输电线路杆塔接地放射线智能探测装置研究

李海峰++韩东峰++全明睿

文章编号：2095-6835（2017）04-0114-02

摘 要：在电力生产中，输电线路杆塔接地放射线是提高输电线路耐雷水平、降低线路雷击跳闸率的重要措施。为了保证输电线路能够安全、稳定运行，及时发现并处理接地放射线中存在的问题，每年需要根据现场情况开挖检查输电线路杆塔接地放射线。由于现场接地放射线实际敷设位置、敷设长度等与施工档案提供的施工简图严重不符，而杆塔所在位置地形多变，地质结构复杂，导致现场不能准确定位杆塔接地放射线的位置，只能通过人工试点寻找开挖检查点。这样做费时费力，给输电线路接地放射线开挖检查工作带来极大的困难。杆塔接地放射线智能探测装置能够有效识别有色金属和黑色金属，具有自动搜索、准确定位、目标报警和探测度广等特点。同时，还设有先进的地平衡系统，能排除“矿化反应”的干扰，增加仪器的探测深度，保证探测效果，有效代替原有人工开挖寻找检查放射线的方式，大大提高了工作人员的工作效率。

关键词：输电线路；放射线；智能探测装置；杆塔

中图分类号：TM754 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.114

根据《架空送电线路运行规程》等规程的规定，输电线路运行维护单位要逐年按比例开挖检查杆塔接地装置水平放射线的运行情况，发现其中存在的问题，确保接地放射线工作能够正常进行，保证杆塔的耐雷水平。目前，我公司主要负责山西境内500 kV及以上电压等级输电线路的运行维护工作，每年需要检查大量的杆塔接地放射线。这些杆塔接地体的水平放射线一般埋深为0.3～2 m，单腿敷设长度为10～80 m。现场实际敷设位置往往与施工档案提供的施工简图严重不符，而杆塔所在位置地形多变，地质结构复杂。这就造成现场不能准确定位杆塔接地放射线的位置，只能人工寻找开挖检查点，工作效率低，工作量大，费时费力，整体工作进展缓慢。基于此，需要研究一种具有自动搜索、准确定位、目标报警功能的杆塔接地放射线智能探测装置（以下简称“探测装置”）。

1 技术难点

智能探测装置是一种专门用来探测金属的仪器，除了用于探测有金属外壳或金属部件的物品外，还可以用来探测隐蔽在墙壁内的电线、埋在地下的水管和电缆，而且能够发现埋藏在地下的金属物体。目前，由于输电线路杆塔接地放射线埋设深度、辐射方式、所处地形等情况各异，再加上线路大部分处于高山大岭地区，特别是坚硬的地质结构，给人工开挖放射线检测带来极大的困难，导致放射线检查工作效率比较低，人工成本比较大。山西运维输电线路接地放射线基本采用的是圆钢放射形铺设，结合金属探测装置的工作原理和特点，研制一种输电线路使用的地下金属智能探测装置，以避免开挖检测，一举克服埋设深度、辐射方式、地形不同的问题，快速、准确地确定放射线的位置，降低人工开挖成本，提高开挖效率，从而提高放射线的检测效率。这样做有很大的可行性和必要性。

2 技术思路及研制

2.1 技术思路

根据输电线路杆塔接地体放射线采用φ10～12热轧圆钢的结构特点研发探测装置。探测装置应具有自动搜索模式、准确定位模式、对探测目标的识别模式，灵敏度高，能有效排除矿化反应的干扰，具有较高的自动化和智能化水平。

根据现场接地放射线的实际敷设情况，结合目前探测装置的应用情况，确定典型杆塔接地体敷设线的技术参数；根据探测装置使用材料和试验情况，确定研制方案，通过一系列型式试验、模拟操作和现场应用，确定新装置的各项参数，从而完成新装置的研发工作，解决实际问题。

