浅谈水泥电杆检测分析方法与状态评估技术

张舒

（安徽省建筑材料科学技术研究院 安徽合肥 230009）

浅谈水泥电杆检测分析方法与状态评估技术

张舒

（安徽省建筑材料科学技术研究院 安徽合肥 230009）

在架空线路中，水泥电杆是重要的组成部分，输电线路的正常运行受到电杆安全性的直接影响。裂纹为水泥电杆常见缺陷，影响电杆的力学性能和耐久性，降低输电线路运行的稳定性，在本文中，介绍了水泥电杆裂纹的危害及产生原因，利用无损检测方法对水泥电杆进行检测，并在有限元分析的基础上对电杆状态进行评估，从而保证电杆的安全运行。

水泥电杆；检测方法；状态评估

前言

低压输电线路主要采用水泥电杆进行支撑。近年来，随着科学技术的发展，110～500kV高压架空线路的支撑也开始运用水泥电杆，水泥电杆的安全性及耐久性对输电线路的稳定运行有着非常大的影响，通过相应的检测分析方法以及状态评估技术，准确的检测电杆是否存在缺陷，并评价电杆的安全性，当电杆运行的安全性比较差时，有针对性的进行处理，提升电杆使用的安全性，延长电杆的使用寿命。

1 水泥电杆裂纹的危害及产生原因

1.1 水泥电杆裂纹的危害

在水泥电杆运行的过程中，除去自身存在的缺陷外，裂纹是最为主要的缺陷，电杆裂纹的存在对电杆运行的安全性、耐久性及稳定性产生比较大的影响。从裂纹类型方面看，包含三种类型：①纵向裂纹，是指上下方向的裂纹，通常，纵向裂纹比较长，在一根电杆上，竖向裂纹可能只有一条，也可能有多条，顶部、中部和底部是主要的分布位置；②横向裂纹，是指左右方向的裂纹，多在电杆的中部位置分布，一根电杆的横向裂纹一般只有一条；③龟纹，是指网络状的裂纹。水泥电杆出现裂纹之后，如果没有及时的进行处理，那么将会导致水泥脱落、电杆强度降低、承受能力下降等，严重时甚至造成电杆断裂，引发停电，而且水泥电杆裂纹的存在也会对电力检修人员的生命安全造成威胁。

1.2 水泥电杆裂纹产生原因

生产厂商在生产水泥电杆时，使用的水泥标号不符合要求，或者水泥的质量比较差，导致生产出来的水泥电杆强度无法满足规定的要求，投入使用之后，非常容易出现裂纹。生产企业在进行混凝土配置时，水与灰的比例过大，沙子直径大、存在杂物，降低生产质量，在养护时，急于求成，缩短时间，影响水泥电杆的强度，从而导致电杆在使用一段时间之后，因无法承受外界负荷而产生裂纹。电杆直接在露天的环境中工作，风雪雨雾都会对电杆造成不同程度的影响，这其中，冻害的影响最大，在物体热胀冷缩的变化规律下，电杆极易出现裂纹，如湖南大部分地区的电杆均受到2012年特大冰雪灾害的袭击，加之电杆使用的年限比较长，导致电杆的寿命受到了严重的影响[1]。

2 水泥电杆的无损检测方法

2.1 工作原理

无损检测方法是指磁性无损检测，对于铁磁性材料，通过励磁系统的励磁作用，促使其磁化达到饱和的状态，由此，对缺陷的性质、位置、数量等进行间接的检测。在磁性检测方法中，最为常用的就是漏磁检测，对被检测对象进行检测时，漏磁磁场会产生一定的变化，据此推断出检测参数。在水泥电杆裂纹检测中，通过磁性无损检测方法，可以降低检测分析方法对水泥电杆的损伤。

2.2 电杆的检测分析方法

在水泥电杆的裂纹缺陷检测中，通过电磁的作用，提升检测的效果。基于磁性无损检测方法，设计水泥电杆缺陷检测方案，在此检测系统中，包含检测传感器、信号预处理、模/数转换、计算机系统、数据存储和分析并波形显示，水泥电杆中，包含比较多的钢筋，被磁化之后，会产生磁信号，此信号中包含钢质结构特征。具体的工作流程如下：将检测传感器安装在水泥电杆上，检测到特征信号之后进行转号，随后将电信号发送至信号预处理模块；信号预处理进行滤波、方法处理之后，将电信号转换为模拟信号，传送至模/数转换模块中；模/数转换模块再次对信号进行处理，变为数字信号，并传输至计算机系统中；计算机系统通过相应的分析软件，对数据进行存储、分析，最后，利用波形的形式将数据结果显示出来[2]。

