可分開式高壓輸電線在線電磁無損檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可分開式高壓輸電線在線電磁無損檢測裝置，包括能沿輸電線徑向布置用于檢測輸電線鋼芯上缺陷的勵磁直流電磁鐵、用于檢測輸電線接頭處鋼芯對接位置的霍爾傳感器陣列和用來檢測輸電線外層鋁絞線上斷股的兩半式渦流線圈陣列；使之能夠方便地在輸電線上安裝以及越障。直流電磁鐵和霍爾傳感器陣列與輸電線完全可分離，磁鐵磁芯沿輸電線徑向方向放置，從而縮短了兩磁極之間的距離，減小了磁通量的損耗。利用兩個線圈通電產(chǎn)生直流電磁場，有利于實現(xiàn)對輸電線進行飽和磁化，增大檢測的靈敏度。兩半式的渦流線圈陣列中每組線圈采用雙激勵形式，增大了渦流在輸電線中的透入深度，有利于實現(xiàn)深部裂紋和損傷的檢測。
【專利說明】可分開式高壓輸電線在線電磁無損檢測裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無損檢測技術，尤其是一種可分開式高壓輸電線在線電磁無損檢 測裝置。

【背景技術】
[0002] 目前，高壓輸電線結(jié)構的完好無損傷，對于輸電系統(tǒng)的安全運行非常重要。輸電線 由于工作在戶外，長期承受著巨大的交變張力和由振動引起的彎曲應力，不可避免地造成 輸電線路的導線及地線產(chǎn)生裂紋、斷股等。另外輸電線還會因為氣溫急劇變化和雷擊等引 起表面損傷，如果是鋪設在海濱及工業(yè)區(qū)，容易由于鹽霧和酸雨等造成腐蝕損傷。另外在輸 電線在接頭處更易產(chǎn)生危險，因為交變張力和彎曲應力的作用，如果使鋼芯對接接頭偏離 接續(xù)壓接管的中心，經(jīng)過一定的時間，壓接管中的兩段鋼芯就會被拉開而使空隙增大，最后 有可能導致電線被拉斷，因此兩段鋼芯在壓接管中的對接位置也要求能準確檢測。
[0003] 目前，對高壓輸電線的無損檢測方法主要有1、目測法，2、紅外檢測法，3、射線法， 4、電磁檢測法等?；陔姶旁淼妮旊娋€檢測方法具有設備簡單輕便、檢測結(jié)果直觀易懂、 易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，可以方便地進行線上實時檢測。電磁檢測分為漏磁檢測和渦流檢 測兩種方法。兩種方法各有優(yōu)缺點，渦流檢測對于輸電線外部鋁絞線的損傷具有很高的靈 敏度，但由于受渦流趨膚效應的影響，無法檢測內(nèi)部鋼芯中的缺陷。因為輸電線的外部鋁絞 線對磁場沒有屏蔽作用，所以，檢測鋼芯缺陷可采用漏磁檢測。兩種方法的結(jié)合正好能取長 補短，因此，采用電磁綜合檢測方法可以全面地檢測輸電線中的缺陷。
[0004] 由于實際運行的高壓輸電線都是架設在離地二三十米的高空處，為了方便檢測設 備在輸電線上的安裝以及越障，理想的方案是整個檢測裝置能在地面監(jiān)控下實現(xiàn)自動打開 和閉合，這就要求設備機械結(jié)構與輸電線本身是可分開的。目前現(xiàn)有的漏磁檢測裝置多采 用U字形的永磁體對輸電線鋼芯軸向磁化，為了增大檢測靈敏度，常在輸電線圓截面整個 周向布置多個磁場傳感器和渦流線圈，然后將整套裝置封閉在一個箱體內(nèi)。這種裝置形式 在安裝和取下時都需要人工手動參與，難以實現(xiàn)自動打開和閉合。另外傳統(tǒng)的沿軸向布置 的電磁鐵由于兩個磁極之間的距離大，磁通量在空氣和電線中的損失較嚴重，難以實現(xiàn)對 輸電線鋼芯的飽和磁化，檢測信號較弱?，F(xiàn)在采用的渦流線圈為簡單的發(fā)射-接收式，這樣 產(chǎn)生的電渦流在輸電線中的滲透深度有限。
