X射线检测装置在架空输电线路压接金具质量检测中的应用

张志猛,贾伯岩,吴宏亮,冯砚厅,古海峰,朱思旭

(1.国网河北省电力公司电力科学研究院,石家庄 050021;2.神华河北国华定州发电有限责任公司,河北 保定 073000)

X射线检测装置在架空输电线路压接金具质量检测中的应用

张志猛1,贾伯岩1,吴宏亮2,冯砚厅1,古海峰1,朱思旭1

(1.国网河北省电力公司电力科学研究院,石家庄 050021;2.神华河北国华定州发电有限责任公司,河北 保定 073000)

针对线路施工中压接金具质量检测的现状,从理论上分析了X射线检测架空输电线路压接金具质量无损检测方式的可行性,介绍X射线便携式检测装置的结构及特点,并通过国内研制的耐张线夹和接续管压接质量小型检测装置现场应用实例,验证了该检测装置对输电线路中在线的耐张线夹和接续管无损检测是有效的,证明X射线检测技术在架空输电线路压接金具质量检测具有较好的适用性。

X射线检测;架空输电线路;压接型金具;耐张线夹;接续管;压接质量

在架空输电线路中,导、地线连接大量采用压接型电力金具(耐张线夹和接续管),压接形式早期采用爆压,目前主要采用液压,压接型电力金具既要承受导线或地线的全部张力,同时又是通流导体,此类金具一旦安装后,就不再拆卸。目前,架空输电线路导地线耐张线夹、接续管压接质量的检查方法,只限于在压接前后用游标卡尺对耐张线夹、直线接续管外观尺寸的检查。压接施工前按照规程要求制作试样,送实验室进行握力试验,确定压接握力,并检查压接质量。金具压接属于隐蔽工程,对施工人员技能水平、操作是否规范关系很大,另外由于是在高空压接,现场不易全面监督,从而出现因耐张线夹、直线接续管压接质量不良。当线路处于大负荷运行情况下,压接不符合要求的耐张线夹和接续管易引发局部发热温度过高而损伤导线,导致连接强度的降低,或因压接握力不足导致掉线,尤其是在导线覆冰或舞动的情况下,极可能因压接质量问题引发掉线事故[1-2]。

国内因耐张线夹和接续管压接质量问题引发的线路运行事故时有发生,经事后分析,大多由导、地线在压接管中未穿到位或压接位置不符合相关规程等压接质量问题而引发。

因此,耐张线夹和接续管的压接质量严重影响输电线路的安全运行,迫切需要一种简易有效手段能够对金具压接质量进行快速检测。通过有效的仪器检测并排除此类事故隐患,避免因施工压接质量问题引发的输电线路事故,保证线路安全运行,避免因线路掉线造成重大危害和社会影响。

1 线路施工中压接质量检测现状

目前新建输电线路工程中,对耐张线夹和接续管压接质量检测方法仅限于压接后外观尺寸检测和握力试验。外观尺寸检测即通过标尺测量的方法,对压接后的产品进行外观压接尺寸测量,此检验方法不会损伤压接金具,旨在通过测量压紧后金具尺寸是否满足要求,来检测金具压接是否压紧、是否压接到位,但无法检测金具内部压接状态。握力试验是一种在实验室进行的破坏性检测方法,针对工程导线及金具型号,制作压接试样,送试验室检测,此方法可以直观地检测出产品的外部和内部压接状态,但只是作为一种抽查试验,检验所测金具的压接状态,而不能代表线路中实际使用金具的压接状态,同时抽查试验会带来金具和导线的损耗。

目前,实际应用都是耐张线夹和接续管压接完成后直接在线路中挂线使用,目前还无法对施工现场压接完成后的金具内部导线和钢芯的压接状态进行非破坏性的检查与抽检,更无法对高空中挂线后的压接型金具进行压接质量检验,从而无法从根本上排除此类压接质量不正常所造成的重大事故的隐患。在施工过程中,导线、地线在压接管中未贯穿到位或钢芯压接不符合要求,都将为线路安全运行埋下重大隐患。在全国范围内,因耐张线夹或接续管压接质量不合格引发的断线、掉线事故发生过很多起。因此对耐张线夹和接续管进行检测刻不容缓。国内一些线路器材厂家针对压紧金具质量检测问题,开展了耐张线夹和接续管压接质量的检测方法研究,提出通过X射线成像技术检测内部压紧状态,检测压接质量,通过有效的仪器检测并排除此类事故隐患,避免因施工压接质量问题引发的输电线路事故,收到了良好的效果。

