专利名称：电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷无损检测装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种钢筋混凝土电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷的 无损检测装置和方法，特别涉及对在线运行中的电杆内表面裂纹缺陷的实 时快速无损检测，属于电网架空送电线路工程安全运行检修与维护技术领 域。
背景技术：
钢筋混凝土电杆是我国10-220千伏架空送电线路工程广泛使用的一 种电杆，根据电压等级和结构强度、挠度的要求，通常分为单杆或门型杆 (双杆)线路结构型式，每根杆由1 3根杆段组成，壁厚一般为30mm 50mm，总长度为6m 15m，属于环形、空心、薄壁、细长结构，这种结构 型式是杆段产生裂纹的先天因素。电杆在运行过程中，由于自然老化和受 永久载荷和可变载荷(如重力、覆冰、顺线路不平衡张力、横向水平风力 和振动等)的作用，会出现疲劳，这种疲劳最初表现为杆身发生浅表性细 小裂纹。随着空气、雨水和潮湿气体逐渐向内部侵蚀，钢筋接触到空气、 潮湿后开始锈蚀，其膨胀力会使裂纹宽度、长度逐渐增加，甚至造成钢筋 外部的水泥脱落。这些缺陷如果不能及时发现和处理，当电杆遇到受力不 均、内部积水、严重覆冰等问题时就会产生断裂或倾斜事故。典型的例子 是2008年在我国南方发生的"冰灾"，这场灾害导致了送电线路中很多 电杆断裂、倾斜和倒塌事故。其原因就是因为积雪和覆冰的超强外力作用 和电杆基础埋深段的混凝土裂纹导致钢筋长时期锈蚀，强度削弱。
随着电力事业的发展，送电线路越来越多，老龄线路逐年增加，电杆
4裂纹现象严重，因此，加强电杆裂纹缺陷检测，特别是早期裂纹检测，并 按照国家电网《架空输电线路运行与检修规范》和《国家电网十八项重大 反事故措施》要求，及时排除潜在故障是提高电杆送电线路抵抗自然灾害 能力、确保电网安全运行与预防事故发生的重要途径。
钢筋混凝土电杆分为普通钢筋混凝土电杆和预应力混凝土电杆，我
国《架空送电线路运行规程》(DL/T741-2001)规定预应力混凝土电 杆出现裂纹，普通钢筋混凝土电杆出现纵、横向裂纹，宽度超过0.2mm时 应进行处理。由于单根电杆一般是由1 3根杆段通过法兰盘或穿钉管连 接而成，可以保证杆段的离心制造质量和堆放、运输、施工安装和拆卸方 便，因此， 一根杆段发生的裂纹不会传向另一根杆段。
统计表明，电杆上下两端的杆段，即塔头横担部位和基础埋深部位比 较容易出现裂纹。由于目前我国缺乏对电杆裂纹进行检测的检测装置和方 法，当在电杆的某位置出现问题时，检修方案常是采用全杆更换的方法。 这种方法的施工准备时间和线路停电时间长，更换费用高。而运行中的电杆 多数情况下只是其中 一段出现问题，如果能采用有效检测方法判断出问题杆 段，就可以只更换问题杆段，而不需全杆更换，这样能够大大减少换杆费用 和停电时间。
现行对电杆的安全检测主要限于对电杆外表面的检査。方法是对电 杆地上部分外表面进行目测检查，发现裂纹缺陷，再通过测缝仪测量裂纹 尺寸判断是否超标；对地下基础埋深段外表面的检测则需要制定专项开挖 检查计划，采用专项开挖的方法，清除埋深段电杆周围的埋土，并用水洗 方法将电杆外表清洗干净后进行检测，检测完毕再将埋土回填复原并夯 实。因此，现有对电杆地下段外表面裂纹进行检查的方法的工作量较大， 操作不方便，只能对电杆地下段的一部分进行外表面裂纹检查，而且对电 杆线路运行有一定的负面影响。然而，对电杆内部和内表面那些人眼看不 见部位的裂纹缺陷检测至今还没有有效手段，例行的安全检查根本无法对这些部位进行检测，导致对电杆的安全检查不完整，留下了安全隐患。
