趙洲峰，王若民，陳國宏，印衛(wèi)佳，周 楨，鄒君文

（1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院，合肥 230000；3.浙江省電力壓力容器檢驗(yàn)所有限公司，杭州 310014）

0 引言

耐張線夾是特高壓輸電線路遠(yuǎn)距離不間斷輸電的重要金具，用于將導(dǎo)線或地線錨固于非直線桿塔的耐張絕緣子串上。對(duì)壓縮性耐張線夾而言，由于壓接質(zhì)量問題，當(dāng)線路出現(xiàn)負(fù)荷過大、導(dǎo)線覆冰或舞動(dòng)等極端情況時(shí)，極易引發(fā)線路強(qiáng)度下降，出現(xiàn)掉線事故，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1-7]。我國現(xiàn)有耐張線夾壓接質(zhì)量檢查主要是對(duì)壓接后試件進(jìn)行握力試驗(yàn)以對(duì)邊距測(cè)量、外觀檢驗(yàn)等[8-19]，而缺乏對(duì)金具內(nèi)部導(dǎo)線和鋼芯壓接狀態(tài)的無損檢測(cè)方法和質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

射線檢測(cè)和超聲檢測(cè)是檢測(cè)工件內(nèi)部缺陷的常用手段。河北電科院將小型X射線裝置用于檢測(cè)架空輸電線路壓接金具質(zhì)量，驗(yàn)證了X射線探傷可以顯示耐張線夾內(nèi)部壓接質(zhì)量[11]。南方電網(wǎng)公司也開發(fā)類似射線檢測(cè)裝置用于耐張線夾和接續(xù)管壓接質(zhì)量的在線檢測(cè)[12]。華北電力大學(xué)基于X射線檢測(cè)結(jié)果，探討了鋼芯與鋁管壓接尺寸對(duì)導(dǎo)線承拉力的綜合影響[13]。湖北電科院提出利用超聲波測(cè)厚儀快速檢查耐張線夾壓接位置和檢查壓接質(zhì)量[14]。然而，針對(duì)耐張線夾內(nèi)部可能存在的鋼錨和鋁管壓接部位凹槽欠壓、鋼芯和鋼管壓接部位未壓接、鋁管和導(dǎo)線壓接部位未壓接、鋼管彎曲度過大等隱蔽型缺陷的檢測(cè)及評(píng)價(jià)工作，尚未見系統(tǒng)研究。

針對(duì)以上問題，本文開展基于數(shù)字射線的耐張線夾壓接質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)和制作含典型內(nèi)部壓接缺陷的模擬試件，進(jìn)行壓接后的射線檢測(cè)以及握力試驗(yàn)，對(duì)比分析含不同壓接缺陷金具的承拉能力，為檢測(cè)質(zhì)量等級(jí)評(píng)判提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 模擬試件

試驗(yàn)用導(dǎo)線型號(hào)為JL/G1A-720/50-45/7，其鋼芯股數(shù)為7股，外徑3.018 mm，鋁線股數(shù)為45股，外徑4.512 mm，計(jì)算拉斷力為179.65 kN。線夾鋼錨平均外徑約20 mm，內(nèi)徑約9.5 mm，壓接長(zhǎng)度約127 mm，凹槽個(gè)數(shù)為3個(gè)；鋁管平均外徑約60 mm，內(nèi)徑約37.5 mm，壓接長(zhǎng)度371 mm。按照DL/T 5285-2018《輸變電工程架空導(dǎo)線及地線液壓壓接工藝規(guī)程》，共制作7大類試樣，分別為：正常壓接，不保壓壓接（壓接到80 MPa時(shí)不保持3～5 s）、鋼錨和鋁管壓接部位凹槽少壓（未壓接凹槽數(shù)1～3個(gè)）；芯線和鋼管壓接部位未壓接（未壓接長(zhǎng)度10%～70%）；鋁管和導(dǎo)線壓接部位（未壓接長(zhǎng)度10%～70%）；鋼管彎曲（彎曲度2%）；鋁管彎曲（彎曲度2%），缺陷位置示意如圖1所示。

1.2 數(shù)字射線檢測(cè)

圖1 壓接缺陷分布

對(duì)所有模擬試件的缺陷設(shè)置位置進(jìn)行數(shù)字射線檢測(cè)。射線檢測(cè)系統(tǒng)由便攜式X射線機(jī)（管電壓0.3 MeV、焦點(diǎn)3.0 mm）、平板探測(cè)器（非晶硅、成像面積410 mm×410 mm、分辨率2.5 Lp/mm)、遠(yuǎn)程控制臺(tái)、工裝夾具等部分組成。射線檢測(cè)工藝確保重點(diǎn)檢測(cè)部位的成像清晰、信息完備，并且整個(gè)缺陷區(qū)域在一張底片上顯示，具體檢測(cè)參數(shù)為：管電壓80 kV、管電流3 mA、焦距600 mm、焦點(diǎn)3 mm、曝光時(shí)間8 s。