2 X射线检测压接型金具内在状态可行性分析

射线检测方法是利用射线穿透物体来发现物体内部结构和缺陷的原理来实现的,穿透作用是指射线通过物质时不被吸收的能力,利用差别吸收这种性质可以把密度和厚度不同的金属结构区分开来。这正是射线透视和摄影的物理基础。射线穿透物体时其强度的衰减与试件的密度、厚度及射线光量子的能量有关,射线检测原理如图1所示[3]。

图1 射线检测原理

射线衰减的基本规律:

式中:I为透射后的射线强度;I0为原始入射线强度;x为穿透物体的厚度;μ为物体的衰减系数。

根据式(1)便可得出入射线强度通过大小为δ的间隙后,透射后射线强度为:

式中:δ为试件间隙的大小。

根据射线衰减基本规律及指数函数性质可得,经多种均质材料透射后射线的强度为:

式中:xN为不同物体的穿透厚度;μN为不同物体的衰减系数。

耐张线夹和导线的材质为铝和钢2种,压接位置分别为铝管与钢锚尾部凹槽压接、钢芯与钢锚管压接、钢芯与钢锚管压接、钢芯铝绞线与铝绞线与铝管压接三处压接。利用射线检测方法对连接金具内部压接质量进行检查,主要检铝管与钢锚尾部凹槽压接是否紧密到位,钢芯是否插入到钢锚管底部、钢芯距离钢芯铝绞线断面距离3处。如对钢芯是否插入到钢锚管底部进行检验,当钢绞线完全插入钢管时,射线穿透厚度为x铝管+ x钢管+x钢绞线,当钢绞线未完全插入钢管内部时,射线穿透厚度为x铝管+x钢管。对这2种情况下的透射后射线强度进行对比,代入式(3),得到:

式中:I1为钢绞线完全插入钢管时的穿透强度;I2为钢绞线未完全插入钢管时的穿透强度。

以耐张线夹NY-400/35为例,当射线能量为0.25MeV时,μ铝=0.29,μ铁=0.80,钢绞线直径为0.75cm,代入式(4)得:

即I1=0.55I2

由以上计算结果得出,钢绞线完全插入钢管情况下的穿透强度约为钢绞线未完全插入钢管时的穿透强度的一半,即当选用合适的射线强度时,可以较明显地分辨出钢绞线插入钢管内的状态。因此,采用射线原理检验耐张线夹和接续管内部压接状态是可行的。同时此方法可以通过图可以直观、清晰地辨别出产品内部压接状态,并且不会因专门制作压接试样对金具及导线造成损耗。

3 X射线便携式检测装置的研制

X射线的方法可以有效地检测压接质量,但由于射线机体积大、质量重,需要射线防护,工作时周围不能有人等,不适用在野外高空进行检测,急需要研制一种小型的便携设备进行检测工作。

通过对射线检测使用原理的分析,提出研制适用于现场地面和高空作业的耐张线夹和接续管压接质量检测装置。装置应具有以下特点:便于施工现场的安装、检测和携带;适用于空中检测;检测压接型金具内部铝和钢2种材质的内部状态;具有成像和存储等功能。同时为满足地面和空中安装、检测、验收的需要,该装置应小巧、轻便和便于携带,故选用脉冲式射线检查仪,主要包括发射仪、接收仪以及软件成像系统3个部分。

为满足高空检测时安装操作简单、可靠的要求,还需研制一种装夹器具,该装夹器具应具有以下结构特点:

a.发射仪、接收仪应与被测金具装配成一体,且发射仪和接收仪固定在被测金具的两侧;

b.装夹器具可夹持不同导线型号的耐张线夹和接续管;

c.装夹器具配备有自动锁紧结构,用于锁紧在被测金具上;

d.装夹器具设计有滑动导轨结构,方便发射仪沿导线轴向滑动,用于检测不同位置处的金具压接状态;

e.装夹器具设计有固定结构,用于固定接收仪;

f.在发射仪处设计有特殊的滤光结构,以生成更加清晰的图像;

g.检测装置各部件之间信号可以通过无线或有线传输;

h.检测装置可以用电池或交流电供电。经过大量的设计试验,确定该检测装置具体结构见图2。

图2 检测装置结构示意

4 现场检测案例

2006年某省某条220kV输电线路的导线在正常运行状态下突然滑出,导致弧垂大幅下降,严重危及电网安全。

对导线断裂线夹进行了故障解剖,解剖示意见图3。

图3 断裂耐张解剖示意

对该塔下子导线因受力而弯曲的耐张线夹还进行了X射线无损检测和线切割解剖对照试验,试验结果为:采用X射线无损探伤的方法,能在不破坏耐张线夹的条件下准确清晰显示耐张线夹的压接程度;X射线探伤显示耐张线夹压接点符合工艺要求;线切割纵向剖开观察,可见耐张线夹压接点符合工艺要求;X射线探伤结果与线切割剖开观察结果对应一致。

