吉林電科院自主研發(fā)干式空心并聯(lián)電抗器絕緣包封微裂紋探測(cè)及愈合裝置

　　2月18日，國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)中心科研團(tuán)隊(duì)各成員聚在一起，討論改進(jìn)干式空心并聯(lián)電抗器絕緣包封微裂紋探測(cè)及愈合裝置的圖像采集系統(tǒng)近距離掃描方式，提高裝置光學(xué)鏡頭的精細(xì)獲取圖像能力。

　　并聯(lián)在變壓器低壓繞組側(cè)的干式空心并聯(lián)電抗器用于長距離輸電的無功補(bǔ)償。而電抗器包封絕緣出現(xiàn)微裂紋往往會(huì)使設(shè)備絕緣性能下降，甚至導(dǎo)致電抗器燒損。為此，吉林電科院自主開發(fā)出可以快速探測(cè)及修復(fù)微裂紋的裝置并研發(fā)了相關(guān)修復(fù)材料，解決了在電抗器絕緣包封狹小夾縫內(nèi)精準(zhǔn)探測(cè)和修復(fù)微裂紋的難題。裝置應(yīng)用后大幅降低了干式空心并聯(lián)電抗器故障率。

　　比對(duì)試驗(yàn) 確定攻關(guān)方向

　　2019年4月的一天，吉林電科院設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)中心教授級(jí)高級(jí)工程師林海丹和吉林電力檢修公司(現(xiàn)為國網(wǎng)吉林超高壓公司)變電運(yùn)檢人員一同前往吉林省某電抗器生產(chǎn)廠家，共同探討1臺(tái)干式空心并聯(lián)電抗器的故障原因。林海丹和團(tuán)隊(duì)對(duì)故障電抗器和同批次生產(chǎn)的未發(fā)生故障的電抗器進(jìn)行了解體試驗(yàn)和反復(fù)比對(duì)。他們發(fā)現(xiàn)，故障干式空心并聯(lián)電抗器絕緣包封表面存在微裂紋和開裂的現(xiàn)象。

　　林海丹和團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步分析后發(fā)現(xiàn)，干式空心并聯(lián)電抗器運(yùn)行中溫度較高，而東北地區(qū)冬季室外溫度很低，受絕緣包封材質(zhì)與投切次數(shù)較多的影響，絕緣包封表面極易產(chǎn)生微裂紋。微裂紋的存在使潮氣等很容易進(jìn)入電抗器本體，降低了絕緣性能。

　　“電抗器體積較大、安裝位置高，裂紋又很細(xì)小。對(duì)我們來說，用肉眼發(fā)現(xiàn)微裂紋幾乎不可能。”變電運(yùn)檢人員說。

　　林海丹與團(tuán)隊(duì)將故障電抗器帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步研究。通過查閱2009到2019年東北地區(qū)發(fā)生的25起66千伏干式空心并聯(lián)電抗器故障的報(bào)告，他們發(fā)現(xiàn)有24起故障是干式空心并聯(lián)電抗器的絕緣包封出現(xiàn)微裂紋和絕緣開裂導(dǎo)致的。

　　在2019年6月的一次研討會(huì)上，林海丹提出，能不能在絕緣包封開裂之前就發(fā)現(xiàn)微裂紋并修復(fù)，從而避免故障的發(fā)生?團(tuán)隊(duì)成員楊代勇說：“是不是可以研發(fā)一種適應(yīng)狹窄包封層間環(huán)境探測(cè)、攜帶新型修復(fù)材料的小機(jī)器人，來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能?”科研團(tuán)隊(duì)沿著這一思路開始了探索。

　　迭代更新 改進(jìn)裝置性能

　　2020年4月，基于團(tuán)隊(duì)已有的機(jī)器人探測(cè)小車技術(shù)成果，科研團(tuán)隊(duì)將自適應(yīng)結(jié)構(gòu)引入了小機(jī)器人的爬行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了小機(jī)器人在電抗器粗糙四壁、環(huán)面半徑、狹窄通道的包封空間內(nèi)向前移動(dòng)。他們又輔以亞像素圖像處理技術(shù)，通過建模獲得目標(biāo)特征點(diǎn)空間坐標(biāo)，可以精確測(cè)量微裂紋的空間位置、幾何尺寸等參數(shù)。

