長期暴露在戶外的換流站支柱絕緣子極易受到煙塵、鹽霧等污染物附著，導(dǎo)致表面絕緣性能下降，引發(fā)閃絡(luò)故障，影響電網(wǎng)可靠運(yùn)行。檢修人員一般采用人工擦拭、高壓沖洗或機(jī)械清理的方式清潔絕緣子表面。人工擦拭效率低，還存在高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)；高壓沖洗會使清洗劑飛濺，易造成二次污染；而現(xiàn)有的機(jī)械清洗設(shè)備通用性差，難以滿足多樣化的應(yīng)用場景需求。
安徽送變電公司以王開庫勞模更新工作室為依托，組建攻關(guān)小組著手研發(fā)一款兼具操作便捷性、可靠高效性與高度智能化的絕緣子清洗裝置。擺在小組成員面前的首要難題是設(shè)計(jì)一套裝置攀爬機(jī)制。
小組成員從毛毛蟲蠕動前行的姿態(tài)中獲得了靈感。他們引入仿生學(xué)設(shè)計(jì)，讓清洗裝置頭部如強(qiáng)力吸盤般緊鎖法蘭，尾部配合收縮爬升，待尾部抵達(dá)指定位置后立即啟動鎖定程序，便于頭部繼續(xù)向上攀升。小組成員還加裝了兩套精密機(jī)械夾爪、爬升導(dǎo)向夾板、靈活旋轉(zhuǎn)刷頭，配備了高清攝像頭，讓整個(gè)裝置的功能更加完善。
歷經(jīng)7個(gè)月，小組成員成功研制出通用型自爬升絕緣子清洗裝置。這一裝置能根據(jù)絕緣子的直徑和高度靈活攀爬就位，并在清洗過程中利用末端的旋轉(zhuǎn)刷頭高效清理絕緣子表面污垢。經(jīng)過實(shí)際測試，該裝置的工作效率比傳統(tǒng)人工清洗方式至少提升2倍。24年10月29日，在±1100千伏古泉換流站年度綜合檢修現(xiàn)場，安徽送變電公司檢修人員第1次應(yīng)用該裝置清洗支柱絕緣子，作業(yè)時(shí)間大幅縮短。
第1章 局放理論概述（WBTCD-9308電力市場需求“電力變壓器局放儀”易于維護(hù)，使用簡單）
在開始我們的實(shí)驗(yàn)以前，我們首先應(yīng)該對局部放電有個(gè)初步的了解，為什么要測量局部放電？局部放電有什么危害？怎樣準(zhǔn)確測量局部放電？有了上述理論基礎(chǔ)可以幫助我們理解測量過程中的正確操作。
一、局部放電的定義及產(chǎn)生原因
在電場作用下，絕緣系統(tǒng)中只有部分區(qū)域發(fā)生放電，但尚未擊穿，（即在施加電壓的導(dǎo)體之間沒有擊穿）。這種現(xiàn)象稱之為局部放電。局部放電可能發(fā)生在導(dǎo)體邊上，也可能發(fā)生在絕緣體的表面上和內(nèi)部，發(fā)生在表面的稱為表面局部放電。發(fā)生在內(nèi)部的稱為內(nèi)部局部放電。而對于被氣體包圍的導(dǎo)體附近發(fā)生的局部放電，稱之為電暈。由此 總結(jié)一下局部放電的定義，指部分的橋接導(dǎo)體間絕緣的一種電氣放電，局部放電產(chǎn)生原因主要有以下幾種：
電場不均勻。
電介質(zhì)不均勻。
制造過程的氣泡或雜質(zhì)。經(jīng)常發(fā)生放電的原因是絕緣體內(nèi)部或表面存在氣泡；其次是有些設(shè)備的運(yùn)行過程中會發(fā)生熱脹冷縮,不同材料特別是導(dǎo)體與介質(zhì)的膨脹系數(shù)不同，也會逐漸出現(xiàn)裂縫；再有一些是在運(yùn)行過程中有機(jī)高分子的老化，分解出各種揮發(fā)物，在高場強(qiáng)的作用下，電荷不斷地由導(dǎo)體進(jìn)入介質(zhì)中， 在注入點(diǎn)上就會使介質(zhì)氣化。
二 、局部放電的模擬電路及放電過程簡介（WBTCD-9308電力市場需求“電力變壓器局放儀”易于維護(hù)，使用簡單）
介質(zhì)內(nèi)部含有氣泡，在交流電壓下產(chǎn)生的內(nèi)部放電特性可由圖1—1的模擬電路(a b c等值電路)予以表示；其中Cc是模擬介質(zhì)中產(chǎn)生放電間隙(如氣泡)的電容；Cb代表與Cc串聯(lián)部分介質(zhì)的合成電容；Ca表示其余部分介質(zhì)的電容。
I——介質(zhì)有缺陷(氣泡)的部份(虛線表示)
II——介質(zhì)無缺陷部份
圖1—1 表示具有內(nèi)部放電的模擬電路
圖1—1中以并聯(lián)有—對火花間隙的電容Cc來模擬產(chǎn)生局部放電的內(nèi)部氣泡。圖1—2表示了在交流電壓下局部放電的發(fā)生過程。