2.2 确定技术方案

通过调查和研究，确定采用移动式智能探测装置，并为其设置识别模块、报警模块和传输模块等功能模块，以满足现场实际工作的需求。具体的技术方案调查情况如表1所示。

表1 技术方案调查情况表

技术方案 调查分析 特点

定点探测装置 1.根据图纸，在大概位置分别开挖几个坑，并埋设装置，根据装置发射的信号探测放射线位置；

2.用时分析，比纯粹人工开挖检测省时 优点：可以缩短作业工时

缺点：

1.比较依赖图纸，在图纸与现场情况不符的情况下会延长作业时间；

2.需要人工开挖，不能显著缩短作业时间；

3.探测范围受装置安置位置的影响比较大

移动探测装置 1.设计思路：采用手持式探测装置，贴近地面探测放射线；

2.用时分析：无需开挖，能显著缩短作业用时 优点：

1.具备研发能力；

2.作业时间短，耗费人员少；

3.工具轻便，安全性高

难点：市场无相关装置，需要重新研制

2.3 技术内容

智能探测装置是由高频振荡器、振荡检测器、音頻振荡器和功率放大器等部分组成的，并配以电源、指示表和声响指示器。在实际操作中，探测装置利用的是电磁感应原理，具体要考虑以下几点：①利用有交流电通过发射线圈产生迅速变化的磁场；②使这个磁场的磁力线穿过金属物体，并在其表面形成涡电流；③涡电流会产生二次磁场，反过来影响原来的磁场，产生仪器能够接收和识别的信号；④信号经过处理和放大，使指示表的指针偏转，并同时驱动声响指示器发出声响信号。

发射线圈的电流会产生一个电磁场，磁场的极性垂直于线圈所在平面。每当电流改变方向，磁场的极性都会随之改变。如果线圈平行于地面，那么，磁场的方向会不断地交替变化，一会儿垂直于地面向下，一会儿垂直于地面向上。随着磁场方向在地下的变化，它会与任何导体目标物发生作用，使得目标物自身产生微弱的磁场。目标物磁场的极性与发射线圈磁场的极性恰好相反。如果发射线圈产生的磁场方向垂直地面向下，则目标物磁场垂直于地面向上。

接收线圈能完全屏蔽发射线圈产生的磁场，但它不会屏蔽从地下目标物传来的磁场。这样一来，当接收线圈位于正在发射磁场的目标物上方时，线圈上就会产生一个微弱的电流。这一电流振荡的频率与目标物磁场的频率相同。另外，接收线圈会放大这一频率，将其传送到金属探测器的控制台，控制台上的元件继而分析这一信号，以确定是哪类金属。

2.4 实现的功能

经研究和试验，探测装置具有地平衡功能，能够有效消除“矿化反应”造成的影响。该探测装置具有识别功能，能够有效区别黑色金属（钢、铁）和有色金属（金、铜、铝等），具有语音报警功能。当发现黑色金属时，它会发出警报声。该探测装置采用智能操作系统，简单易操作；采用高强度ABS材料封装，质量轻，寿命长；可通过耳机识别金属声音，避免周围噪声的干扰。

根据现场具体情况，智能探测装置主要有4种功能探测模式，可以根据期望探测的目标选择对应的模式，也可以根据个人意愿使用自定义模式，建立符合实际情况的专用模式。在每种模式下，识别类型都略有不同，以适应不同地形特定目标的探测需要。下面主要介绍几种常用的工作模式。

2.4.1 接地线探测模式

该模式是专门针对探测接地线圆钢而设计的，过滤了其他比较细小的铁质垃圾和箔片。在该模式下，装置对细小的铁质垃圾和箔片的反应不会太灵敏，即使发现该类物质也不会发出警报。这种设置方法主要是避免探测器对小型铁质垃圾、金属拉环或其他金属箔片发出信号，干扰对放射线的探测。

2.4.2 遗物模式

该模式主要是通过过滤小铁片，保留对其他低导电性金属的探测。

2.4.3 自定义模式

该模式的识别类型可自行编辑设置。通过设定不同的探测区间，可以完成对地下金属物体的探测。该模式可以针对不同地形、埋设深度不同的接地放射线进行有针对性的设定，从而进行有效的探测。

2.4.4 零模式

该模式将识别所有类型的金属。标尺的12个像素块都处于激活（显示）状态，没有任何缺口。

为了更好地探测放射线类金属，探测装置提升了识别铁类金属的能力，允许更加精准地控制识别铁金属的类型。例如，放射线上面覆盖的金属目标经常会对探测的接地放射线目标形成“信号遮盖”效应。为了减弱和避免这种情况的发生，可以使用“识别调节”按键和“接受/ 拒绝”按键，选择取消部分含铁像素块来过滤铁质垃圾（例如铁钉、硬币等）。采取这种方法，只需简单地操作少量按键，就可以在探测到铁钉和放射线的同时防止“信号遮盖”效应的发生，避免干扰探测目标，错过主要探测对象。

