電力金具線夾相控陣超聲檢測掃查裝置設計*

余 超,張曉斌,傅思偉,張迅達,李 田,謝 丁

(1.華北電力科學研究院有限責任公司，北京 100045；2.國網天津市電力公司電力科學研究院，天津 300384;3.二重(德陽)重型裝備有限公司,四川 德陽 618013)

0 引言

耐張線夾是十分重要的電力金具，其由鋁套管和鋼錨兩部分組成[1],在線路施工過程中通過壓力將耐張線夾和導線壓接形成一個整體結構，使其能承擔連接導線的全部張力，并起到通流作用。耐張線夾在投運后就不易再拆卸和更換，在遭遇舞動和長期微風振動等情況下，耐張線夾容易發生斷裂從而引發電力事故[2，3]。因此線路施工過程中，在耐張線夾壓接完成后安裝前需對線夾的壓接質量進行檢測。由于耐張線夾內部導線與鋁套管壓接的結構比較復雜，對其進行常規的A型脈沖反射超聲檢測時信號識別比較困難。

相控陣超聲檢測技術作為一種新型的超聲檢測方法，由于其能夠靈活控制聲束角度偏轉和聚焦在工業領域而得到了廣泛應用[4-8]，且近兩年已經逐漸運用到耐張線夾壓接缺陷檢測中[9，10]，季昌國等[11]通過實驗證實了相控陣超聲成像技術可直觀有效地檢測耐張線夾壓接質量。但在實際檢測中，如果相控陣探頭和工件不能保證耦合良好，或者探頭掃查路線偏離規定路徑就無法得到有效數據，從而對信號分析造成影響。因此針對不同檢測對象往往需要研發相應的掃查裝置[12]，以提高數據采集效率和質量，減少人為影響，從而提高檢測效率。為此本文研發了與耐張線夾相控陣檢測配套的快速掃查裝置，利用探頭夾持組件和線夾固定組件之間的相對分離結構實現在不同規格線夾上都能保證探頭位置與線夾適配。

1 耐張線夾結構及檢測位置

圖1為輸電線路上在役的液壓型耐張線夾，圖2為液壓型耐張線夾壓接件實物，圖3為液壓型耐張線夾壓接件內部結構。其中A區域由鋁管與鋼錨凹槽壓接而成，B區域由鋁管與鋁絞線壓接而成，若壓接質量不良，則易產生漏壓或者欠壓等質量缺陷；A區和B區之間是未壓區域；相控陣檢測區域包括壓接件的A區和B區。

圖1 輸電線路上在役的液壓型耐張線夾

圖2 液壓型耐張線夾壓接件實物

圖3 液壓型耐張線夾壓接件內部結構

2 掃查裝置設計與制作

2.1 整體結構設計

設計的耐張線夾壓接質量相控陣檢測掃查裝置如圖4所示，主要由上部分的探頭夾持組件和下部分的線夾固定組件連接組成，搭配外置拉線編碼器完成采集數據工作。該掃查裝置能將相控陣探頭牢牢固定在耐張線夾上，避免探頭晃動，降低了掃查操作難度。

1-相控陣探頭；2-軸肩螺釘；3-楔塊；4-內六角螺釘；5-鎖緊螺釘；6-勾環；7-軸承滾輪；8-第二機械臂；9-第一機械臂；10-固定板；11-彈簧；12-夾持架

檢測時，通過調節線夾固定組件的機械臂使掃查裝置貼合在耐張線夾上，然后擰緊螺釘。掃查裝置在待掃查線夾上的安裝如圖5所示。

1-鋁絞線；2-拉線編碼器；3-編碼器數據傳輸線；4-鋁套管壓接區域；5-探頭連接線；6-相控陣探頭；7-掃查裝置；8-鋁套管未壓接區域；9-鋼錨

2.2 探頭夾持組件設計

探頭夾持組件包括相控陣探頭、楔塊以及夾持架。探頭與夾持架的裝配關系如圖6所示。楔塊左右兩端各有一個螺孔，夾持架左右兩端相應位置也各有一個螺孔，安裝時探頭和楔塊通過內六角螺釘緊固連接，然后用一字螺釘完成夾持架和楔塊的緊固連接。