[0005] 中國專利申請CN103645243A公開了一種輸電線電磁無損檢測系統(tǒng)，其包括勵磁 單元、漏磁信號檢測單元、渦流傳感器單元、正交鎖相放大單元、信號調(diào)理單元、渦流功率放 大單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、激勵信號發(fā)生單元、ARM控制單元、SD卡數(shù)據(jù)存儲單元、數(shù)據(jù)傳輸單 元、上位機數(shù)據(jù)處理單元，所述的漏磁信號檢測單元包括兩個霍爾傳感器單元和差分放大 器，渦流傳感器單元包括依次穿設于輸電線上的渦流激勵線圈和渦流檢測線圈。該專利申 請主要是關于電磁檢測激勵信號發(fā)生電路和傳感信號后處理電路的設計的。該專利申請中 霍爾傳感器單元布置在電磁鐵磁芯與輸電線之間的空隙中，由于霍爾傳感器最大檢測范圍 (通常為0.06?0.07T)的限制，磁路中的電磁磁場不能增加到飽和磁化的磁場強度，否則 會超過傳感器的最大檢測范圍導致探測不到磁場強度的變化。
[0006] 該專利CN103645243A中兩個可分開渦流線圈的銅線是直接繞制在兩半式的塑料 線圈骨架上的，這樣在輸電線周向就只有兩個獨立的線圈，無法對鋁絞線中損傷的周向位 置進行準確的判斷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種可分開式高壓輸電線在線 電磁無損檢測裝置。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案：
[0009] -種可分開式高壓輸電線在線電磁無損檢測裝置，包括能沿輸電線徑向布置用于 檢測輸電線鋼芯上缺陷的勵磁直流電磁鐵、用于檢測輸電線接頭處鋼芯對接位置的霍爾傳 感器陣列和用來檢測輸電線外層鋁絞線上斷股的兩半式渦流線圈陣列；
[0010] 所述勵磁直流電磁鐵包括回字型電工純鐵磁芯和對稱設置于回字型電工純鐵磁 芯上的兩個圓柱形銅線圈，回字型電工純鐵磁芯的下端橫向部分中間為斷開的能夠?qū)⑤旊?線放置于正中位置的空氣隙；
[0011] 所述霍爾傳感器陣列包括五對能沿輸電線上表面周向串聯(lián)布置的霍爾傳感器，每 一對霍爾傳感器均由兩個沿軸向前后排列的霍爾傳感器兩兩差動連接組成；霍爾傳感器安 裝在末端為圓弧形或多邊形的固定塊上，固定塊上端連接于回字型電工純鐵磁芯內(nèi)部的頂 端；
[0012] 所述兩半式渦流線圈陣列包括兩個半圓式且能插接和分開的外殼，每一個外殼內(nèi) 部弧形面上均設置有五組能夠沿輸電線周向半圈布置的空心薄餅狀線圈，每組線圈負責檢 測電線周向的一小塊對應區(qū)域；每組線圈均由沿半圓外殼軸向前后設置的兩個用于激勵渦 流的激勵線圈和夾在兩者之間的磁場傳感線圈組成，且兩個激勵線圈繞線方向相反，這樣 可增大渦流在輸電線鋁絞線中的透入深度，實現(xiàn)對絞線深部裂紋和斷股的檢測。
[0013] 所述勵磁直流電磁鐵的兩磁極處成梯形結(jié)構，有利于磁通量的聚集。
[0014] 所述固定塊采用膠粘與磁芯連接在一起。