2.5 探测方法

在探测时，将探盘保持在距地面上方2.5～5 cm的位置，让探测盘与探测地面平行，平稳挥盘，从而获得最准确的探测结果。

探测时，手握探测器缓步前行，让探测盘在一条直线上左右摆动。根据现场试验情况，速度控制在0.6～1.5 m/s为最佳。

常规的精准定位需要使用精准定位按键，即将探测盘置于疑似区域边缘，按住定位键后，从左到右挥动探盘，之后再从上到下挥动探盘，寻找信号强度的交叉峰值点。在定位过程中，一旦达到信号峰值点，标尺的目标光标（像素块）会达到一个最大值，同时，警示音也会达到最大音量。采用这种方法沿着放射线的大致方向匀速前进，当处于一条线上的目标光标一直处于最大值时，即说明接地放射线位于探测位置。

在高矿化地和湿沙地环境中使用探测装置，由于含矿量高等，可能会影响装置探测的准确性。如果要减小这些影响，可以调低探测装置的灵敏度和阀值电平，加大探测盘与地面之间的距离。

在土壤干燥或者接地放射线埋设时间比较长的情况下都会使探测效果提升。因为接地放射线长时间埋在地下会逐渐氧化，产生金属锈，并向四周扩散，与周围的土壤发生反应，产生较强的磁场，增加金属面积，进而增大信号强度。埋设时间越久，信号强度就越大，探测深度也会越深。

在探测区域内，如果有2台及以上的探测装置同时工作，而且距离又比较近时，它们之间可能会互相干扰。在这种情况下，可以将探测仪的灵敏度调低，或者将2台探测装置分离。

在探测区域内工作时，由于输电线路存在电场，再加上附近有无线信号发射器等装置，会对探测装置产生一定的干扰。在这种情况下，要降低探测装置的灵敏度，调低阀值电平。

3 技术创新点及应用情况

3.1 技术创新点

探测装置的技术创新点是：①准确区分黑色金属与有色金属，针对不同金属，在不同的区段进行报警和显示；②有效排除“矿化反应”的干扰，识别不同埋深的接地放射线；③设置不同频段，自定义报警模式——探测到黑色金属时报警，探测到有色金属时不报警。

3.2 应用情况

装置研制成功后，在山西省内多条500 kV输电线路杆塔上开展了接地放射线智能探测装置的现场应用试验工作。现场选择应用的杆塔地形有平原、丘陵、山区，土壤地质结构有坚土、岩石和矿山等。经现场验证，探测装置具有携带轻便，容易操作，能快速、准确定位放射线位置，可以有效消除“矿化反应”等特点，极大地提高了工作效率，能够满足现场自动化、智能化的使用要求。

3.3 经济效益分析

未研发此装置前，作业人员要寻找杆塔接地体放射线的检查位置，提前查询原始接地装置施工简图，然后根据施工图现场核对，在位置不符的情况下，只能凭借经验、感觉试挖放射线，前后耗时超过1～2 h。该探测装置应用实施后，在现场能快速、准确定位放射线的位置，耗时0.3～0.5 h，可以节省大量时间，降低作业人员的劳动强度。使用该装置，在进行大量接地线检查工作时，能够显著地提高工作效率。

4 结束语

接地放射线智能探测装置主要是通过电磁感应来区分被探测物体的，探测深度与被探接地线圆钢的面积、形状、质量有很大的关系。放射线金属埋在地下，透过厚厚的土层去探测，必然会受到地质结构的影响。地层中含有各种各样的矿物质，它们也会向金属探测器发出信号。这些矿物信号会掩盖掉金属的信号，造成误报的假象。接地放射线智能探测装置是采用先进技术研制的，具有探测度广、定位准确、分辨力强、操作简易等特点，同时，它还设有先进的地平衡系统，能排除“矿化反应”造成的干扰，大大提高仪器的探测深度和效果，给实际接地放射线探测工作的顺利进行带来极大的便利。

参考文献

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[2]国家电力科学研究院，国家电网公司，华北电网有限公司，等.DL/T 741—2010 架空输电线路运行规程[S].北京：中国电力出版社，2010.

[3]李树华.便携式智能金属探测仪的研制[J].传感器技术，2005，24（1）.

[4]闫昊昱.金屬物体探测定位器[J].电子制作，2014（13）.

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作者简介：李海峰（1976—），男，高级技师，主要从事输电线路运行维护工作，曾参与多项输电线路技术研发项目。韩东峰（1984—），男，硕士，工程师，主要从事输电线路运行维护、带电作业等技术研究。全明睿（1986—），男，工程师，主要从事输电线路运行维护等技术研究。

〔编辑：白洁〕