为了解决上述问题，本发明提供了一种适用于电杆地下基础埋深段 内表面裂纹缺陷检测的无损检测装置和方法，解决了一直无法解决的电杆 地下基础埋深段内表面裂纹缺陷检测的技术难题，以确保电杆线路的安全 运行。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种可以对送电线路工程使用的钢筋混凝 土电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷进行无损检测的装置。
本发明的另一个目的是提供一种可以对送电线路工程使用的钢筋混 凝土电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷进行无损检测的方法。
本发明基于以下原理钢筋混凝土电杆结构设计应满足相关国家标 准和规范，除开设排水孔和接地孔外， 一般不允许在电杆上增加开孔数目， 避免对电杆强度产生负面影响。近年来，由于在送变电工程施工中，电杆 杆顶加装了顶板密封，同时与电杆地下基础埋深段相接的地基部分采用了 混凝土浇铸方案，以使电杆与地基紧密结合，从而减小了电杆杆段进水的 可能性，使原设计的排水孔常常处于闲置状态。由于排水孔位于电杆地上
部分，并且与埋深段最近(常规设计为离杆底l. 7m处，其中埋深一般为1 1.5m)，因此，本发明将排水孔用途扩展，将其作为检测孔，利用现有 的电子视频工业内窥镜(以下简称内窥镜)技术，将内窥镜的内窥镜探头 由检测孔伸入到电杆地下基础埋深段需要检测部位，采集电杆内表面的状 态图像，并传输到电杆外部视频监视器上显示出来，供检测人员观测，从 而实现对电杆内表面裂纹缺陷的无损检测。当检测中发现裂纹缺陷时，将 裂纹图像与事先标定好的O. 2mm宽度的标准裂纹图像进行比较，就判断电
杆裂纹是否超标。
由于电杆排水孔只能开设在两相邻钢筋之间，受到钢筋之间间距限制，其孔径一般小于30mm，而内窥镜探头直径一般为6 20薩，可插入长 度在2m以上，分辨率一般可达O. lmm，因此，本发明的检测方法和检测装 置不受电杆原设计结构和尺寸的影响和限制。
一方面，本发明提供了一种电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷无 损检测装置，该装置由支撑套筒和内窥镜系统组成。内窥镜系统由内窥镜 探头、信号线、柔性软管、外部控制器、视频监视器、连接器和计算机组 成。内窥镜探头由物镜、光源和CCD摄像头组成。柔性软管通过连接器与 外部电源和计算机相连。
为保证在现场检测时内窥镜探头的中心线与电杆轴线重合，本发明 特别制作了用于检测的支撑套筒，它是本发明检测装置不可缺少的重要组 成部分。
在一种优选实施方案中，所述支撑套筒为圆柱形管状形状，在支撑 套筒外部端具有一个法兰盘。
在另一种优选实施方案中，在支撑套筒外表面与检测孔内钢管的配 合段部分加工出环形浅槽，并且在浅槽内粘结适当厚度的磁性橡胶，使支 撑套筒与检测孔接触并吸紧固定。
在又一种优选实施方案中，在法兰盘上设计一个拉环，以便取出吸 紧在检测孔上的支撑套筒。
支撑套筒的尺寸是根据待测电杆检测孔的尺寸、内窥镜探头直径和 柔性软管弯曲半径设计的。支撑套筒的外径稍小于检测孔的直径，二者为 间隙配合，以保证其顺利插入电杆，支撑套筒的内径稍大于内窥镜探头的 直径，以保证内窥镜探头放入支撑套筒时不被刮擦。装有内窥镜探头的柔 性软管通过支撑套筒进入电杆后，由于内窥镜探头的重量而自然下垂，在 与支撑套筒接触端点和下垂部分之间有一个圆弧曲率过渡段。为保证柔性 软管下垂中心线与电杆轴线重合，支撑套筒的长度设计应考虑上述圆弧曲 率过渡段，此过渡段可以在实验室标定试件上进行试验确定。即捡测孔)是利用一个对穿电杆直径 的钢管作模子形成，成孔后去掉中间部分钢管，而保留与电杆杆壁连接部 分的钢管，因此，检测孔(钢管)轴线与电杆轴线垂直并相交，当支撑套 筒正确插入检测孔后，两者的中心线可以重合，即支撑套筒的中心线可以 与电杆轴线垂直相交。