[0015] 所述固定塊的材料為塑料或非鐵磁性金屬，避免磁路中磁場的泄漏。
[0016] 所述外殼為塑料材質(zhì)。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，直流電磁鐵沿輸電線徑向?qū)﹄娋€磁化，這樣可使兩磁 極之間的距離縮短，磁通量損耗減小。圓柱形銅線圈繞制在電工純鐵磁芯左右兩邊，向線圈 中通入足夠大的電流，將顯著增大磁芯中的磁場，可實現(xiàn)對輸電線鋼芯和接頭處鋼壓接管 的飽和磁化，增加鋼芯缺陷的檢測靈敏度。
[0018] 沿軸向前后排列的霍爾傳感器兩兩差動連接，周向五組傳感器串聯(lián)，這樣不僅能 增加傳感器的輸出信號，還能一定程度上減小傳感器與輸電線表面距離變化給輸出信號帶 來的干擾。
[0019] 兩半式渦流線圈陣列的外殼是可分開的，可安裝在現(xiàn)有的機械手爪上由機械手爪 帶動實現(xiàn)打開和關閉，關閉時線圈內(nèi)側(cè)緊貼于導線表面沿軸向運動進行檢測。
[0020] 本發(fā)明對傳統(tǒng)的漏磁檢測裝置進行了改進，使裝置與輸電線本體完全分離的，因 此能實現(xiàn)適用于輸電線接頭中鋼芯的對接位置檢測。
[0021] 專利CN103645243A主要是關于電磁檢測激勵信號發(fā)生電路和傳感信號后處理電 路的設計的，相比較該專利，本發(fā)明是為了實現(xiàn)對輸電線接頭壓接管中的鋼芯對接位置的 準確檢測以及對電線外層鋁絞線中的深部斷線和裂紋進行軸向和周向定位，主要對原有的 漏磁和渦流檢測裝置結(jié)構做了較大的改進，現(xiàn)將兩個專利的不同之處表述如下：
[0022] 1.輸電線接頭處的兩段鋼芯是插入在鋼壓接管中的，由于鐵磁性鋼壓管的磁屏蔽 作用，會導致勵磁電磁鐵產(chǎn)生的磁場不能透入到電線中間的鋼芯中，無法對鋼芯的對接位 置進行有效的檢測。解決的方法是增大勵磁裝置中電磁鐵線圈的匝數(shù)，增大激勵電流使勵 磁磁場達到1?2T，這樣就可對鋼壓接管進行飽和磁化，鋼壓管的磁導率降低，從而使屏蔽 作用顯著減小，磁場就能直接透入到鋼芯中。
[0023] 專利CN103645243A中霍爾傳感器單元布置在電磁鐵磁芯與輸電線之間的空隙 中，由于霍爾傳感器最大檢測范圍（通常為〇. 06?0. 07T)的限制，磁路中的電磁磁場不 能增加到飽和磁化的磁場強度，否則會超過傳感器的最大檢測范圍導致探測不到磁場強度 的變化。
[0024] 本發(fā)明中對霍爾傳感器的位置做了調(diào)整，將傳感器從磁路中移到了輸電線的周向 表面，這樣就消除了傳感器檢測范圍對勵磁磁場強度的限制。勵磁電磁鐵中的線圈從一個 變成兩個，使得線圈的有效長度變長，增加了線圈的匝數(shù)，更容易增大磁路中的磁場強度， 實現(xiàn)對鋼壓管的飽和磁化。兩段鋼芯對接處的斷線會引起磁路中的磁場分布發(fā)生變化，這 個變化會被電線表面的霍爾傳感器接收到，從而檢測出接頭處鋼芯的對接位置。
[0025] 2.專利CN103645243A中兩個可分開渦流線圈的銅線是直接繞制在兩半式的塑料 線圈骨架上的，這樣在輸電線周向就只有兩個獨立的線圈，無法對鋁絞線中損傷的周向位 置進行準確的判斷。
