基于B型顯示超聲波的耐張線夾壓接質(zhì)量檢測(cè)方法

駱國防，賴江波，章學(xué)兵，童賢靚

(1.國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437； 2.國網(wǎng)新源新安江水力發(fā)電廠，浙江 建德 311600；3.國網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海 201799)

作為輸電線路“三跨”區(qū)段中的關(guān)鍵部件，耐張線夾的壓接質(zhì)量直接影響電網(wǎng)安全。耐張線夾主要由鋁管和鋼錨組成。利用壓力對(duì)鋁管-鋼錨、鋁管-導(dǎo)線位置進(jìn)行壓接成型，使導(dǎo)線和耐張線夾牢固結(jié)合，承擔(dān)連接導(dǎo)線全部張力的同時(shí)也起到通流作用。耐張線夾壓接質(zhì)量的檢測(cè)方法主要有外觀檢查、握力試驗(yàn)和X射線檢測(cè)。外觀檢查不能檢查內(nèi)部質(zhì)量；握力試驗(yàn)為破壞性試驗(yàn)，不能對(duì)內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行精準(zhǔn)判定；X射線檢測(cè)結(jié)果直觀、準(zhǔn)確、不損傷導(dǎo)線和金具，但測(cè)試系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備繁重、塔上作業(yè)不安全且存在輻射風(fēng)險(xiǎn)。作為應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟、發(fā)展較快的超聲波檢測(cè)，其設(shè)備輕便、操作簡(jiǎn)單、顯示直觀且無輻射風(fēng)險(xiǎn)，在電網(wǎng)設(shè)備金屬及絕緣材料檢測(cè)中發(fā)揮了重要作用，有效保障了電網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行。鑒于分析，本文提出基于B型顯示的超聲波技術(shù)檢測(cè)耐張線夾壓接質(zhì)量的方法，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證該方法的可行性和有效性。

1 耐張線夾典型試件

本文所選用試件為上海某220 kV輸電線路用耐張線夾，其型號(hào)為NY400/35BG(N表示耐張線夾，Y表示壓接型，400/35表示鋁截面/鋼截面，BG表示鋁包鋼，即鋼芯鋁絞線)。該壓縮型耐張線夾如圖1所示。

圖1 耐張線夾典型試件

2 超聲波B型顯示簡(jiǎn)介

超聲波B型顯示是線掃描檢測(cè)方式，是將探頭在工件表面沿著一條線掃查時(shí)的距離與聲傳播時(shí)間的關(guān)系以直角坐標(biāo)的形式顯示出來。在信號(hào)處理過程中，將時(shí)間軸上不同深度的信號(hào)幅值記錄下來，在每個(gè)探頭移動(dòng)位置沿時(shí)間軸用不同顏色顯示出信號(hào)的幅值。超聲波B型顯示是二維數(shù)據(jù)，可以得出工件中缺陷位置、取向與深度及幅值信息。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

本次耐張線夾超聲檢測(cè)試驗(yàn)設(shè)備主要有耐張線夾試件、超聲波檢測(cè)儀器設(shè)備、探頭、標(biāo)準(zhǔn)試塊及參考試樣、耦合劑等。

3.1 儀器與探頭

本次試驗(yàn)儀器為武漢中科HSXJ-I型電力行業(yè)耐張線夾專用檢測(cè)儀，儀器具有B掃描成像功能。探頭根據(jù)本次耐張線夾套管厚度選擇直徑5 mm、頻率10 MHz的窄脈沖縱波探頭。

定制拉線編碼器、卡扣(固定編碼器)應(yīng)用范圍為15～55 mm，卡扣可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸電線耐張線夾的尺寸來調(diào)節(jié)松緊，如圖2所示。

圖2 卡扣放置示意圖

3.2 試塊與耦合劑

標(biāo)準(zhǔn)試塊：CSK-IA(鋁)，用于測(cè)試儀器性能及探頭參數(shù)。參考試樣：用于確定檢測(cè)靈敏度和探測(cè)范圍，參考試樣應(yīng)選取與檢測(cè)對(duì)象具有相同制作工藝及流程的耐張線夾，且規(guī)格應(yīng)基本相同，參考試樣見圖3。耦合劑采用化學(xué)漿糊。

圖3 耐張線夾參考試樣

3.3 參數(shù)測(cè)量與儀器設(shè)定

用標(biāo)準(zhǔn)試塊CSK-IA(鋁)調(diào)節(jié)儀器的掃查速度，測(cè)量探頭的前沿與K值，依據(jù)檢測(cè)工件的材料聲速、厚度以及探頭的相關(guān)技術(shù)參數(shù)對(duì)儀器進(jìn)行設(shè)定。