U(t)一一外施交流電壓
Uc(t)一一氣泡不擊穿時(shí)在氣泡上的電壓
Uc’(t)一一有局部放電時(shí)氣泡上的實(shí)際電壓
Vc一一氣泡的擊穿電壓
Y r一一氣泡的殘余電壓
Us—局部放電起始電壓(瞬時(shí)值)
Ur一一與氣泡殘余電壓v r對應(yīng)的外施電壓
Ir一一氣泡中的放電電流
電極間總電容Cx=Ca＋(Cb×Cc)/(Cb＋Cc)=Ca電極間施加交流電壓 u(t)時(shí)，氣泡電容Cc上對應(yīng)的電壓為Uc(t)。如圖2—1所示，此時(shí)的Uc(t)所代表的是氣泡理想狀態(tài)下的電壓（既氣泡不發(fā)生擊穿）。
Uc(t)=U(t)×Cb/Cc＋Cb
外施電壓U(t)上升時(shí)，氣泡上電壓Uc(t)也上升，當(dāng)U(t)上升到Us時(shí)，氣泡上電壓Uc達(dá)到氣泡擊穿電壓,氣泡擊穿，產(chǎn)生大量的正、負(fù)離子，在電場作用下各自遷移到氣泡上下壁，形成空間電菏，建立反電場，削弱了氣泡內(nèi)的總電場強(qiáng)度，使放電熄滅，氣泡又恢復(fù)絕緣性能。這樣的一次放電持續(xù)時(shí)間是極短暫的，對一般的空氣氣泡來說，大約只有幾個(gè)毫微秒(10的負(fù)8次方到10的負(fù)9次方秒)。所以電壓Uc(t)幾乎瞬間地從Vc降到Vr，Vr是殘余電壓；而氣泡上電壓Uc‘(t)將隨U(t)的增大而繼續(xù)由Vr升高到Vc時(shí)，氣泡再—次擊穿，發(fā)生又—次局部放電，但此時(shí)相應(yīng)的外施電壓比Us小，為(Us-Ur)，這是因?yàn)闅馀萆嫌袣堄嚯妷?/span>Vr的內(nèi)電場作用的結(jié)果。Vr是與氣泡殘余電壓Yr相應(yīng)的外施電壓，如此反復(fù)上述過程，即外施電壓每增加(Us-Ur)，就產(chǎn)生一次局部放電．直到前—次放電熄滅后，Uc’(t)上升到峰值時(shí)共增量不足以達(dá)Vc(相當(dāng)于外施電壓的增量Δ比(Us-Ur)小)為止。
此后，隨著外施電壓U(t)經(jīng)過峰值Um后減小，外施電壓在氣泡中建立反方向電場，由于氣泡中殘存的內(nèi)電場電壓方向與外電場方向相反，故外施電壓須經(jīng)(Us+Ur))的電壓變化，才能使氣泡上的電壓達(dá)到擊穿電壓Vc，(假定正、負(fù)方向擊穿電壓Vc相等)，產(chǎn)生一次局部放電。放電很快熄滅，氣泡中電壓瞬時(shí)降到殘余電壓Vr(也假定正、負(fù)方向相同)。外施電壓繼續(xù)下降，當(dāng)再下降(Us-Ur)時(shí)，氣泡電壓就又達(dá)到Vc從而又產(chǎn)生一次局部放電。如此重復(fù)上述過程，直到外施電壓升到反向蜂值一Um的增量Δ不足以達(dá)到(Us-Ur)為止。外施電壓經(jīng)過一Um峰值后，氣泡上的外電場方向又變?yōu)檎较?，與氣泡殘余電壓方向相反，故外施電壓又須上升(Us+Ur)產(chǎn)生第1次放電，熄滅后，每經(jīng)過Us—Ur的電壓上升就產(chǎn)生一次放電，重復(fù)前面所介紹的過程。如圖1—2所示。
由以上局部放電過程分析，同時(shí)根據(jù)局部放電的特點(diǎn)（同種試品，同樣的環(huán)境下，電壓越高局部放電量越大）可以知道：一般情況下，同一試品在一、三象限的局部放電量大于二、四象限的局部放電量。那是因?yàn)樗鼈兪请妷旱纳仙?。（第三象限是電壓?fù)的上升沿）。這就是我們測量中為什么把時(shí)間窗刻意擺在一、三象限的原因。
三、局部放電的測量原理：（WBTCD-9308電力市場需求“電力變壓器局放儀”易于維護(hù)，使用簡單）
局放儀運(yùn)用的原理是脈沖電流法原理，即產(chǎn)生一次局部放電時(shí)，試品Cx兩端產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電壓變化Δu，此時(shí)若經(jīng)過電Ck耦合到一檢測阻抗Zd上，回路就會產(chǎn)生一脈沖電流I，將脈沖電流經(jīng)檢測阻抗產(chǎn)生的脈沖電壓信息，予以檢測、放大和顯示等處理，就可以測定局部放電的一些基本參量（主要是放電量q）。在這里需要指出的是，試品內(nèi)部實(shí)際的局部放電量是無法測量的，因?yàn)樵嚻穬?nèi)部的局部放電脈沖的傳輸路徑和方向是極其復(fù)雜的，因此我們只有通過對比法來檢測試品的視在放電電荷，即在測試之前先在試品兩端注入一定的電量，調(diào)節(jié)放大倍數(shù)來建立標(biāo)尺，然后將在實(shí)際電壓下收到的試品內(nèi)部的局部放電脈沖和標(biāo)尺進(jìn)行對比，以此來得到試品的視在放電電荷。 相當(dāng)于外施電壓的增量Δ比(Us-Ur)小)為止。
