CN106353245B - 用作架空地线的钢绞线的股线腐蚀程度无损检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用作架空地线的钢绞线的股线腐蚀程度无损检测方法，包括：针对不同老化周期，分别测试股线在各个老化周期时的力学性能指标；针对不同老化周期，对钢绞线中任一层的单根股线施加高频周期性交变电信号，测试单根股线响应电信号在频率空间的变化曲线，并确定响应电信号取得极值的频率数值A；对比频率数值A在不同老化周期中力学性能指标，从而判断相应股线的腐蚀程度。上述方案中，以钢绞线的股线高频交变信号在频率空间的移动为判据，方便、快捷地进行腐蚀程度判断，真正做到无损检测，为钢绞线的在线运行监测打下基础。
Description
技术领域
本发明涉及架空电网的安全运行监测领域，尤其涉及一种用作架空地线的钢绞线的股线腐蚀程度无损检测方法。
背景技术
随着我国国民经济的发展，特别是改革开放以来的迅猛发展，大气污染加剧，输电线路沿线的工矿环境日益复杂，这些都对线路的安全运行构成威胁。腐蚀是影响电网运行长期安全性的重要因素，特别是对于服役30年以上、老式的架空线路，其腐蚀行为变得异常严重和复杂，对于其力学性能的退化和服役期限有着至关重要的影响。上述电网设施的腐蚀过程，是基于水分、氧和污染物离子等参与的电化学过程；以架空地线的钢绞线为例，其腐蚀是有水分、氧、二氧化碳、氯离子和硫酸根离子等参与的锌、铁腐蚀过程。腐蚀过程中的晶界变化与腐蚀产物堆积等现象，对于其剩余寿命有着直接影响。因腐蚀导致架空地线断裂带来的跳电事故，会造成巨大经济损失和不良政治影响，且复电维修急迫、困难，因此架空电线的腐蚀预警极为必要，而常规的腐蚀程度检测方法复杂且具有破坏性，如拉伸试验的力学测试。
近年来发展了不少简易的检测方法，如基于短路电流叠加的接地故障定位技术，但只有在故障发生才可以报警，不能在较早阶段预警以便维护；如基于接地电阻扫频测试技术可以防雷检测，但仅针对雷击时候的泄流能力，对日常老化断裂不能预警；如基于模拟信号反馈的地线直流融冰短接定位技术，但只针对直流融冰系统的故障；还有大量针对光纤复合架空地线运行监测的技术，但对传统的架空地线尚无腐蚀监测预警的报道，也无专利保护。
发明内容
本发明的目的是提供一种用作架空地线的钢绞线的股线腐蚀程度无损检测方法，其方便现场检测，且真正做到无损检测，为钢绞线的在线运行监测打下基础。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用作架空地线的钢绞线的股线腐蚀程度无损检测方法，结合力学性能数据建立高频交变信号与服役强度的关联，从而通过高频交变信号监测股线的腐蚀程度，包括：
针对不同老化周期，分别测试股线在各个老化周期时的力学性能指标；
针对不同老化周期，对钢绞线中任一层的单根股线施加高频周期性交变电信号，测试单根股线响应电信号在频率空间的变化曲线，并确定响应电信号取得极值的频率数值A；
对比频率数值A在不同老化周期中力学性能指标，从而判断相应股线的腐蚀程度。
所述高频周期性交变电信号为电压信号或者电流信号；其中的周期性交变为正弦交变或者余弦交变，交变频率范围为1Hz～1MHz；
所述响应电信号包括：阻抗、导纳、电模量和/或复数电介质。
所述不同老化周期包括：中性盐雾、酸性盐雾、离子加速盐雾或大气环境自然老化周期。
所述力学性能指标包括：抗张强度和/或线伸长率指标。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，以钢绞线的股线高频交变信号在频率空间的移动为判据，方便、快捷地进行腐蚀程度判断，真正做到无损检测，为钢绞线的在线运行监测打下基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种用作架空地线的钢绞线的股线腐蚀程度无损检测方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的中性盐雾腐蚀周期实验前后的钢绞线外层股线金相照片对比；
图3为本发明实施例提供进行中性盐雾腐蚀周期实验前后的钢绞线内外层股线力学性能变化曲线；
图4为本发明实施例提供进行中性盐雾腐蚀周期实验前后的钢绞线外层股线导纳谱变化曲线；