圖6 探頭與夾持架的裝配

2.3 線夾固定組件設計

線夾固定組件由固定板、第一機械臂、第二機械臂三部分組成，如圖7所示。固定板上有個勾環，用來連接拉線編碼器。固定板和第一機械臂通過內六角螺釘進行鉸接，第一機械臂和第二機械臂通過鎖緊螺釘進行鉸接。由于線夾壓接后截面為正六邊形，在檢測前將掃查裝置放置在線夾檢測面上，調整第一機械臂的角度，讓第一機械臂和線夾檢測面的相鄰面緊密貼合，再擰緊內六角螺釘；接著調整第二機械臂的角度，讓第二機械臂上的軸承滾輪和線夾檢測面的間隔面緊密貼合，再擰緊鎖緊螺絲，此時整個掃查裝置就緊緊抱在了線夾上，實現了掃查裝置和線夾之間的固定。在檢測過程中，外力推動軸承滾輪旋轉，帶動掃查裝置沿著耐張線夾移動，完成檢測。

1-內六角螺釘；2-鎖緊螺釘；3-勾環；4-軸承滾輪；5-第二機械臂；6-第一機械臂；7-固定板

2.4 探頭夾持組件和線夾固定組件的裝配

探頭夾持組件為掃查裝置上組件，線夾固定組件為掃查裝置下組件，上下兩部分組件通過內六角軸肩螺釘和彈簧連接，如圖8所示。

圖8 掃查裝置上下組件裝配

在裝配時，先在軸肩螺釘柱體上套上彈簧，將上組件的孔和下組件的螺紋孔對齊，讓軸肩螺釘穿過上組件的圓孔與下組件的螺孔進行緊固連接，此時彈簧處于壓縮狀態，彈簧的反作用力會將上下組件緊密貼合。當有外力作用于探頭時，會進一步壓縮彈簧，由于軸肩螺釘靠近冒頭處有一段柱體是沒有螺紋的，上組件上對應的4個圓孔也沒有加工螺紋，因此上下組件裝配后可以相對分離。將掃查裝置固定在耐張線夾上時，由于掃查裝置下組件抱死在線夾上，若探頭位置偏低，線夾會將探頭用力往上頂，進一步壓縮彈簧導致上下組件相對分離,從而對探頭高度進行調整。這樣的裝配方式保證了該掃查裝置在運用于不同規格線夾時都能保證探頭位置與線夾適配，從而保證檢測的有效性。

2.5 拉線編碼器

編碼器可分為滾輪編碼器和拉線編碼器兩類，滾輪編碼器為內置式編碼器，拉線編碼器為外置式編碼器。由于耐張線夾檢測面寬度很小，在組件中添加內置滾輪編碼器無法實現數據采集，因此使用外置拉線編碼器(如圖9所示)，對耐張線夾檢測面上每一處壓接質量數據進行實時采集記錄。

1-編碼器系統；2-拉線盒；3-數據線；4-拉線；5-掛鉤

3 實驗驗證

圖10 為掃查裝置實物，為了確保使用該掃查裝置能夠采集到良好的數據，特進行了實驗驗證，實驗平臺如圖11所示。

圖10 掃查裝置實物 圖11 實驗平臺

本實驗采用NY-400/35液壓型鋼芯鋁絞線用耐張線夾，嚴格按照壓接工藝要求進行壓接，壓接質量良好無缺陷，壓接后進行相控陣超聲檢測。相控陣探頭發射縱波垂直入射到耐張線夾，探頭沿著鋁套管方向進行一維線性掃查，耐張線夾導線側相控陣檢測結果如圖12所示。從圖12中可以看出,采集到的相控陣數據信號的分布和走向與壓接區域內部導線輪廓完全一致，導線與導線間的信號可以區分開，無壓接缺陷信號，數據良好，說明該掃查裝置可以有地效控制探頭的移動軌跡并保證探頭和線夾之間良好耦合，達到了預期要求。

圖12 沿規劃路徑掃查檢測的結果

4 結語

本文研發的耐張線夾相控陣超聲檢測快速掃查裝置能夠實現對探頭位姿的控制，利用組件的相對分離結構實現在不同規格線夾上都能保證探頭位置與線夾適配。實驗表明，該耐張線夾使用研發的掃查裝置可實現相控陣超聲快速檢測，并獲得良好的數據質量。