对2种状态下导线应力进行了计算比较,结果如表1所示,当耐张线夹铝管负一模压接位置出现较大偏差时,基本上只有钢芯承受导线拉力,其在正常运行状况下,导线平均运行应力已

高达51%,远远超过DL/T5092-1999《110～500kV架空送电线路设计技术规程》中对于导线平均运行应力的上限要求,极易造成导线振动疲劳断股。

表1 不同状态下导线平均运行应力比较结果

根据以上试验、分析结果,对故障原因和整改方案进行了讨论和分析,通过耐张线夹的解剖比照试验分析,可确认故障原因为:该耐张线夹压接施工工艺不符合DL/T5285-2013《输变电工程架空导线及地线液压压接工艺规程》中的有关规定,铝管负一模压接位置出现较大偏差,钢锚与耐张线夹铝管没有连为一体,在导线长期荷载和微振动作用下,造成导线钢芯断裂,导致耐张线夹钢锚拉出[4]。

5 结论

X射线检测方法是一种检测耐张线夹和接续管内部压接质量的可行方法;通过开发便携式检测装置,并设计专门的装夹器具,以满足地面检测和高空检测的需要,可实现对耐张线夹和接续管的无损检测;通过无线图像传输,实现对架空输电线路金具高精度成像,可通过图片的形式直观、清晰的辨别出耐张线夹和接续管的内部压接状态。为开展架空线路压接金具质量抽检提供了一种有效手段。

[1] 刘 纯,熊 亮,陈红冬,等.500kV输电线路耐张线夹钢锚断裂分析[J].上海电力,2010(S1):264-266.

[2] 应伟国,胡旭光,黄旭骏.架空导线耐张压接管压接尺寸与机械荷载的验证[J].浙江电力,2010(7):14-16.

[3] 刘俊敏.工业X射线检测图像处理关键技术研究[D].重庆:重庆大学,2006.

[4] DL/T5285-2013,输变电工程架空导线及地线液压压接工艺及规程[S].

本文责任编辑:杨秀敏

表1 试验参数及计算结果

将细粉分离器和粗粉分离器的煤粉细度值带入式(5)中进行验证,验证模型所得85.13%,改造后为95.59%。细粉分离器分离效率计算模型所求得的效率值和验证模型相一致,可以作为细粉分离器改造后验收方法。

4 结论

通过煤粉等速取样装置、涡街风速仪等仪器进行细粉分离器试验,取得试验参数后,计算求得细粉分离器的分离效率,并利用验证模型对该方法进行验证。从案例计算结果可知,2种方法求得的效率值非常接近,验证了其正确性,细粉分离器的分离效率由改造前的84.28%提高到改造后的95%,达到了改造的目的。

参考文献:

[1] 刘爱忠.300MW火电机组培训丛书-燃煤锅炉机组[M].北京:中国电力出版社,2003.

[2] 叶江明.电厂锅炉原理及设备[M].北京:中国电力出版社, 2010.

[3] 宾谊沅,隆 斌.细粉分离器效率间接测算[J].湖南电力, 2011,31(1):25-27.

本文责任编辑:罗晓晓

Application of X-ray Detection Device in Overhead Transmission Line Compression Type-fitting Quality Inspection

Zhang Zhimeng1,Jia Boyan1,Wu Hongliang2,Feng Yanting1,Gu Haifeng1,Zhu Sixu1
(1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021; 2.Shenhua Hebei Guohua Dingzhou Power Generation Company Limited,Baoding 073000,China)

In allusion to the present situation of the transmission line construction compression type-fitting quality testing,X-ray detection nondestructive testing method overhead transmission line compression type-fitting quality are analyzed theoretically,the feasibility of hardware,introduce the structure and characteristic of X-ray portable testing device,and through the example of domestic development small detection device field application in tension clamp and connection pipe compression typefitting quality,show that the detection device for transmission line in the online tension clamp and connection pipe nondestructive testing is valid,prove that X-ray detection technology in overhead transmission line compression type-fitting quality testing has good applicability.

X-ray detection;overhead transmission line;compression type-fitting;tension clamp;splicing sleeve;extruded quality

TM863

B

1001-9898(2016)04-0043-04

2016-06-16

张志猛(1982-),男,工程师,主要从事架空输电线路相关检测工作。