在支撑套筒外部端设计一个法兰盘，以其端面进行定位，法兰盘与
电杆之间可以附加垫片调整，使支撑套筒和检测孔两者中心线重合；为使 支撑套筒在检测过程固定不动，可以在支撑套筒外表面与检测孔内钢管的 配合段上加工出环形浅槽，在浅槽内粘结适当厚度的磁性橡胶，使支撑套 筒与检测孔接触并吸紧固定。支撑套筒在位于电杆内的内端部设计圆弧倒 角，引导柔性软管平稳离开支撑套筒并下垂，同时减少两者之间的摩擦。
另外，可以在法兰盘上设计一个拉环，以便取出吸紧在检测孔上的 支撑套筒。在满足支撑套筒中心线与电杆轴线垂直相交，以及支撑套筒插 入检测孔的长度调整合理的情况下，就可以保证柔性软管通过支撑套筒下 垂后内窥镜探头中心线正好落在与电杆轴线重合位置上。
在柔性软管的外部刻有长度标记，收放柔性软管可使内窥镜探头沿 电杆的轴线做上下垂直方向位移，可以通过其上的刻度控制内窥镜探头处 于地下基础埋深段的高度位置。
另一方面，本发明提供了一种电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷
无损检测方法，包括以下步骤
1) 将支撑套筒插入待测电杆的检测孔，并使其良好固定；
2) 通过所述支撑套筒将装有内窥镜探头的柔性软管放入电杆内，使 所述内窥镜探头处于悬吊状态；
3) 调整所述支撑套筒的插入长度，使所述内窥镜探头的中心线与电 杆的轴线重合；
4) 开启内窥镜探头光源，调节外部控制器，使内窥镜探头某一高度沿电杆内表面沿圆周方向转动，调节焦距，使视频监视器获得清晰的内表 面图像，-
5) 收放所述柔性软管，使内窥镜探头沿电杆轴线做上下垂直方向移
动，将它移动到电杆地下基础埋深段的起始检测位置；
6) 调节外部控制器使内窥镜探头沿电杆内表面沿圆周方向转动，每 次转动的调节量正好使采集的视频图像之间相互衔接，内窥镜探头旋转一 周，就采集到电杆内表面一个环形带的视频图像；
7) 继续收放柔性软管，使内窥镜探头移动到下一高度位置，重复执 行上述步骤6)，采集这一高度的电杆内表面视频图像，并通过视频监视 器观察判断出电杆内表面的缺陷状态，同理，直至完成地下基础埋深段所 有高度上的视频图像采集和缺陷状态判断；
8) 在检测过程中，若发现裂纹缺陷或裂纹尺寸较大时，记录和存储 缺陷位置和图像，与标定并储存在计算机中的0.2mm标准裂纹视频图像进 行比较，就可判断裂纹是否超标。
在检测时，柔性软管的一次收放距离应该使内窥镜探头在相邻高度 采集的图像相互衔接， 一般约50 100mm。
裂纹超标判定原理是以《架空送电线路运行规程》(DL/T741 -2001) 中规定的0.2mm宽度裂纹为标准，判断待测裂纹是否超过这一标准。 一般 超标检测前需要依据待测电杆地下基础埋深段结构，在实验室采集O. 2mm 标准裂纹的视频图像，即标定。在电杆裂纹缺陷检测过程中，若发现裂纹 缺陷或裂纹尺寸较大，需要进行裂纹超标诊断时，记录缺陷位置，采集此 裂纹视频图像，与上述标准裂纹的视频图像比较，即可判断是否超标。标 准裂纹视频图像可以事先存储在计算机中随时调用，现场快速判断裂纹状 态。