图5为本发明实施例提供进行中性盐雾腐蚀周期实验前后的钢绞线内层股线导纳谱变化曲线；
图6为本发明实施例提供进行中性盐雾腐蚀周期实验前后的钢绞线内外层股线导纳极值频率变化曲线。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
用作架空地线的钢绞线具有金属的趋肤效应，在高频交变信号下，信号仅沿股线的表层传输，因此对表面状态如晶界变化、腐蚀产物堆积极为敏感，腐蚀程度不同高频交变信号有显著差异，结合力学性能数据建立高频交变信号与服役强度的关联，就可以通过高频交变信号监测股线的腐蚀程度，为架空地线的安全运行提供预警服务。如图1所示，为本发明实施提供的一种用作架空地线的钢绞线的股线腐蚀程度无损检测方法的流程图，其主要包括：
步骤11、针对不同老化周期，分别测试股线在各个老化周期时的力学性能指标。
所述不同老化周期包括：中性盐雾、酸性盐雾、离子加速盐雾或大气环境自然老化周期。所述力学性能指标包括：抗张强度和/或线伸长率指标。
步骤12、针对不同老化周期，对钢绞线中任一层的单根股线施加高频周期性交变电信号，测试单根股线响应电信号在频率空间的变化曲线，并确定响应电信号取得极值的频率数值A。
本领域技术人员可以理解，所述钢绞线中任一层的单根股线可以根据具体的老化周期来选取，不同老化周期选取层数不同，腐蚀进入某一层后可选取最外层到这一层中任一层股线中的一根。
本领域技术人员可以理解，所述该步骤的测试可以利用便携式阻抗仪实现。
本发明实施例中，所述高频周期性交变电信号为电压信号或者电流信号；其中的周期性交变为正弦交变或者余弦交变，交变频率范围为1Hz～1MHz；所述响应电信号包括：阻抗、导纳、电模量和/或复数电介质。
此外，在施加高频周期性交变电信号的同时，存在或者施加直流电信号或低频交变电信号，不影响响应电信号极值频率的获取。
步骤13、对比频率数值A在不同老化周期中力学性能指标，从而判断相应股线的腐蚀程度。
由于力学性能指标与腐蚀程度存在一定的关系，因此，可以通过高频交变信号的频率数值来判断腐蚀程度。
本发明实施例的上述方案，可以获得如下有益效果：
(1)以钢绞线的股线高频交变信号在频率空间的移动为判据，方便、快捷地进行腐蚀程度判断，真正做到无损检测，为钢绞线的在线运行监测打下基础。
(2)仅仅使用便携式阻抗仪，方便现场检测，成本低廉，利于推广。
为了便于理解，下面结合具体示例进行详细说明。
示例一
本示例中，提供一种基于架空地线钢绞线的外层股线导纳谱信号变化检测钢绞线腐蚀程度的方法；步骤如下：
(1)钢绞线的中性盐雾腐蚀：截取40cm等长的钢绞线12份，去离子水清洗后放入盐雾腐蚀试验箱进行周期性中性盐雾腐蚀，喷雾介质为50±5g/L的NaCl去离子水溶液，试验箱温度为35±2℃，沉降量1～2mL/80cm2·h。每连续喷雾8h，停机，将试样从盐雾箱中取出，在实验室内自然干燥8h，完成一个干/湿腐蚀试验周期(16h)。腐蚀试验时间最高达1040h(65个周期)，达到设定的腐蚀时间后，将试样取出，晾干，再在流动的自来水中进行浸泡6～8h，然后取出，自然干燥。
(2)钢绞线外层股线的高频交变信号测试：将0、2、4、8、12、16、20、24、30、35、45、55、65周期的钢绞线拆股，取外层股线，在两端打磨去除腐蚀层后和阻抗仪欧姆连接，在0V直流偏压、10mV交流偏压扰动下进行导纳(响应电信号的一种)谱测试，测试频率范围为1Hz～1MHz。从每个周期股线的导纳谱中获取极值频率。
(3)钢绞线外层股线的金相观察和力学性能测试：将0、2、4、8、12、16、20、24、30、35、45、55、65周期拆股钢绞线的外层股线取一小截镶嵌后进行金相观察，确定直径和腐蚀坑深度；再将外层股线放入拉伸仪，通过拉伸试验获取抗张强度和线伸长率。
(4)钢绞线外层股线的腐蚀程度判断：建立股线导纳谱极值频率和力学性能的关联。
(5)针对任一腐蚀时间的钢绞线通过其外层股线导纳谱极值频率确定其腐蚀程度，判断其服役状态。
示例二
本示例中，提供一种基于架空地线钢绞线的内层股线导纳谱信号变化检测钢绞线腐蚀程度的方法，步骤如下：