1.3 握力試驗(yàn)

按GB/T 2317.1-2008《電力金具試驗(yàn)方法 第1部分：機(jī)械試驗(yàn)》要求對(duì)所有試件進(jìn)行握力試驗(yàn)，采用YSJ-1000型號(hào)的液壓臥式拉力機(jī)，按以下加載步驟可得到載荷特性（見圖2）：

（1）將樣品兩端安裝在拉力試驗(yàn)機(jī)上，施加載荷達(dá)到導(dǎo)線計(jì)算拉斷力的20%，在耐張線夾端口的導(dǎo)線上作一個(gè)參考標(biāo)記，以測(cè)量導(dǎo)線相對(duì)于耐張線夾的滑移量。

（2）在不少于30 s時(shí)間內(nèi)，將拉力逐步增加到導(dǎo)線計(jì)算拉斷力的50%，保持120 s。

（3）在不少于30 s時(shí)間內(nèi)，將拉力逐步增加到規(guī)定的握力值（導(dǎo)線計(jì)算拉斷力的95%），保持60 s。

（4）如果試驗(yàn)合格，繼續(xù)施加張力，直至導(dǎo)線斷裂或線夾出現(xiàn)滑移，記錄此時(shí)拉力值和斷裂位置。

圖2 握力試驗(yàn)載荷特性

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 數(shù)字射線檢測(cè)結(jié)果

數(shù)字射線檢測(cè)結(jié)果如圖3所示，可以看到，數(shù)字射線底片清晰反映了線夾內(nèi)部結(jié)構(gòu)（包括鋼芯、鋼錨、導(dǎo)線和鋁管），且可以直觀顯示所設(shè)置壓接缺陷形貌。鋼錨和鋁管的壓接情況如圖3（b）所示，可以看到待壓槽為3個(gè)，而未壓槽1個(gè)；芯線和鋼錨的未壓接長(zhǎng)度、鋁管和導(dǎo)線的未壓接長(zhǎng)度均可以通過射線底片圖直接測(cè)量，如圖3（c）、圖 3（e）所示；芯線和鋼錨壓接時(shí)鋼錨的彎曲度、鋁管和導(dǎo)線壓接時(shí)鋁管彎曲度也可以通過射線底片圖直接測(cè)量， 如圖 3（d）、 圖 3（f）所示。因此，數(shù)字射線是檢測(cè)耐張線夾壓接質(zhì)量的有效手段，可以直觀檢驗(yàn)出線夾內(nèi)部的欠壓缺陷，并對(duì)缺陷尺寸進(jìn)行測(cè)量。但是對(duì)于壓接位置正確而未進(jìn)行保壓處理的試樣（如圖3（a）所示），由于缺少直觀的缺陷圖像，通過射線底片難以判斷，需要通過握力試驗(yàn)或者其他手段進(jìn)一步確認(rèn)。

2.2 握力試驗(yàn)結(jié)果及與射線檢測(cè)對(duì)比分析

握力試驗(yàn)是耐張線夾壓接質(zhì)量檢驗(yàn)的重要手段，現(xiàn)對(duì)7類試樣的握力試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分別討論。

表1為無缺陷試樣、未保壓試樣、鋁管彎曲試樣以及鋼管彎曲試樣的握力試驗(yàn)結(jié)果，可以看到：未保壓、鋁管彎曲以及鋼管彎曲這3種情況下的握力試驗(yàn)均為合格，斷裂張力與導(dǎo)線的計(jì)算拉斷力相當(dāng)，斷裂位置以鋁導(dǎo)線為主，只有未保壓時(shí)為鋼芯斷裂，如圖4所示?？梢姡瑑H利用握力試驗(yàn)難以發(fā)現(xiàn)鋁管和鋼管彎曲等壓接缺陷。因此，對(duì)于鋁管和鋼管彎曲度的射線評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可以借鑒DL/T 5285-2018標(biāo)準(zhǔn)中的質(zhì)量要求[12]，其臨界值定位為彎曲度不超過總長(zhǎng)度的2%。