标准裂纹的标定方法环形钢筋混凝土电杆分直(形)杆和锥(形) 杆两种，标定是根据待测电杆地下基础埋深段的结构形状在实验室制作一段与其相同的标定试件，在试件内表面预制0.2mm的人工裂纹作为标准裂 纹，然后利用与现场待测电杆检测相同的仪器、参数和方法采集标准裂纹 的视频图像。对直杆来说，检测时内窥镜探头处于电杆轴线位置，内窥镜 探头距内表面的距离在任意高度均相等，检测时内窥镜探头焦距保持不 变，因此，标定只需采集一种状态的标准裂纹视频图像作为超标判断标准， 可以在检测前完成标定，存储在计算机内备用。对锥杆来说，由于地下埋 深段电杆直径是变化的，检测时若需获得相同清晰度的输出视频图像，内 窥镜探头焦距必须随直径变化而调节，标定需要采集距内窥镜探头在不同 高度距内表面不同距离状态下的标准裂纹视频图像。
本发明具有以下优点
1、 无损检测方法，解决了我国目前对运行电杆地下基础埋深段内表 面缺陷没有检测方法的问题；
2、 视频图像输出，解决了人无法进入电杆内部，无法直观观测到内 表面缺陷的问题，实现了裂纹缺陷检测和裂纹是否超标的快速判断；
3、 检测方法操作简便，无需拆卸电杆，无需施工准备，不受野外环 境影响。在现场使用时，直接将内窥镜系统连接好，将内窥镜探头由检测 孔插入到电杆内部，接通电源即可进行检测，不影响电网安全运行。
4、 本发明检测方法应用于电网电杆的安全检査中，将节约大量的人 力、物力和财力，显著提高企业的经济效益和社会效益。
图l是电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷无损检测装置的示意图， 示出了该装置工作时的状态。
图2是根据本发明一种优选实施方案的检测装置的支撑套筒结构的 放大示意图。图3是根据本发明另一种优选实施方案的检测装置的支撑套筒结构 的放大示意图，在法兰盘上设有拉环。
图4是内窥镜系统的组成示意图。
附图标记说明如下
1. 电杆
2. 电杆地下基础埋深段内表面
3. 内窥镜系统
4. 检测孔
5. 支撑套筒
6. 内窥镜探头
7. 法兰盘
8. 磁性橡胶
9. 拉环
10. 信号线
11. 柔性软管
12. 外部控制器
13. 视频监视器
14. 连接器
15. 计算机
16. 物镜
17. 光源
18. CCD摄像头
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明的电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷无 损检测装置和方法做更详细地说明。参见图1和4，本发明的电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷无损 检测装置由支撑套筒5和内窥镜系统3组成。内窥镜系统3由内窥镜探头 6、信号线10、柔性软管11、外部控制器12、视频监视器13、连接器14 和计算机15组成，内窥镜探头6由物镜16、光源17和CCD摄像头18组 成，柔性软管11通过连接器14与外部电源和计算机15相连。
参见图2，支撑套筒5为圆柱形管状形状，在支撑套筒5的外部端具有 一个法兰盘7，在位于电杆内的内端部设计圆弧倒角。在支撑套筒5的外 表面与检测孔4内钢管的配合段部分加工出环形浅槽，并且在浅槽内粘结 适当厚度的磁性橡胶8，使支撑套筒5与检测孔4接触并吸紧固定。
参见图3，可以在法兰盘7上设计一个拉环9，以便取出吸紧在检测 孔4内的支撑套筒5。
用本发明检测的方法如下