四、局部放電的表征參數(shù)（WBTCD-9308電力市場需求“電力變壓器局放儀”易于維護(hù)，使用簡單）
局部放電是比較復(fù)雜的物理現(xiàn)象，必須通過多種表征參數(shù)才能全方位的描繪其狀態(tài)，同時(shí)局部放電對絕緣破壞的機(jī)理也是很復(fù)雜的，也需要通過不同的參數(shù)來評定它對絕緣的損害，目前我們只關(guān)心兩個(gè)基本參數(shù)。
視在放電電荷——在絕緣體中發(fā)生局部放電時(shí)，絕緣體上施加電壓的兩端出現(xiàn)的脈動電荷稱之為視在放電電荷，單位用皮庫（pc）表示，通常以穩(wěn)定出現(xiàn)的極大視在放電電荷作為該試品的放電量。
放電重復(fù)率——在測量時(shí)間內(nèi)每秒中出現(xiàn)的放電次數(shù)的平均值稱為放電重復(fù)率，單位為次/秒，放電重復(fù)率越高，對絕緣的損害越大。
第2章 局放測試的試驗(yàn)系統(tǒng)接線。
在了解了局部放電的基本理論之后，在本章我們的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向?qū)嶋H操作，我們先介紹局部放電測試中常用的三種接法，隨后我們再介紹整個(gè)系統(tǒng)的接線電路，我們再分別介紹幾種典型的試品的試驗(yàn)線路。
一、局放電測試電路的三種基本接法及優(yōu)缺點(diǎn)。
（1） 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)電路，又稱并聯(lián)法。適合于必須接地的試品。其缺點(diǎn)是高壓引線對地雜散電容并聯(lián)在 CX上，會降低測試靈敏度。
（2）接法的串聯(lián)法，其要求試品低壓端對地浮置。其優(yōu)點(diǎn)是變壓器入口電容、高壓線對地雜散電容與耦合電容CK并聯(lián)，有利于提高試驗(yàn)靈敏度。缺點(diǎn)是試樣損壞時(shí)會損壞輸入單元。
（3）平衡法試驗(yàn)電路：要求兩個(gè)試品相接近，至少電容量為同一數(shù)量級其優(yōu)點(diǎn)是外干擾強(qiáng)烈的情況下，可取得較好抑制干擾的效果，并可消除變壓器雜散電容的影響，而且可做大電容試驗(yàn)。缺點(diǎn)是須要兩個(gè)相似的試品，且當(dāng)產(chǎn)生放電時(shí)，需設(shè)法判別是哪個(gè)試品放電。
值得提出的是：由于現(xiàn)場試驗(yàn)條件的限制（找到兩個(gè)相似的試品且要保證一個(gè)試品無放電不太容易），所以在現(xiàn)場平衡法比較難實(shí)現(xiàn)，另外，由于采用串聯(lián)法時(shí)，如果試品擊穿，將會對設(shè)備造成比較大的損害，所以出于對設(shè)備保護(hù)的想法，在現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)一般采用并聯(lián)法。
二、采用并聯(lián)法的整個(gè)系統(tǒng)的接線原理圖。
該系統(tǒng)采用脈沖電流法檢測高壓試品的局部放電量，由控制臺控制調(diào)壓器和變壓器在試品的高壓端產(chǎn)生測試局放所需的預(yù)加電壓和測試電壓，通過無局放藕合電容器和檢測阻抗將局部放電信號取出并送至局部放電檢測儀顯示并判斷和測量。系統(tǒng)中的高壓電阻為了防止在測試過程中試品擊穿而損壞其他設(shè)備，兩個(gè)電源濾波器是將電源的干擾和整個(gè)測試系統(tǒng)分開，降低整個(gè)測試系統(tǒng)的背景干擾。
