架空輸電線路關(guān)鍵部件損傷的常用紅外檢測方法綜述

陳湘陽，黃智明，黃浩誠

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

輸電線路按照架設(shè)方式分類可分為電纜輸電線路和架空輸電線路。其中，架空輸電線路因其具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、建設(shè)周期短、后期運(yùn)維檢修方便等諸多優(yōu)良特點(diǎn)，成為應(yīng)用最為廣泛的輸電線路類型。由于架空輸電線路具有遠(yuǎn)距離、大容量輸送電能的特性，在實(shí)際建設(shè)過程中常常受限于線路走廊價(jià)格影響，需要經(jīng)常建設(shè)在人煙稀少的平原、丘陵、山區(qū)等特殊地區(qū)，線路周邊環(huán)境較為復(fù)雜[1-2]。

在架空輸電線路的長期運(yùn)行過程中，受降雨、降雪、大風(fēng)、雷擊等復(fù)雜氣候條件影響，架空輸電線路部件如導(dǎo)地線、金具、防雷設(shè)施、基礎(chǔ)等會(huì)產(chǎn)生各種各樣的缺陷，如斷股、銹蝕、裂紋、斷裂、破損等情況。這些缺陷對輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大的威脅，對經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和居民的正常用電帶來較大的隱患。

目前針對架空輸電線路部件損傷問題，常用的損傷檢測方法有可見光照片識(shí)別法、X 光探傷法、紅外檢測法、紫外檢測法等。本文選取架空輸電線路部件損傷檢測領(lǐng)域內(nèi)較為常用的紅外檢測法為研究對象，對現(xiàn)有不同技術(shù)路線的紅外檢測法進(jìn)行綜述和評價(jià)，并對各自的適用場合進(jìn)行界定，可為輸電線路工程領(lǐng)域損傷檢測提供理論參考。

1 輸電線路部件損傷紅外檢測的理論依據(jù)

架空輸電線路在正常運(yùn)行過程中，大部分構(gòu)件起著結(jié)構(gòu)支撐、絕緣、載流作用。尤其是承擔(dān)絕緣或載流作用的構(gòu)件如絕緣子、接續(xù)管、壓接管、引流板等部件，受到安裝制造工藝劣化、空氣氧化腐蝕、電化學(xué)腐蝕、外力破壞等多種因素影響，會(huì)導(dǎo)致絕緣件、載流件結(jié)構(gòu)松動(dòng)、接觸表面的電阻率增大。長此以往，會(huì)導(dǎo)致輸電線路部件出現(xiàn)溫度分布不均勻的情況，缺陷位置處會(huì)表現(xiàn)出一種在缺陷附近區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)“最高溫”或“最低溫”的情況，如圖1、圖2 所示。

圖1 架空輸電線路關(guān)鍵部件可見光照片

圖2 架空輸電線路關(guān)鍵部件紅外照片

因此，可使用紅外檢測分析設(shè)備對架空輸電線路構(gòu)件表面或內(nèi)部的能量分布情況和能量流動(dòng)情況進(jìn)行測量，配合專用紅外圖像解析設(shè)備和顯示設(shè)備將測量結(jié)果直觀地顯示出來，結(jié)合架空輸電線路缺陷定級標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)電力行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對架空輸電線路部件的缺陷情況進(jìn)行評價(jià)定級[3-5]。

目前，用于輸電線路領(lǐng)域最廣泛的是傳統(tǒng)紅外熱像儀檢測法，在機(jī)械行業(yè)內(nèi)部較為廣泛使用的還有光激發(fā)無損檢測法、超聲波激發(fā)無損檢測法等方法，這類方法在輸電線路領(lǐng)域同樣具有其適用性。因此，本文對這些基于不同技術(shù)路線的紅外檢測方法進(jìn)行綜述。

2 傳統(tǒng)紅外熱像儀檢測法

傳統(tǒng)意義上的紅外熱像儀檢測法為架空輸電線路巡視人員攜帶手持型紅外測溫儀對架空輸電線路各部件進(jìn)行拍攝，獲取目標(biāo)部件的可見光照片和紅外圖像，借助紅外圖像分析軟件對架空輸電線路重要部件的溫度分布進(jìn)行分析，然后根據(jù)缺陷定級標(biāo)準(zhǔn)對部件的發(fā)熱情況進(jìn)行評估，從而指導(dǎo)輸電線路運(yùn)維檢修工作，如圖3 所示。

圖3 架空輸電線路關(guān)鍵部件紅外測溫

隨著無人機(jī)技術(shù)的廣泛使用，輸電線路運(yùn)維人員依托搭載可見光、紅外雙光鏡頭的無人機(jī)對架空輸電線路部件進(jìn)行精準(zhǔn)測溫拍攝，大大提高了工作的效率，輸電線路運(yùn)維人員無須翻山越嶺到達(dá)輸電桿塔塔基，即可完成對關(guān)鍵重要部件的紅外測溫工作。

這種測量方法在檢測架空輸電線路關(guān)鍵部件因安裝或組裝不牢固、金具接觸面有污垢、復(fù)合絕緣子膠封受潮等原因造成的發(fā)熱缺陷時(shí)具有良好的檢測效果，準(zhǔn)確率較高。