[0026] 本發(fā)明中將十組電渦流線圈嵌入到包裹輸電線的兩個塑料外殼中，在輸電線周向 形成渦流線圈陣列，每組線圈負責檢測鋁絞線周向的一小塊區(qū)域，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對損傷的 周向定位。
[0027] 由于渦流的趨膚效應，傳統(tǒng)的發(fā)射-接收式渦流線圈產(chǎn)生的電渦流無法透入到鋁 絞線的深處對深部損傷進行檢測。本發(fā)明為了克服這一不足，對渦流線圈的激勵方式做了 改進。采用了兩個銅線繞制方向相反的線圈同時激勵產(chǎn)生電渦流，兩個渦流場在鋁絞線上 的重合區(qū)域會發(fā)生疊加增加渦流的強度，這樣能一定程度上增大渦流的投入深度，實現(xiàn)對 鋁絞線深部損傷的可靠檢測。
[0028] 本發(fā)明改進了傳統(tǒng)電磁無檢測裝置的結(jié)構，采用了與輸電線完全分離的漏磁檢測 裝置以及兩半可分式的渦流線圈陣列傳感器，實現(xiàn)對輸電線鋼芯以及鋁絞線上缺陷的在線 檢測。使之能夠方便地在輸電線上安裝以及越障。直流電磁鐵和霍爾傳感器陣列與輸電線 完全可分離，磁鐵磁芯沿輸電線徑向方向放置，從而縮短了兩磁極之間的距離，減小了磁通 量的損耗。利用兩個線圈通電產(chǎn)生直流電磁場，有利于實現(xiàn)對輸電線進行飽和磁化，增大檢 測的靈敏度。兩半式的渦流線圈陣列中每組線圈采用雙激勵形式，增大了渦流在輸電線中 的透入深度，有利于實現(xiàn)深部裂紋和損傷的檢測，擴大了電磁檢測方法在輸電線在線檢測 中的應用范圍，方便了在高壓輸電線現(xiàn)場電磁傳感器安裝和越障，對現(xiàn)場檢測有更好的適 用性，在輸電線損傷檢測中具有廣闊的應用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1是本發(fā)明一個實施例使用狀態(tài)結(jié)構圖；
[0030] 圖2是本發(fā)明實施例中隱藏了線圈外殼的主視圖；
[0031] 圖3為霍爾傳感器陣列安裝方式圖；
[0032] 圖4 (a)、圖4 (b)為輸電線接頭處鋼芯對接位置漏磁檢測的原理圖；
[0033] 圖5為電渦流線圈陣列的結(jié)構形式圖；
[0034] 其中1.輸電線，2.回字型電工純鐵磁芯，3.圓柱形銅線圈，4.霍爾傳感器陣列， 5.固定塊，6.兩半式渦流線圈陣列，7.外殼，8.鋁套管，9.鋼壓接管，10.空氣，11.接頭鋼 芯，12.空隙，13.激勵線圈，14.磁場傳感線圈。

【具體實施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0036] 在可分開式高壓輸電線電磁檢測陣列傳感器中，如圖1、圖2所示，勵磁電磁鐵和 霍爾傳感器陣列4用于檢測輸電線鋼芯上的缺陷以及輸電線接頭處鋼芯對接的位置，一組 兩半可打開式渦流線圈陣列6用來檢測輸電線外層鋁絞線上的斷股等損傷。整套裝置可由 現(xiàn)有的爬行機器人帶動沿輸電線1軸向運動，實時對一段長度上的損傷檢測。
[0037] 輸電線1放置在磁芯的空氣隙的正中位置，這里直流電磁鐵沿輸電線徑向放置， 與傳統(tǒng)軸向磁化的電磁鐵相比，這種配置方式可使兩磁極之間的距離縮短，磁通量損耗減 小。兩磁極處加工成梯形結(jié)構，有利于磁通量的聚集。采用兩個圓柱形銅線圈3繞制在電 工純鐵磁芯兩邊，向線圈中通入足夠大的電流，將顯著增大磁芯2中的磁場，可實現(xiàn)對輸電 線鋼芯和接頭處鋼壓接管的飽和磁化，增加鋼芯缺陷的檢測靈敏度。
