長(zhǎng)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(huì)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(chǎng)景需求。
安徽送變電公司以王開庫(kù)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(dòng)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(dòng)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(cè)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(chǎng)，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(chǎng)需求“電力變壓器局放儀”易于維護(hù)，使用簡(jiǎn)單）
在開始我們的實(shí)驗(yàn)以前，我們首先應(yīng)該對(duì)局部放電有個(gè)初步的了解，為什么要測(cè)量局部放電？局部放電有什么危害？怎樣準(zhǔn)確測(cè)量局部放電？有了上述理論基礎(chǔ)可以幫助我們理解測(cè)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(chǎng)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(duì)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(chǎng)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(huì)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(huì)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(chǎng)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(huì)使介質(zhì)氣化。
二 、局部放電的模擬電路及放電過程簡(jiǎn)介（WBTCD-9308電力市場(chǎng)需求“電力變壓器局放儀”易于維護(hù)，使用簡(jiǎn)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(duì)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(duì)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(duì)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(chǎng)作用下各自遷移到氣泡上下壁，形成空間電菏，建立反電場(chǎng)，削弱了氣泡內(nèi)的總電場(chǎng)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(duì)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(chǎng)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(chǎng)，由于氣泡中殘存的內(nèi)電場(chǎng)電壓方向與外電場(chǎng)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(chǎng)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(cè)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(cè)量原理：（WBTCD-9308電力市場(chǎng)需求“電力變壓器局放儀”易于維護(hù)，使用簡(jiǎn)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(cè)阻抗Zd上，回路就會(huì)產(chǎn)生一脈沖電流I，將脈沖電流經(jīng)檢測(cè)阻抗產(chǎn)生的脈沖電壓信息，予以檢測(cè)、放大和顯示等處理，就可以測(cè)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(cè)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(duì)比法來檢測(cè)試品的視在放電電荷，即在測(cè)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(duì)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(chǎng)需求“電力變壓器局放儀”易于維護(hù)，使用簡(jiǎn)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(duì)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(píng)定它對(duì)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(dòng)電荷稱之為視在放電電荷，單位用皮庫(kù)（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(cè)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(duì)絕緣的損害越大。
第2章 局放測(cè)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(cè)試中常用的三種接法，隨后我們?cè)俳榻B整個(gè)系統(tǒng)的接線電路，我們?cè)俜謩e介紹幾種典型的試品的試驗(yàn)線路。
一、局放電測(cè)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(duì)地雜散電容并聯(lián)在 CX上，會(huì)降低測(cè)試靈敏度。
（2）接法的串聯(lián)法，其要求試品低壓端對(duì)地浮置。其優(yōu)點(diǎn)是變壓器入口電容、高壓線對(duì)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(huì)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(jí)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(chǎng)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(chǎng)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(huì)對(duì)設(shè)備造成比較大的損害，所以出于對(duì)設(shè)備保護(hù)的想法，在現(xiàn)場(chǎng)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(cè)高壓試品的局部放電量，由控制臺(tái)控制調(diào)壓器和變壓器在試品的高壓端產(chǎn)生測(cè)試局放所需的預(yù)加電壓和測(cè)試電壓，通過無局放藕合電容器和檢測(cè)阻抗將局部放電信號(hào)取出并送至局部放電檢測(cè)儀顯示并判斷和測(cè)量。系統(tǒng)中的高壓電阻為了防止在測(cè)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(cè)試系統(tǒng)分開，降低整個(gè)測(cè)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(cè)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(cè)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(chǎng)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(cè)試接線原理圖
（2）電壓互感器的局放測(cè)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(cè)試接線原理圖
(4) 發(fā)電機(jī)的局放測(cè)試接線原理圖
（5）變壓器的局部放電測(cè)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?cè)谧鲈囼?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(tái)在運(yùn)1000千伏電抗器完成降噪改造。本次改造采用中國(guó)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(guó)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(chǎng)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(dòng)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(dòng)了在運(yùn)1000千伏特高壓電抗器降噪改造。針對(duì)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(cè)系統(tǒng)等方面對(duì)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(guó)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(dòng)科技更新和產(chǎn)業(yè)更新融合發(fā)展。
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