(1)钢绞线的中性盐雾腐蚀：截取40cm等长的钢绞线12份，去离子水清洗后放入盐雾腐蚀试验箱进行周期性中性盐雾腐蚀，喷雾介质为50±5g/L的NaCl去离子水溶液，试验箱温度为35±2℃，沉降量1～2mL/80cm2·h。每连续喷雾8h，停机，将试样从盐雾箱中取出，在实验室内自然干燥8h，完成一个干/湿腐蚀试验周期(16h)。腐蚀试验时间最高达1040h(65个周期)，达到设定的腐蚀时间后，将试样取出，晾干，再在流动的自来水中进行浸泡6～8h，然后取出，自然干燥。
(2)钢绞线内层股线的高频交变信号测试：将0、2、4、8、12、16、20、24、30、35、45、55、65周期的钢绞线拆股，取内层股线，在两端打磨去除腐蚀层后和阻抗仪欧姆连接，在0V直流偏压、10mV交流偏压扰动下进行导纳谱测试，测试频率范围为1Hz～1MHz。从每个周期股线的导纳谱中获取极值频率。
(3)钢绞线内层股线的金相观察和力学性能测试：将0、2、4、8、12、16、20、24、30、35、45、55、65周期拆股钢绞线的内层股线取一小截镶嵌后进行金相观察，确定直径和腐蚀坑深度；再将内层股线放入拉伸仪，通过拉伸试验获取抗张强度和线伸长率。
(4)钢绞线内层股线的腐蚀程度判断：建立股线导纳谱极值频率和力学性能的关联.
(5)针对任一腐蚀时间的钢绞线通过其内层股线导纳谱极值频率确定其腐蚀程度，判断其服役状态。
上述两个示例的(1)～(4)都是预先进行的处理，通过这些处理来建立极值频率与力学性能指标之间的关联关系；当需要对钢绞线进行检测时，通过测试相应股线的极值频率，可以确定相应的力学性能指标，进而确定腐蚀程度，最终实现无损检测。
上述两个示例中的，对腐蚀的钢绞线，通过如图2所示金相观察(左侧为腐蚀前图像，右侧为腐蚀后图像)，发现股线已经腐蚀严重，直径变小，腐蚀层和腐蚀坑向内延伸。股线的力学性能测试也证实了腐蚀严重，抗拉强度随腐蚀时间有序降低(力学性能变化曲线如图3所示)。相应地，外层和内层股线的导纳谱峰位都随腐蚀时间向高频有序偏移(外层股线导纳谱变化曲线如图4所示，内层股线导纳谱变化曲线如图5所示)；极值频率随腐蚀时间的变化曲线与力学性能随腐蚀时间的变化曲线一致(如图6所示)。因此，只要测试任一腐蚀时间钢绞线的股线导纳谱，通过其极值频率就可以确定其腐蚀程度和服役性能，为架空地线安全运行提供更换、重点巡视、正常等建议。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种用作架空地线的钢绞线的股线腐蚀程度无损检测方法，其特征在于，结合力学性能数据建立高频交变信号与服役强度的关联，从而通过高频交变信号监测股线的腐蚀程度，包括：
针对不同老化周期，分别测试股线在各个老化周期时的力学性能指标；
针对不同老化周期，对钢绞线中任一层的单根股线施加高频周期性交变电信号，测试单根股线响应电信号在频率空间的变化曲线，并确定响应电信号取得极值的频率数值A；
对比频率数值A在不同老化周期中力学性能指标，从而判断相应股线的腐蚀程度。
2.根据权利要求1所述的一种用作架空地线的钢绞线的股线腐蚀程度无损检测方法，其特征在于，
所述高频周期性交变电信号为电压信号或者电流信号；其中的周期性交变为正弦交变或者余弦交变，交变频率范围为1Hz～1MHz；
所述响应电信号包括：阻抗、导纳、电模量和/或复数电介质。
3.根据权利要求1所述的一种用作架空地线的钢绞线的股线腐蚀程度无损检测方法，其特征在于，
所述不同老化周期包括：中性盐雾、酸性盐雾、离子加速盐雾或大气环境自然老化周期。
4.根据权利要求1所述的一种用作架空地线的钢绞线的股线腐蚀程度无损检测方法，其特征在于，所述力学性能指标包括：抗张强度和/或线伸长率指标。
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| Title |
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| 基于磁致伸缩效应在钢绞线中激励接收纵向导波模态的试验研究;刘增华等;《机械工程学报》;20101231;第46卷(第6期);全文 * |
| 架空输电线路的腐蚀原因及对策;安少明;《中国新技术新产品》;20131231;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106353245A (zh) | 2017-01-25 |
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