[0038] 如圖3所示，霍爾傳感器陣列4包括前后五對沿輸電線上表面周向布置的十片霍 爾傳感器?；魻杺鞲衅麝嚵?放置在輸電線1的上表面上，軸向前后排列的霍爾傳感器兩 兩差動連接，周向五組傳感器串聯(lián)，這樣能增大傳感器的輸出信號，還能一定程度上減小傳 感器與輸電線1表面距離變化給輸出信號帶來的干擾；霍爾傳感器安裝在末端為圓弧形或 多邊形的固定塊5上，固定塊5可采用膠粘等方式與磁芯2連接在一起，固定塊5的材料為 塑料或非鐵磁性金屬，避免磁路中磁場的泄漏。
[0039] 本發(fā)明對傳統(tǒng)的漏磁檢測裝置進行了改進，使裝置與輸電線本體完全分離的，因 此能實現(xiàn)適用于輸電線接頭中鋼芯的對接位置檢測。輸電線漏磁檢測的原理如圖4(a)、圖 4(b)所示。漏磁檢測鋼芯對接位置的【具體實施方式】如下：
[0040] 回字形電工純鐵磁芯2與兩個圓柱形銅線圈3組成一個電磁鐵，電磁鐵線圈中通 入直流電，會在鐵芯中產(chǎn)生磁通量。磁芯2和電磁鐵線圈3以及霍爾傳感器陣列6由現(xiàn)有 的爬行機器人帶動在輸電線上做軸向運動，霍爾傳感器陣列實時檢測磁路中磁通量的變化 情況。圖中8是輸電線鋁絞線外層的鋁套管，9是鋼線外層的鋼壓接管，10是鋁套管與鋼壓 管中間的空氣。當傳感器位于接頭鋼芯11的完整處，磁路中磁通量B為恒定的，傳感器陣 列始終是水平的信號。當運動到輸電線接頭鋼芯對接處，此時兩段鋼芯分開一段距離形成 空隙12,磁路中的磁通量由于鋼芯從有到無的過渡而變化成B'?；魻杺鞲衅麝嚵杏捎诖磐?量的變化會輸出一個波動信號，此信號經(jīng)濾波放大等處理后顯示在PC屏幕上，技術人員根 據(jù)顯示信號的波動變化可分析出缺陷的位置及大小等信息。
[0041] 如圖4所示，漏磁檢測裝置和輸電線本體是完全可分離的，當需要檢測時，只需手 動安裝或通過機械臂推動裝置使輸電線1位于回字形電工純鐵磁芯的空氣隙的正中間。當 運行過程中遇到障礙時，可通過控制機械臂拉動裝置脫離輸電線表面，這就很方便地解決 了越障狀態(tài)下設備的自動開合問題。
[0042] 兩半式渦流線圈陣列6是用來檢測輸電線外層鋁絞線上的斷股等損傷的，如圖5 所示渦流線圈陣列6包括十組沿輸電線整個周向布置的空心薄餅線圈，每組線圈負責檢測 電線周向的一小塊特定區(qū)域。每組線圈由軸向前后的兩個用于激勵渦流的激勵線圈13和 夾在兩者之間的磁場傳感線圈14組成，兩個激勵線圈13繞線方向相反，這樣可增大渦流在 輸電線鋁絞線中的透入深度，實現(xiàn)對絞線深部裂紋和斷股的檢測。
[0043] 兩半式渦流線圈陣列6由現(xiàn)有的機械手爪和爬行機器人帶動在輸電線軸向長度 上運動。在線圈中通以高頻交變電流，就會在輸電線表面產(chǎn)生電渦流。線圈的原始信號經(jīng) 鎖相放大處理后濾除高頻信號，最后輸出一段平穩(wěn)的直流信號。如果鋁絞線中存在斷股等 損傷，會使渦流產(chǎn)生畸變，同時線圈能實時感應到由于渦流畸變引起的空間磁場變化。當線 圈運動到損傷處，線圈在損傷位置產(chǎn)生一個波動信號，技術人員根據(jù)波動信號的特征來分 析鋁絞線損傷的信息。比較陣列中每個線圈的輸出信號還可判斷出絞線斷股的周向位置。