3.4 基線比例的調(diào)整

將耐張線夾套管與導(dǎo)線、鋼錨材料結(jié)合部位第一次界面反射波調(diào)整為基線滿刻度的20%～30%。

3.5 靈敏度設(shè)定

探頭應(yīng)置于參考試塊耐樣線夾套管與導(dǎo)線、鋼錨材料未壓合部位，將底波調(diào)整至滿屏的80%。

3.6 檢測(cè)試驗(yàn)

圖4中耐張線夾A側(cè)是鋁套管與鋼芯鋁絞線通過壓接方式連接，B側(cè)是鋁套管與鋼錨通過壓接方式連接。由于兩側(cè)壓接部位為六邊形，表面較為平整，適合超聲波入射，所以采用任意一面作為檢測(cè)面均可。檢測(cè)應(yīng)在耐張線夾壓接平面上進(jìn)行，將探頭與拉線編碼器連接，探頭應(yīng)與檢測(cè)面耦合良好，沿耐張線夾軸向方向進(jìn)行直線掃查，掃查速度應(yīng)不超過100 mm·s-1。

圖4 掃查耐張線夾A側(cè)和B側(cè)

3.7 缺陷評(píng)定

A區(qū)檢測(cè)B掃描圖像上一次底波出現(xiàn)平直線型顯示的區(qū)域?yàn)閷?dǎo)線與鋁套管未壓接區(qū)域L0，一次底波出現(xiàn)曲線顯示且曲線波動(dòng)范圍大于1/3周期的區(qū)域?yàn)閴航油旰脜^(qū)域L1，如圖5(a)所示。L1應(yīng)大于耐張線夾安裝工藝要求；否則判為不合格。

圖5 耐張線夾典型的反射回波和掃描圖像

B區(qū)檢測(cè)B掃描圖像上一次底波出現(xiàn)平直線型顯示，鋁套管凹陷數(shù)量與鋼錨凹槽數(shù)量不符或凹陷尺寸小于凹槽深度80%時(shí)為鋼錨與鋁套管未壓接區(qū)域L0，一次底波出現(xiàn)凹槽形狀，鋁合金套管凹陷數(shù)量與鋼錨凹槽數(shù)量相符并且凹陷尺寸大于凹槽深度80%時(shí)為鋼錨與鋁套管壓接完好的區(qū)域L1。L1應(yīng)大于耐張線夾安裝工藝要求，否則判為不合格。

圖6(a)是耐張線夾A側(cè)超聲波檢測(cè)B掃描圖，因鋁套管底部與鋼芯鋁絞線接觸部分通過壓接會(huì)發(fā)生形變，形變部分正好充分填充鋼芯鋁絞線兩鋁絲之間的縫隙，檢測(cè)結(jié)果是反映鋁套管底部的反射信號(hào)，B掃描圖呈現(xiàn)“波浪”形狀；圖6(b)是鋁套管與鋼錨連接部分，鋼錨圓柱形中間有兩處凹槽，B掃描圖靠左部分是工裝壓接后，鋁套管與鋼錨圓柱壓接形變相對(duì)減薄反射信號(hào)，右部分是鋁套管形變填充鋼錨兩處凹槽，鋁套管厚度未變。圖6(b)可看成兩段滯后的信號(hào)并與鄰近反射信號(hào)斷開產(chǎn)生一定距離，達(dá)到要求說明壓接良好且合格。

圖6 壓接合格的耐張線夾試件超聲波B掃描檢測(cè)結(jié)果

圖7 壓接不合格的耐張線夾試件超聲波B掃描檢測(cè)結(jié)果

圖7(a)上方是耐張線夾鋁管的A側(cè)超聲波B掃描信號(hào)，圖下方的B掃描圖成一條直線，說明耐張線夾A側(cè)鋁套管未與鋼芯鋁絞線接觸，鋁套管底部較為平整。圖7(b)是耐張線夾B側(cè)壓接檢測(cè)結(jié)果，鋼錨中有兩個(gè)凹槽，壓接后鋁套管會(huì)將鋼錨的凹槽填充，圖中呈現(xiàn)一條直線，說明B側(cè)的鋁套管未填充鋼錨凹槽。綜上可得，該耐張線夾試件壓接質(zhì)量不合格。

3.8 試驗(yàn)結(jié)果

本次試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了B型顯示超聲波檢測(cè)耐張線夾壓接質(zhì)量的可行性及有效性。

4 結(jié)語

本文對(duì)輸電線路耐張線夾壓接質(zhì)量檢測(cè)方法進(jìn)行梳理，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前適用的檢測(cè)方法都存在不足，為此提出用B型顯示超聲波來檢測(cè)耐張線夾的壓接質(zhì)量，并通過試驗(yàn)證明該方法的可行性及有效性。本研究為耐張線夾壓接質(zhì)量檢測(cè)提供了新的思路，對(duì)提升輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。