表1 未保壓及彎曲試樣的握力試驗(yàn)結(jié)果

圖3 不同缺陷的數(shù)字射線檢測(cè)的圖像顯示

圖4 斷裂試樣實(shí)物圖像

對(duì)于試樣凹槽少壓的情況，分別選取少壓1凹槽、少壓2凹槽、少壓3凹槽3種試樣，并將其與正常壓接試樣進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表2所示。本次選取的樣品一共有3個(gè)凹槽，當(dāng)少壓1個(gè)或者2個(gè)凹槽時(shí)，盡管斷裂張力值與導(dǎo)線計(jì)算拉斷力略有變化，但是握力試驗(yàn)結(jié)果均為合格，只有當(dāng)3個(gè)凹槽完全不壓接時(shí)才出現(xiàn)握力試驗(yàn)不合格情況，此時(shí)斷裂張力值僅為101.26 kN。因此，如果以握力試驗(yàn)結(jié)果作為判定依據(jù)，則射線檢測(cè)需要確認(rèn)至少1個(gè)凹槽被壓接完好。另外，對(duì)于凹槽欠壓接情況，不論握力試驗(yàn)是否合格，斷裂位置均為鋼芯，這是因?yàn)槲磯航訉?dǎo)致鋼芯部位為受力薄弱環(huán)節(jié)。

表2 凹槽少壓試樣的握力試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)于鋼芯和鋼管存在部分未壓接的情況，其握力試驗(yàn)結(jié)果如圖5（a）所示，當(dāng)未壓接長(zhǎng)度不超過50%時(shí)，握力試驗(yàn)合格，斷裂張力值在174～180 kN，與導(dǎo)線計(jì)算拉斷力相差不大；當(dāng)未壓接長(zhǎng)度為60%時(shí)，握力試驗(yàn)不合格，斷裂張力值為167.24 kN，與導(dǎo)線計(jì)算拉斷力相差較大，這說明對(duì)于鋼芯和鋼管未壓接情況，其握力性能臨界值出現(xiàn)在未壓接長(zhǎng)度60%，可以此作為數(shù)字射線檢測(cè)的質(zhì)量等級(jí)依據(jù)。隨著鋼芯和鋼管未壓接長(zhǎng)度的增大，線夾斷裂位置也出現(xiàn)差異，當(dāng)未壓接長(zhǎng)度為10%和20%時(shí)，斷裂位置與正常壓接試樣一致，均為鋁線斷裂；當(dāng)未壓接長(zhǎng)度為30%和40%時(shí)，鋼芯處為受力薄弱環(huán)節(jié)，所以發(fā)生斷裂；當(dāng)未壓接長(zhǎng)度超過50%時(shí)，鋁線為主要承力部件，在拉伸過程中發(fā)生斷裂。

對(duì)于鋁管和導(dǎo)線存在部分未壓接的情況，如圖5（b）所示，同樣是當(dāng)未壓接長(zhǎng)度不超過50%時(shí)，握力試驗(yàn)合格，斷裂張力值穩(wěn)定在182 kN左右，比導(dǎo)線計(jì)算拉斷力略大；當(dāng)未壓接長(zhǎng)度為60%時(shí)，握力試驗(yàn)不合格，斷裂張力值為172.84 kN，與導(dǎo)線計(jì)算拉斷力相差較大，這說明對(duì)鋁管和導(dǎo)線未壓接情況，其握力性能臨界值出現(xiàn)在未壓接長(zhǎng)度為60%，可以此作為數(shù)字射線檢測(cè)的質(zhì)量等級(jí)依據(jù)。隨著鋁管和導(dǎo)線未壓接長(zhǎng)度的增大，線夾斷裂位置也出現(xiàn)差異性，當(dāng)未壓接長(zhǎng)度小于50%，斷裂位置為鋁線斷裂；當(dāng)未壓接長(zhǎng)度超過50%時(shí)，斷裂位置為鋼芯斷裂。

圖5 不同長(zhǎng)度未壓接的握力試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)可以直觀顯示耐張線夾內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可定量檢驗(yàn)出鋼錨和鋁管壓接部位凹槽少壓數(shù)量、芯線和鋼管壓接部位未壓接長(zhǎng)度、鋁管和導(dǎo)線壓接部位長(zhǎng)度、鋼管彎曲度以及鋁管彎曲度等缺陷指標(biāo)。

（2）數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)未能檢測(cè)出該種類型線夾未保壓試樣，對(duì)未保壓試樣的判斷需進(jìn)一步分析。

（3）結(jié)合握力試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，可以為構(gòu)建耐張線夾壓接質(zhì)量射線檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)提供參考依據(jù)：凹槽欠壓數(shù)量不超過2個(gè)；芯線和鋼管未壓接長(zhǎng)度小于60%；鋁管和導(dǎo)線未壓接長(zhǎng)度小于60%。

（4）對(duì)于鋁管彎曲和鋼管彎曲等壓接缺陷，當(dāng)彎曲度超過2%時(shí)，握力試驗(yàn)結(jié)果合格，但是綜合金具驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，確定數(shù)字射線檢測(cè)壓接質(zhì)量合格依據(jù)為彎曲度不超過2%。