國家電網報:機器人讀“芯” 為碳纖維導線“體檢”

發布日期: 2019-05-21

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  5月9日,國網江蘇省電力有限公司自主研制的具有AI大腦的碳纖維復合芯導線缺陷在線檢測裝置,首次應用于500千伏碳纖維復合芯導線輸電線路,完成了500千伏江陵5292線部分區段的線上檢測。這標志著在運碳纖維復合芯導線的在線檢測技術取得關鍵性突破,成為保障碳纖維復合芯導線線路安全運行的“利器”。

碳纖維導線故障檢測有需求

  碳纖維復合芯導線簡稱碳纖維導線,于2000年誕生于日本。

  碳纖維導線是由內層的碳纖維復合芯和外層的軟鋁線構成的一種新型架空輸電導線,具有弧垂小、載流量大、重量輕、強度高、耐腐蝕等特點,在線路增容改造時可充分利用原有桿塔,大幅提升線路輸送容量,是應對通道資源緊張、負荷快速增長的有效手段之一。

  從2016年開始,碳纖維導線用量急劇上升。據統計,碳纖維導線已在全國掛網1.3萬余千米,其中以110千伏~220千伏增容改造線路居多,少量用于500千伏新建線路。2018年,碳纖維導線首次應用于1000千伏勝利站配套電廠送出工程。然而,碳纖維導線大規模應用以來,導線起“燈籠”甚至斷線等問題接連出現。

  針對多起碳纖維導線斷線故障,國網江蘇電力深入分析了斷線原因?!疤枷宋枷叩母春閑景艟哂辛己玫目估閱?,但是其徑向耐壓及抗彎扭性能相對較差。在導線制造、運輸、安裝等過程中,芯棒易受損。由于受外層鋁股的包覆,損傷難以通過肉眼辨別。投運后在特殊的環境條件和運行張力的共同作用下,缺陷逐漸擴展,最終導致斷線?!苯盞緲圃荷璞缸刺蘭壑行鬧魅瘟躚笏?。

  公司有關部門要求嚴格控制碳纖維導線的應用范圍,加強在運碳纖維復合芯導線運維管理。同時,研究在運碳纖維導線檢測技術,開發配套設備,及時發現并消除線路隱患,成為當務之急。

突破關鍵技術實現高空診斷

  碳纖維導線自身結構特殊,內部的碳纖維復合線芯被外層的鋁股緊密纏繞,線芯受損狀況缺乏有效的線上檢測手段。

  為盡快解決在運碳纖維導線在線檢測的難題,國網江蘇電力于2018年2月組建了江蘇電科院牽頭,運維單位、科研院所、高校、企業等配合的聯合攻關小組。成員專業涵蓋輸電線路、無損檢測、材料、計算機、機器人等。

  項目組通過理論分析和試驗,探究了紅外測溫、承載力分布法、電容測量法、頻率測量法、射線等方法應用于碳纖維導線芯棒損傷在線檢測的可行性。經過反復對比和試驗,項目組最終確定了機器人攜帶X射線檢測裝置上線檢測、檢測圖像AI處理與識別的技術路線。

  “我們這個項目難點很多,一是碳纖維導線芯棒損傷缺陷影像邊界模糊、鋁股和芯棒密度差小、股線紋路遮蓋等固有特征,會導致損傷影像很難辨識;二是高空、強電磁干擾等特殊環境對整個檢測系統的要求很高;三是提高緊線部位損傷無損檢測圖像的智能識別算法準確率難度很大?!苯盞緲圃荷璞缸刺蘭壑行募際踔鞴艸麓蟊?。

  項目組成員通力合作,攻克了全部技術難點,歷時6個月研發出了初代樣機,并于2018年8月完成了在110千伏碳纖維導線的線上測試。

  根據測試情況,項目組不斷減小機器人重量,提升裝置的可靠性,提高檢測效率,強化應用便捷性。最終,檢測速度可達1.7米/分,高空部分機器人重量僅約20千克。

  據悉,該檢測裝置已經實現對高空導線進行自動“體檢”,并將掃描圖像發送至地面數據處理平臺,通過AI算法,自動判別導線芯棒缺陷情況,實時獲知導線狀態。

拓展應用保障線路安全

  在500千伏碳纖維導線上應用是該項目的階段性成果,填補了在運碳纖維導線缺陷在線檢測的技術空白。

  不僅如此,碳纖維導線檢測裝置的應用前景廣闊。江蘇電科院相關負責人表示:“本套裝置不僅具有廣闊的應用范圍,還具有迫切的使用需求。裝置將逐步在工程施工、驗收、運維過程中試點應用,自動檢測碳纖維導線關鍵部位,及時發現斷線隱患,智能報警,保障碳纖維導線線路安全施工與運行?!?/p>

  此外,研究成果還將為碳纖維導線的生產、制造過程提供有效的質量管控手段,有望帶動碳纖維導線材料的迭代升級,推進碳纖維等新材料在電網中的應用,提高電網的經濟和社會效益。

  項目組將持續升級檢測系統,不斷提高檢測裝置的集成度、自動化程度、檢測速度及信號傳輸穩定性,并逐步拓寬應用場景及應用領域,形成適應于不同電壓等級輸電線路、不同類型檢測對象的系列產品,為電網生產運行提供堅強的技術支撐。