参见图l，检测前，首先连接好内窥镜系统3的各组成部分，并保证 它们功能正常，内窥镜探头6上下左右运动灵活。然后将支撑套筒5插入 检测孔4中，通过法兰盘7将支撑套筒5上的磁性橡胶8段推进检测孔4内。 将装有内窥镜探头6的柔性软管11通过支撑套筒5放入电杆1待测的地下 基础埋深段内，使内窥镜探头6处于悬吊状态。柔性软管11与支撑套筒5 接触，收放柔性软管11可使内窥镜探头6沿电杆1轴线做上下垂直方向位 移。在柔性软管ll外部刻有长度标记，通过其上的刻度控制内窥镜探头6 处于地下基础埋深段的高度位置。开启光源17，照亮内窥镜探头6对准的 电杆内表面区域，固定内窥镜探头6处于这一高度位置，调节外部控制器 12使内窥镜探头6沿电杆内表面沿圆周方向转动，观察视频监视器13的图 像，通过调节焦距和调整支撑套筒5，使获得的传输图像在某确定焦距下 都同样清晰。此时，说明内窥镜探头6中心线 电杆1轴线已经重合，保 持内窥镜探头6焦距在接检测过程不变。安装固定好支撑套筒5，保证支 撑套筒5在测量过程中不产生任何方向的运动。检测开始，收放柔性软管11将内窥镜探头6移动到电杆1地下基础埋 深段的起始高度位置，开启光源17照亮地下基础埋深段内表面2，物镜16 将内表面状态成像(光学图像)，通过CCD摄像头18摄取图像(电信号)， 再通过信号线10传送至视频监视器13直接显示出来，供检测人员观察。 调节外部控制器12可使内窥镜探头6在同一高度沿电杆内表面沿圆周方 向转动，观察环形带区域的内表面状态。外部控制器12每次转动内窥镜探 头6的调节量正好使采集的两幅视频图像之间相互衔接，这样，内窥镜探 头6顺序旋转一周，就采集到了电杆l内表面一定宽度环形带内的视频图 像，通过视频监视器13观察就可以快速判断处于此环形带的内表面裂纹 缺陷状态。收放柔性软管ll，使内窥镜探头6移动到下一高度位置，重复 执行上述操作步骤，采集这一高度的图像并通过视频监视器13观察判断 出内表面缺陷状态。同理，直至完成地下基础埋深段所有高度上的视频图 像采集和缺陷状态判断。
在检测过程中，若发现裂纹缺陷或裂纹尺寸较大时，通过计算机15 记录和存储缺陷位置和图像，与同样检测条件下在实验室标定并储存在计 算机中的0.2mm标准裂纹视频图像比较，就可判断裂纹是否超标。
检测完毕，将柔性软管ll从电杆内部拉出，并且通过拉环9将支撑 套筒5从检测孔4中取出。
尽管业已结合附图和具体实例对本发明的电杆地下基础埋深段内表 面裂纹缺陷无损检测装置和方法进行了说明，本领域技术人员可以理解的 是，所公开的具体方案是说明性的，而不是限定性的。在不违背本发明所 披露的原理和构思的前提下，可以对上述方案进行各种改变和变形，这样 的改变都属于权利要求书中所限定的本发明要求保护的范围。
1权利要求
1.一种电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷无损检测装置，其特征于该装置由支撑套筒(5)和内窥镜系统(3)组成。
2. 如权利要求1的电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷无损检测装 置，其特征于所述内窥镜系统(3)由内窥镜探头(6)、信号线(10)、 柔性软管(11)、外部控制器(12)、视频监视器(13)、连接器(14) 和计算机(15)组成，内窥镜探头(6)由物镜(16)、光源(17)和CCD 摄像头(18)组成，柔性软管(11)通过连接器(14)与外部电源和计 算机(15)相连。
3. 如权利要求l的电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷无损检测装 置，其特征于所述支撑套筒(5)为圆柱形管状形状，在支撑套筒(5) 的外部端具有一个法兰盘(7)。
4. 如权利要求l的电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷无损检测装 置，其特征于在所述支撑套筒(5)的外表面与检测孔内钢管的配合段部 分具有环形浅槽，并且在浅槽内粘结磁性橡胶(8)。
