合理范围内，是保证拉线塔整体结构稳定性的重中之重，因此需要精准测量拉线塔的拉线张力，以及为了应对拉线塔拉线松弛等影响拉线张力大小的问题提出解决方案。为类似的工程应用借鉴，并为解决拉线张力问题提供了解决思路，可以应用如图7和图8的解决方案。

图7 修筑水泥防护墩

图8 对拉棒进行深埋

①修筑水泥墩和对拉棒进行深埋

拉线装置容易受到地基环境的影响，而农耕开挖等作业将会使得周围地基发生沉降。通过修筑水泥墩和对拉棒进行深埋，使得拉棒周围的地基更加的稳固，能够有效防止因地基沉降而导致的线路拉线塔拉线的应力变化，并且可以大幅度减小因受到外界撞击而使其固定处松动的可能性，避免导致拉线塔拉线松弛。

②对腐蚀钢绞线进行及时更换

钢绞线容易受到大气环境的影响，在阴雨天等潮湿环境下，钢绞线股与股之间容易渗入雨水和湿气，雨水和相关杂质作为电解质，与钢绞线在长时间的作用下发生电化学腐蚀，从而容易发生腐蚀断股等情况[8]。通过及时更换受到严重腐蚀的拉线，能够大大降低因拉线腐蚀断股而造成的风险，提高了拉线塔拉线运行的稳定性。

③对拉棒进行防腐处理

拉线棒容易受到所处地面环境影响，尤其是处于潮湿地带或者水田环境。通过对拉棒受腐蚀程度进行评估，对拉棒进行更换或者涂防腐油漆等处理，使得拉棒能够更加稳定的发挥作用，保证拉线塔拉线的正常工作。

④对螺栓等连接处进行包裹加固

螺栓等连接处容易受到外界撞击等外界因素影响，通过对螺栓等连接处进行包裹缓震，可以有效减少因外界撞击而导致的螺栓等连接处松动，保证螺栓的预紧力正常，从而保证拉线的稳定性。

4 结论

本文采用视频图像识别技术，对江汉平原30 基具有代表性的拉线塔的拉线张力进行了检测，可得到如下结论。

①基于图像识别技术的拉线塔拉线张力测量技术是一种张力测量新技术，具有非接触、测量速度快等优点。且其可操作性十分强，能够很好的应用到拉线塔拉线张力测量的工程当中，并解决相关的问题。

②精准测量拉线塔拉线张力，并且判定拉线张力松弛对拉线塔的安全影响等级，本文为解决不同等级拉线松弛问题进行分析和思考其解决方案提供了借鉴思路。