但因常見的手持式紅外測溫設(shè)備和無人機(jī)搭載的雙光鏡頭僅能對架空輸電線路關(guān)鍵部件的表面溫度情況進(jìn)行測量分析，無法對存在發(fā)熱情況的部位及深度進(jìn)行精確定位。尤其是針對某些架空輸電線路部件內(nèi)部缺陷，使用該種測量方法無法進(jìn)行檢測，存在一定的局限性。

3 外界強(qiáng)迫激勵(lì)紅外檢測法

外界強(qiáng)迫激勵(lì)紅外檢測法通常應(yīng)用在機(jī)械行業(yè)內(nèi)，被廣泛應(yīng)用在零件探傷、鋼結(jié)構(gòu)、薄壁結(jié)構(gòu)裂紋檢測領(lǐng)域，具有良好的檢測效果。

外界強(qiáng)迫激勵(lì)紅外檢測法是指通過對目標(biāo)架空輸電線路部件設(shè)備進(jìn)行外界強(qiáng)迫激勵(lì)，激勵(lì)源通常為光激發(fā)和超聲波激發(fā)。

對于光激發(fā)激勵(lì)紅外檢測法，利用脈沖熱像儀的閃光燈激發(fā)目標(biāo)對象，使目標(biāo)對象的目標(biāo)區(qū)域升溫，根據(jù)目標(biāo)區(qū)域溫度升高、降低的變化規(guī)律，將光激勵(lì)前和光激勵(lì)后目標(biāo)區(qū)域的溫度變化量與相位遲滯量以直觀的形式展示出來，從而使目標(biāo)區(qū)域一目了然，便于輸電線路運(yùn)維人員直觀的判斷缺陷的位置。

此法在檢測導(dǎo)熱系數(shù)較高的金屬或合金連接位置處和焊接位置處的表面缺陷問題具有良好的檢測效果[6-8]。

對于超聲波激發(fā)紅外檢測法，利用超聲波發(fā)生儀產(chǎn)生的超聲波對架空輸電線路的關(guān)鍵部件進(jìn)行激發(fā)。當(dāng)目標(biāo)對象存在內(nèi)部缺陷如氣泡、縫隙、裂紋時(shí)，超聲波激勵(lì)使氣泡、縫隙、裂紋等內(nèi)部缺陷產(chǎn)生溫度升高，激勵(lì)產(chǎn)生的內(nèi)部熱量與磁滯熱量傳導(dǎo)至目標(biāo)對象表面，配合紅外熱像儀及專用顯示設(shè)備將目標(biāo)對象的表面溫度分布情況直觀顯示出來。該法在檢測目標(biāo)對象內(nèi)部存在氣泡、縫隙、裂紋等缺陷時(shí)具有極為精確的損傷識(shí)別效果。

然而該法在實(shí)際使用過程中，由于光激勵(lì)源和超聲波源價(jià)格高昂，在使用光激勵(lì)源和超聲波源時(shí)操作人員需掌握相關(guān)專業(yè)知識(shí)，在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用過程中，往往需要配備專業(yè)人員操作設(shè)備進(jìn)行紅外檢測。且由于檢測設(shè)備本體重量相比于傳統(tǒng)紅外熱像儀檢測法使用的紅外檢測設(shè)備較大，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離非接觸式測量，僅有超聲波強(qiáng)迫激勵(lì)法可實(shí)現(xiàn)近距離非接觸測量。

4 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)有傳統(tǒng)式紅外熱像儀檢測法因其具有便攜性強(qiáng)、易于被線路運(yùn)維人員接受等諸多優(yōu)良特點(diǎn)得到了較為廣泛的應(yīng)用。雖然其在檢測架空輸電線路內(nèi)部構(gòu)件缺陷存在天生弊端，測量精度與靈敏度均低于外界強(qiáng)迫激勵(lì)紅外測溫法。尤其是面對當(dāng)架空輸電線路的可見光和紅外照片數(shù)量較為龐大時(shí)，需要耗費(fèi)線路運(yùn)維人員較大的時(shí)間精力去識(shí)別檢測，隨著“云大物移智”技術(shù)與數(shù)字輸電線路的深度融合，深度識(shí)別技術(shù)可有效減少線路運(yùn)維人員識(shí)別缺陷耗時(shí)耗力的弊端，大大解放了生產(chǎn)力。

因此，本文提出這樣一種檢測思路。線路運(yùn)維人員可結(jié)合日常巡視工作，使用傳統(tǒng)紅外熱像儀檢測設(shè)備對架空輸電線路的關(guān)鍵部件進(jìn)行粗檢。當(dāng)發(fā)現(xiàn)疑似缺陷點(diǎn)或傳統(tǒng)紅外熱像儀檢測法無法檢測出的問題時(shí)，配合使用光/超聲波外界強(qiáng)迫激勵(lì)紅外檢測法，有的放矢地對架空輸電線路的關(guān)鍵部件進(jìn)行精細(xì)化檢測。兩類紅外檢測方法互相配合、互為補(bǔ)充，可有效填補(bǔ)單種紅外檢測方法存在自限性的弊端，從而更好地為架空輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行而服務(wù)。