5. 如权利要求1-4中任意一项的电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺 陷无损检测装置，其特征于在所述法兰盘(7)上具有一个拉环(9)， 以便取出吸紧在检测孔上的所述支撑套筒(5)。
6. 如权利要求5的电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷无损检测装 置，其特征于在所述支撑套筒(5)的位于电杆内的内端部设计圆弧倒角。
7. 如权利要求2的电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷无损检测装 置，其特征于在所述柔性软管(11)外部刻有长度标记。
8. —种利用权利要求1一7中任意一项的电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷无损检测装置检测电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷的方 法，包括以下步骤1)将支撑套筒(5)插入电杆(1)的检测孔(4)，并使其良好固定；2) 通过所述支撑套筒(5)将装有内窥镜探头(6)的柔性软管(11) 放入电杆(1)内，使所述内窥镜探头(6)处于悬吊状态；3) 调整所述支撑套筒(5)的插入长度，使所述内窥镜探头(6)的 中心线与电杆(1)的轴线重合；4) 开启内窥镜探头光源(17)，调节外部控制器(12)，使内窥镜 探头(6)在同一高度沿电杆内表面沿圆周方向转动，调节焦距，使视频 监视器(13)获得清晰的内表面视频图像；5) 收放所述柔性软管(11)，使内窥镜探头(6)沿电杆轴线做上 下垂直方向移动，将它移动到电杆(1)地下基础埋深段的起始检测位置；6) 调节外部控制器(12)，使内窥镜探头(6)在同一高度沿电杆 内表面沿圆周方向转动，每次转动的调节量正好使采集的视频图像之间相 互衔接，内窥镜探头(6)旋转一周，就采集到电杆内表面(2) —个环 形带的视频图像；7) 继续收放柔性软管(11)，使内窥镜探头(6)移动到下一高度 位置，重复执行上述步骤6)，采集这一高度的电杆内表面视频图像，并 通过视频监视器(13)观察判断出电杆内表面(2)的缺陷状态，同理， 直至完成地下基础埋深段所有高度上的视频图像采集和缺陷状态判断；8) 在检测过程中，若发现裂纹缺陷或裂纹尺寸较大时，记录和存储 缺陷位置和图像，与在同样检测条件下标定并储存在计算机(15)中的 0.2mm标准裂纹的视频图像进行比较，判断裂纹是否超标。
全文摘要
本发明提供了一种钢筋混凝土电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷的无损检测装置，它由支撑套筒和内窥镜系统组成。本发明还提供了一种钢筋混凝土电杆地下基础埋深段内表面裂纹缺陷的无损检测方法，它利用支撑套筒将柔软可弯曲的电子视频工业内窥镜通过电杆的排水孔伸进电杆内部，并定位于电杆轴线位置，内窥镜探头通过外部控制实现上下方向和旋转方向运动，并将采集到的电杆内表面图像传输到外部视频监视器上，供检测人员观察和判断裂纹缺陷状态。本发明现场检测操作方便，无需对电杆进行拆卸，适用于架空送电线路工程中各类型电杆的安全运行检修。
文档编号G01N21/88GK101650318SQ200910170289
公开日2010年2月17日 申请日期2009年9月10日 优先权日2009年9月10日
发明者毅 姜, 冰 张, 中 文, 力 李, 王彦海, 王红梅, 窦艺成, 郭文杰, 勇 陈 申请人:三峡大学