[0044] 渦流線圈陣列6分成兩部分分別封裝在兩個塑料外殼7中。兩個外殼7是可分開 的，因此它們與輸電線1表面也是可分開的。當需要檢測時，可通過手動安裝或通過控制機 械手爪閉合驅(qū)動兩半線圈使它們包裹在輸電線1的圓周表面。當運行過程中遇到障礙時， 通過控制機械手爪打開使線圈陣列脫離輸電線1表面，這樣就能實現(xiàn)線圈陣列的開合。
[0045] 綜上所述，本發(fā)明改進了傳統(tǒng)電磁無檢測傳感器的結(jié)構形式，利用與輸電線完全 分離的漏磁檢測裝置以及兩半可分式渦流線圈陣列，實現(xiàn)對輸電線鋼芯以及鋁絞線上缺陷 的在線檢測，擴大了電磁檢測方法在輸電線在線檢測中的應用范圍，方便了在高壓輸電線 現(xiàn)場電磁傳感器的安裝和越障，對現(xiàn)場檢測有更好的適用性，在輸電線損傷檢測中具有廣 闊的應用前景。
[0046] 上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范 圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
【權利要求】
1. 一種可分開式高壓輸電線在線電磁無損檢測裝置，其特征是，包括能沿輸電線徑向 布置用于檢測輸電線鋼芯上缺陷的勵磁直流電磁鐵、用于檢測輸電線接頭處鋼芯對接位置 的霍爾傳感器陣列和用來檢測輸電線外層鋁絞線上斷股的兩半式渦流線圈陣列； 所述勵磁直流電磁鐵包括回字型電工純鐵磁芯和對稱設置于回字型電工純鐵磁芯上 的兩個圓柱形銅線圈，回字型電工純鐵磁芯的下端橫向部分中間為斷開的能夠?qū)⑤旊娋€放 置于正中位置的空氣隙； 所述霍爾傳感器陣列包括五對能沿輸電線上表面周向串聯(lián)布置的霍爾傳感器，每一對 霍爾傳感器均由兩個沿軸向前后排列的霍爾傳感器兩兩差動連接組成；霍爾傳感器安裝在 末端為圓弧形或多邊形的固定塊上，固定塊上端連接于回字型電工純鐵磁芯內(nèi)部的頂端； 所述兩半式渦流線圈陣列包括兩個半圓式且能插接和分開的外殼，每一個外殼內(nèi)部弧 形面上均設置有五組能夠沿輸電線周向半圈布置的空心薄餅狀線圈，每組線圈負責檢測電 線周向的一小塊對應區(qū)域；每組線圈均由沿半圓外殼軸向前后設置的兩個用于激勵渦流的 激勵線圈和夾在兩者之間的磁場傳感線圈組成，且兩個激勵線圈繞線方向相反。
2. 如權利要求1所述的可分開式高壓輸電線在線電磁無損檢測裝置，其特征是，所述 勵磁直流電磁鐵的兩磁極處成梯形結(jié)構。
3. 如權利要求1所述的可分開式高壓輸電線在線電磁無損檢測裝置，其特征是，所述 固定塊采用膠粘與磁芯連接在一起。
4. 如權利要求1所述的可分開式高壓輸電線在線電磁無損檢測裝置，其特征是，所述 固定塊的材料為塑料或非鐵磁性金屬。
5. 如權利要求1所述的可分開式高壓輸電線在線電磁無損檢測裝置，其特征是，所述 外殼為塑料材質(zhì)。
【文檔編號】G01N27/90GK104215688SQ201410419286
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權日:2014年8月22日
【發(fā)明者】郭銳, 張峰, 仲亮, 程志勇, 曹雷, 賈娟, 賈永剛 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山東省電力公司電力科學研究院, 山東魯能智能技術有限公司