国家电网报:机器人读“芯” 为碳纤维导线“体检”

发布日期: 2019-05-21

 

  5月9日,国网江苏省电力有限兴发自主研制的具有AI大脑的碳纤维复合芯导线缺陷在线检测装置,首次应用于500千伏碳纤维复合芯导线输电线路,完成了500千伏江陵5292线部分区段的线上检测。这标志着在运碳纤维复合芯导线的在线检测技术取得关键性突破,成为保障碳纤维复合芯导线线路安全运行的“利器”。

碳纤维导线故障检测有需求

  碳纤维复合芯导线简称碳纤维导线,于2000年诞生于日本。

  碳纤维导线是由内层的碳纤维复合芯和外层的软铝线构成的一种新型架空输电导线,具有弧垂小、载流量大、重量轻、强度高、耐腐蚀等特点,在线路增容改造时可充分利用原有杆塔,大幅提升线路输送容量,是应对通道资源紧张、负荷快速增长的有效手段之一。

  从2016年开始,碳纤维导线用量急剧上升。据统计,碳纤维导线已在全国挂网1.3万余千米,其中以110千伏~220千伏增容改造线路居多,少量用于500千伏新建线路。2018年,碳纤维导线首次应用于1000千伏胜利站配套电厂送出工程。然而,碳纤维导线大规模应用以来,导线起“灯笼”甚至断线等问题接连出现。

  针对多起碳纤维导线断线故障,国网江苏电力深入分析了断线原因。“碳纤维导线的复合芯棒具有良好的抗拉性能,但是其径向耐压及抗弯扭性能相对较差。在导线制造、运输、安装等过程中,芯棒易受损。由于受外层铝股的包覆,损伤难以通过肉眼辨别。投运后在特殊的环境条件和运行张力的共同作用下,缺陷逐渐扩展,最终导致断线。”江苏电科院设备状态评价中心主任刘洋说。

  兴发有关部门要求严格控制碳纤维导线的应用范围,加强在运碳纤维复合芯导线运维管理。同时,研究在运碳纤维导线检测技术,开发配套设备,及时发现并消除线路隐患,成为当务之急。

突破关键技术实现高空诊断

  碳纤维导线自身结构特殊,内部的碳纤维复合线芯被外层的铝股紧密缠绕,线芯受损状况缺乏有效的线上检测手段。

  为尽快解决在运碳纤维导线在线检测的难题,国网江苏电力于2018年2月组建了江苏电科院牵头,运维单位、科研院所、高校、企业等配合的联合攻关小组。成员专业涵盖输电线路、无损检测、材料、计算机、机器人等。

  项目组通过理论分析和试验,探究了红外测温、承载力分布法、电容测量法、频率测量法、射线等方法应用于碳纤维导线芯棒损伤在线检测的可行性。经过反复对比和试验,项目组最终确定了机器人携带X射线检测装置上线检测、检测图像AI处理与识别的技术路线。

  “我们这个项目难点很多,一是碳纤维导线芯棒损伤缺陷影像边界模糊、铝股和芯棒密度差小、股线纹路遮盖等固有特征,会导致损伤影像很难辨识;二是高空、强电磁干扰等特殊环境对整个检测系统的要求很高;三是提高紧线部位损伤无损检测图像的智能识别算法准确率难度很大。”江苏电科院设备状态评价中心技术主管陈大兵说。

  项目组成员通力合作,攻克了全部技术难点,历时6个月研发出了初代样机,并于2018年8月完成了在110千伏碳纤维导线的线上测试。

  根据测试情况,项目组不断减小机器人重量,提升装置的可靠性,提高检测效率,强化应用便捷性。最终,检测速度可达1.7米/分,高空部分机器人重量仅约20千克。

  据悉,该检测装置已经实现对高空导线进行自动“体检”,并将扫描图像发送至地面数据处理平台,通过AI算法,自动判别导线芯棒缺陷情况,实时获知导线状态。

拓展应用保障线路安全

  在500千伏碳纤维导线上应用是该项目的阶段性成果,填补了在运碳纤维导线缺陷在线检测的技术空白。

  不仅如此,碳纤维导线检测装置的应用前景广阔。江苏电科院相关负责人表示:“本套装置不仅具有广阔的应用范围,还具有迫切的使用需求。装置将逐步在工程施工、验收、运维过程中试点应用,自动检测碳纤维导线关键部位,及时发现断线隐患,智能报警,保障碳纤维导线线路安全施工与运行。”

  此外,研究成果还将为碳纤维导线的生产、制造过程提供有效的质量管控手段,有望带动碳纤维导线材料的迭代升级,推进碳纤维等新材料在电网中的应用,提高电网的经济和社会效益。

  项目组将持续升级检测系统,不断提高检测装置的集成度、自动化程度、检测速度及信号传输稳定性,并逐步拓宽应用场景及应用领域,形成适应于不同电压等级输电线路、不同类型检测对象的系列产品,为电网生产运行提供坚强的技术支撑。