水泥电杆纵向裂纹深度检测中，无损检测方法为常用的方法。当裂纹处没有钢筋时，无法利用此种方法进行检测，通过超声波检测方法、射线检测方法等均可以比较好的检测出水泥电杆的裂纹深度。如果裂缝处含有钢筋，即可采用磁性无损检测方法来进行，当裂缝深度与钢筋保护层厚度存在一定的距离时，测定结果并不会受到什么影响，但当裂纹深度已经穿过钢筋保护层厚度时，利用磁性无损检测方法的检测装置（见图1）进行检测，在端盖出设置钢筋安装孔，主要的目的是模仿钢筋距离水泥电杆表面的距离，检测中，转动检测传感器，沿着PVC管，检测传感器进行圆周运动，将不用位置的电磁场信息采集完成，随着，依据相应的波形图形，判断出水泥电杆的裂纹深度，从而有针对性的采取裂纹处理措施，保证电杆的耐久性，延长电杆的使用寿命，保障输电线路的安全运行。

图1 磁性无损检测装置图

3 基于有限元分析的水泥电杆状态评估

3.1 电杆状态评估装置

在对电杆的状态及力学性能进行检测时，选用锥形电杆力学性能检测装置（如图2），此装置中共包含三个部分，分别为台座、加载装置以及自重消除装置。检测时，整根水泥电杆的重量由自重消除装置的千斤顶来承载，之后，逐步的将千斤顶的顶力撤除，全部撤除之后，逐级加载加载装置中的液压千斤顶，这二者的和就是电杆所受荷载。

图2 锥形电杆力学性能检测装置

3.2 有限元分析

利用分离式模型建立起电杆的有限元模型，混凝土采用8节点三维非线性实体单元Solid65，钢筋采用link8单元，依据钢筋面积相等的原则，电杆横断面上均匀分布12根钢筋[3]。建模时，以柱坐标系作为总体坐标系，在极坐标平面内，完成1/12内圆环面的建立，沿着z轴的方向，按照拉伸比例进行拉伸，进而建立起对应的实体模型，外实体模型的建立方法与之相同。模型建立完成之后，合理的选择单元类型和材料模型。钢筋link8单元在进行有限元网格划分时，每个单元的长度都设置为50mm；混凝土Solid65单元进行有限元网格换分时，方法为六面体单元划分，共划分为5层，每层为10mm。在进行计算之前，需要进行荷载和约束的增加，与试验装置相比，有限元模型的边界条件有所不同，通过约束的施加，可有效地提升试验的效果，在本模型中，施加的约束为固定约束，此外，在施加荷载时，各个节点所施加的荷载相同。约束及荷载的施加完成后，即可进行求解。

3.3 数值模拟

以三个实际的水泥电杆为例，分别选各自模型中加载点的节点，将节点的相应图和数据提取出来，在试验中，需要在有限元模型中对应粘贴应变片的部位，从而将图和书库有效的提取出来。从截面上来看，电杆为中空环形，应力分布提取并不适合，而且在布置钢筋时，以圆环为方向，相对中性轴高度在变化时，数值有所区别，因此在进行电杆力学性能分析时，首先要将在极限承载能力状态时，计算出钢筋的应力。最后，将荷载-挠度、弯矩-应变、极限荷载下应力等值线绘制出来，并对电杆的力学行为进行分析，依据分析结果，将电杆的状态准确的评估出来。

4 结论

水泥电杆在运行的过程中，受到冻害、质量等方面因素的影响，比较容易发生裂纹，进而对电杆的耐久性产生影响，严重时甚至导致输电线路无法正常运行，发生停电事故。通过对水泥电杆的检测及状态评估，可有效地发现电杆中存在的缺陷，并判定电杆的耐久性、安全性等，从而准确的掌握电杆的性能，若存在问题，及时的处理，保证电杆运行的安全性。

[1]刘思远，夏开全.输电线路混凝土电杆安全性评估方法研究[J].中国电力，2013（01）：65～68.

[2]王彦海，张璐，文中.混凝土电杆埋深段断裂治理研究与检测技术[J].混凝土与水泥制品，2013（07）：30～32.

[3]罗容波，王岩，黄松波，等.基于冲击电流的GIS导电杆回路电阻测量方法研究[J].高压电器，2013（10）：46～50.

TM75

A

1004-7344（2016）01-0084-02

2015-12-1