根據(jù)上述原理圖可以看出，局部放電測試的靈敏度和準(zhǔn)確度和整個(gè)系統(tǒng)密切相關(guān)，要想順利和準(zhǔn)確的進(jìn)行局部放電測試，就必須將整個(gè)系統(tǒng)考濾周到，包括系統(tǒng)的參數(shù)選取和連接方式。另外，在現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)，由于是驗(yàn)證性試驗(yàn)，高壓限流電阻可以省掉。
三、幾種典型試品的接線原理圖。
（1）電流互感器的局放測試接線原理圖
（2）電壓互感器的局放測試接線原理圖
A．工頻加壓方式接線原理圖
為了防止電壓互感器在工頻電壓下產(chǎn)生大的勵(lì)磁電流而損壞，高壓電壓互感器一般采取自激勵(lì)的加壓方式。在電壓互感器的低壓側(cè)加一倍頻電源，在電壓互感器的高壓端感應(yīng)出高壓來進(jìn)行局部放電實(shí)驗(yàn)。這就是通常所說的三倍頻實(shí)驗(yàn)。其接線原理圖如下：
(3)高壓電容器.絕緣子的局放測試接線原理圖
(4) 發(fā)電機(jī)的局放測試接線原理圖
（5）變壓器的局部放電測試接線原理圖
我們僅僅是在原理性的總結(jié)了幾種典型試品的接線原理圖，至于各種試品的加壓方式和加壓值的多少，我們在做試驗(yàn)的時(shí)侯要嚴(yán)格遵守每種試品的出廠檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)或交接檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。
近日，淮南1000千伏特高壓變電站3臺在運(yùn)1000千伏電抗器完成降噪改造。本次改造采用中國電力科學(xué)研究院有限公司電工新材料研究所電工防護(hù)材料團(tuán)隊(duì)開發(fā)的聲振解耦吸聲板降噪技術(shù)。該技術(shù)補(bǔ)齊了原有隔聲罩影響運(yùn)維檢修、隔聲屏障防風(fēng)抗震能力差的技術(shù)短板，實(shí)現(xiàn)了在華東地區(qū)高濕熱環(huán)境下的第1次應(yīng)用驗(yàn)證。
19年起，在國家電網(wǎng)有限公司特高壓部的指導(dǎo)下，研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合多家單位開展科研攻關(guān)，依托多項(xiàng)科技項(xiàng)目，歷時(shí)5年攻克了吸隔聲板聲學(xué)解耦、三維阻尼隔振、運(yùn)維檢修適配性等系列關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了變電設(shè)備近場包覆結(jié)構(gòu)的聲振解耦吸聲板降噪裝置，降噪效果達(dá)到15分貝以上。
為了保障淮南平圩電廠電力有效送出，公司于24年啟動淮南1000千伏特高壓變電站擴(kuò)建工程。14年之前，變電站執(zhí)行噪聲控制區(qū)制度，變電站外劃定的區(qū)域內(nèi)噪聲達(dá)標(biāo)即可；14年之后，執(zhí)行《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》，要求變電站廠界噪聲需達(dá)標(biāo)。在運(yùn)變電站改建擴(kuò)建后，需執(zhí)行后者。因此，在運(yùn)的變電站需要采用更有效的降噪技術(shù)，進(jìn)一步提高環(huán)境相容性。今年3月，該站啟動了在運(yùn)1000千伏特高壓電抗器降噪改造。針對華東地區(qū)高濕熱環(huán)境，研究團(tuán)隊(duì)在通風(fēng)散熱、消防及監(jiān)測系統(tǒng)等方面對聲振解耦吸聲板降噪裝置進(jìn)行了改造，解決了在運(yùn)特高壓電抗器高效降噪與運(yùn)維適應(yīng)性、服役可靠性難以兼顧的技術(shù)難題。經(jīng)過降噪改造，該站廠界噪聲達(dá)到了規(guī)定的2類聲環(huán)境功能區(qū)噪聲排放指標(biāo)。
據(jù)了解，淮南1000千伏特高壓變電站電抗器降噪材料及裝置示范工程已列入中國電科院2025年度重大科技示范工程，擬通過“技術(shù)攻關(guān)-裝備研制-科技示范-規(guī)模推廣”的成果轉(zhuǎn)化路徑推動科技更新和產(chǎn)業(yè)更新融合發(fā)展。
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