导波技术在输电线路无损监测中的应用 non-destructive monitoring of power transmission line using guided waves.pdfVIP

江苏电机工程 24 2011年9月 Electrical 第30卷第5期 Jiangsu Engineering 导波技术在输电线路无损监测中的应用 殷志1，陈丽娟1，陈大兵2，许晓慧1 (1．东南大学电气工程学院，江苏南京210096；2．江苏省电力公司电力科学研究院，江苏南京211103) 摘 要：输电线路损伤的定位及类型识别对于保障电力系统安全运行有着重要的意义。提出了基于超声导波的输电 线路无损监测方法并进行了实验验证。实验采用磁致伸缩换能器产生和接收超声导波．对钢绞线地线的断股损伤进行 了检测研究，通过得到的实验信号可以确定损伤位置，并对损伤信号进行时频分析，研究损伤信号与损伤程度的关系。 实验验证了该方法的可行性． 关键词：超声导波；输电线；无损监测；磁致伸缩效应 中图分类号：TM731 文献标志码：B 文章编号：1009-0665(2011)05—0024—03 研究输电线路损伤定位及类型识别的方法是 超声导波。对于钢绞线来说，外围钢丝或中心钢丝均 保障电力系统安全稳定运行的关键问题之一。目 可看作是细长圆柱杆。在细长杆中沿轴向方向传播 前．常用的输电线路损伤检测方法主要有人工检测 的超声导波存在3种不同的模态，即纵向模态、扭转 法、航测法和巡线机器人检测法…。人工检测和航测 模态和弯曲模态，分别记为L(0，m)，T(0，m)及F(n， 法效率低、费用高、检测精度不够；而巡线机器人每 m)。其中n和m分别为模态的周向阶次和模数。纵 次检测需要考虑人员的部署和机器人的搬运问题。 向模态和扭转模态为轴对称导波．弯曲模态为非轴 因此，这些方法在准确性、便捷性、经济性等方面均 对称导波[引。 不能很好满足电力公司巡检的需要．尤其是难以提 钢绞线由多根表面自由的圆柱杆绞合而成．设 供对输电线路损伤的实时监测．无法进行损伤的早 圆柱杆半径为口。轴线沿三方向，如图1所示。纵向 期预测。为了确保输电线路实现长距离大容量的电 模态是轴对称的，具有径向位移分量“，和轴向位移 力输送稳定可靠．需研究一种准确可靠、全面便捷、 分量地。条件是周向位移分量／／0，及珥，地与周向角口 经济高效的输电线路损伤定位及类型识别方法。近 无关。考虑r=口处的应力边界条件为：爵连=0，求解 年来出现的超声导波技术能够有效地解决这一问 波动方程，可得到Pochhammer频散方程为： 题。超声导波探伤技术已经在石油管道无损检测、 1～ 2 2 2 ’2 等=∞础)正(aa)J1(qB)一∞粕)· 混凝土非破损检测等领域得到广泛应用．也被用于 ¨ 2 进行高压传输电塔锚杆的腐蚀检测。国外有一些学 Jo(倒)^(oB)一4kaftJl(o魁)Jo(妒)=0(1) 者开始关注超声导波在电缆中的传播问题。Haag 1 2 ^ 2 等用压电传感器在多线电缆中产生超声导波，研究 式中：“‘=粤；卢‘=粤；to为圆频率；尼为波数；J为 CL CT 了弹性波能量在单线间的传播[2]。Hernandez．Sala． Bessel函数；cL为材质中的纵波波速；cT为材质中的 zar和Baltazar等也采用压电传感器激励产生超声