　　很快，搭載著適用于電抗器內(nèi)部裂紋識(shí)別的內(nèi)視鏡頭、驅(qū)動(dòng)組件、傳動(dòng)組件、控制組件的小機(jī)器人，投入干式空心電抗器包封試驗(yàn)中，可結(jié)果不盡如人意。在粗糙的包封內(nèi)，小機(jī)器人爬行的動(dòng)力明顯不足，轉(zhuǎn)向也不夠靈敏。

　　為了解決這一問題，科研團(tuán)隊(duì)嘗試了多種方案：氣動(dòng)版本體積大、自由度低，雙電驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向不靈活……經(jīng)過反復(fù)改良，科研團(tuán)隊(duì)在小機(jī)器人身上增加了特制的控制電機(jī)，既保障了動(dòng)力輸出，又提高了小機(jī)器人的靈活度。

　　2020年7月至9月，為驗(yàn)證小機(jī)器人的適用性與可靠性，科研團(tuán)隊(duì)奔赴吉林省各地開展200多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)果仍不夠理想——增加了動(dòng)力裝置的小機(jī)器人體積過大，無法進(jìn)入絕緣包封的夾縫中，而受工藝限制，驅(qū)動(dòng)組件也無法再縮小。

　　在翻閱大量資料后，林海丹改變了思路：是否可以通過改變載體形式降低載體所需驅(qū)動(dòng)力?科研團(tuán)隊(duì)開展頭腦風(fēng)暴后，在電抗器頂部設(shè)計(jì)架設(shè)了自動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)，利用牽引力拉動(dòng)小機(jī)器人行進(jìn)。這樣一來，小機(jī)器人不再需要自帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)，僅需控制電機(jī)就能靈活自適應(yīng)行動(dòng)，解決了空間不足的問題。林海丹還發(fā)揮自己的高分子材料專業(yè)優(yōu)勢(shì)，自主研發(fā)了能夠快速固化的微裂紋修復(fù)材料。小機(jī)器人在探測(cè)到微裂紋后，可出來換裝攜帶修復(fù)材料的部件，按照原有路徑噴射修復(fù)材料，并利用自帶光源使其加速固化，提升電抗器絕緣包封的機(jī)械性能和絕緣性能。

　　實(shí)現(xiàn)應(yīng)用 主動(dòng)排查消除隱患

　　2021年9月，第一臺(tái)干式空心并聯(lián)電抗器包封絕緣微裂紋精準(zhǔn)探測(cè)與快速修復(fù)裝置原型機(jī)問世。隨后，又有4臺(tái)同型機(jī)生產(chǎn)出來，并應(yīng)用到8座220千伏、500千伏的變電站巡檢中，避免了干式空心并聯(lián)電抗器因微裂紋導(dǎo)致的燒損故障發(fā)生。與2020年冬季相比，8座變電站的54個(gè)干式空心并聯(lián)電抗器故障率明顯降低。裝置實(shí)現(xiàn)了從被動(dòng)發(fā)現(xiàn)隱患到主動(dòng)消除隱患的改變。

　　科研團(tuán)隊(duì)又繼續(xù)優(yōu)化裝置性能。今年2月26日，團(tuán)隊(duì)來到500千伏延吉變電站測(cè)試已優(yōu)化的修復(fù)劑的固化過程。林海丹通過軟件遠(yuǎn)程遙控裝置記錄干式空心并聯(lián)電抗器的微裂紋位置和數(shù)量。裝置攜帶修復(fù)劑后來到定位點(diǎn)，快速噴射修復(fù)劑，消除了電抗器的隱患。整個(gè)修復(fù)固化過程僅用了20秒。

　　這一研究成果填補(bǔ)了干式空心并聯(lián)電抗器微裂紋檢測(cè)空白，提出了集微裂紋探測(cè)、評(píng)價(jià)及修復(fù)于一體的辦法，目前已獲國家實(shí)用新型專利授權(quán)2項(xiàng)、國家發(fā)明專利授權(quán)2項(xiàng)。

　　科研團(tuán)隊(duì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果，將進(jìn)一步提高裝置的探測(cè)精度，降低裝置成本，拓展裝置的適用范圍，使其在電力行業(yè)外實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。