董小順，劉 鵬，王 喆，宋昆峰，馬海軍，何海丹

(國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司烏魯木齊供電公司，新疆 烏魯木齊 830001)

0 引 言

近年來，GIS設(shè)備因其結(jié)構(gòu)緊湊、絕緣性能好、可靠高、安全性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、占地面積小及安裝便捷等特點(diǎn)在電力系統(tǒng)中被廣泛使用[1-2]。GIS設(shè)備中的電氣元件都封閉在金屬外殼中，結(jié)構(gòu)密閉、內(nèi)部電場(chǎng)比較集中。當(dāng)存在電暈、自由金屬顆粒、導(dǎo)體或接觸電極的突起或毛刺、懸浮電位等缺陷時(shí)引發(fā)設(shè)備局部放電，如果不能及時(shí)檢測(cè)并進(jìn)行處理，絕緣性能將遭到嚴(yán)重的破壞，最終導(dǎo)致設(shè)備故障，造成重大的停電事故，極大地降低設(shè)備可靠性[3]。由于GIS設(shè)備結(jié)構(gòu)密封性，當(dāng)其發(fā)生故障時(shí)，故障定位難，故障處理時(shí)間長(zhǎng)，維修困難，耗時(shí)耗力，而且還需要進(jìn)行大面積的停電[4]，因此，GIS設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于電網(wǎng)安全的重要性日益凸顯。

目前，GIS設(shè)備局部放電故障檢測(cè)主要利用超聲檢測(cè)技術(shù)或者超高頻檢測(cè)技術(shù)[5-10]。超聲波檢測(cè)技術(shù)具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、便于實(shí)現(xiàn)放電定位等優(yōu)勢(shì)，是目前除了特高頻檢測(cè)方法外最為成熟的局部放電檢測(cè)方法之一。目前超聲波局部放電測(cè)試儀主要設(shè)備有主機(jī)、超聲波傳感器及信號(hào)傳輸，超聲波傳感器通過信號(hào)傳輸線與主機(jī)相連。各個(gè)地區(qū)GIS布置各不相同，在檢測(cè)過程中需要根據(jù)檢測(cè)位置登高或?qū)鞲衅魃煜蜻h(yuǎn)處等各種操作[11-12]。在登高作業(yè)過程中，檢測(cè)人員要將探頭牢固地貼在GIS的外殼表面等指定位置，勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗時(shí)耗力且危險(xiǎn)性高：在安裝和拆除探頭時(shí)無法完全避免探頭與設(shè)備外殼的碰撞，易造成探頭的損壞，嚴(yán)重影響局部放電檢測(cè)工作的開展；對(duì)母線或套管出線部位進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，工作人員與裸露帶電部分距離很近，易發(fā)生感應(yīng)電傷人事故，需專人監(jiān)護(hù)以確保足夠的安全距離；有些測(cè)試點(diǎn)所在位置狹小，檢測(cè)人員無法靠近。

鑒于上述問題，提出了在不改變?cè)谐暡y(cè)試儀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加可拆卸的伸縮絕緣桿、超聲波傳感器固定組件、傳感器與絕緣桿連接部分組件、無線傳輸信號(hào)組件以及伸縮絕緣桿固定底座的設(shè)想。根據(jù)設(shè)計(jì)思路，將各個(gè)部件組裝并應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果表明，該裝置提高了工作效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了人身安全。

1 超聲波局部放電檢測(cè)輔助裝置設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)超聲波檢測(cè)裝置是大都由設(shè)備主機(jī)、超聲波傳感器以及信號(hào)傳輸線組成，現(xiàn)有的設(shè)備已無法滿足現(xiàn)代電網(wǎng)帶電檢測(cè)的需求。針對(duì)這一問題，在傳統(tǒng)超聲波局放檢測(cè)裝置的基礎(chǔ)上，增加了伸縮絕緣桿、超聲波傳感器固定組件、無線傳輸模塊以及固定底座，如圖1所示。

圖1 便攜式超聲波檢測(cè)裝置

1.1 伸縮絕緣桿設(shè)計(jì)

伸縮式絕緣桿主要采用優(yōu)質(zhì)玻璃纖維布、環(huán)氧樹脂、306樹脂苯酐、玻璃鋼纖維布以及固化劑等絕緣材料制成?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，設(shè)計(jì)不同長(zhǎng)度、不同電壓等級(jí)的絕緣桿，并且該技術(shù)較為成熟。伸縮絕緣桿的應(yīng)用可以避免人員登高作業(yè)，降低工作效率。

1.2 傳感器固定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

要滿足遠(yuǎn)程測(cè)試過程中傳感器與GIS殼體緊密接觸避免測(cè)試時(shí)信號(hào)衰減，就必須對(duì)原有的傳感器外殼進(jìn)行重新設(shè)計(jì)并加裝防護(hù)，來提高傳感器的機(jī)械強(qiáng)度。因此根據(jù)超聲波傳感器的外形以及現(xiàn)場(chǎng)操作實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了傳感器固定結(jié)構(gòu)，主要由彈簧底座、外殼及傳感器金屬卡環(huán)組成，簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 傳感器固定方式設(shè)計(jì)

主要設(shè)計(jì)思路：將傳感器嵌入到外殼內(nèi)，配置專用金屬固定卡環(huán)；在外殼內(nèi)底部設(shè)置彈簧底座，將傳感器內(nèi)嵌于卡槽中且依托于彈簧之上。傳感器通過伸縮絕緣桿上舉進(jìn)行測(cè)試時(shí)，金屬卡環(huán)可將傳感器可靠固定于外殼內(nèi)，彈簧將在傳感器與殼體接觸時(shí)進(jìn)行緩沖并達(dá)到防止抖動(dòng)的效果。

1.3 傳感器與絕緣桿連接部分設(shè)計(jì)

測(cè)試過程中常常需要根據(jù)測(cè)試部位實(shí)時(shí)調(diào)整探頭方向，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)具有一定的不便?？紤]這一因素，借鑒相機(jī)云臺(tái)(見圖3)可以萬向轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)了連接部分，如圖4、圖5所示。

圖3 相機(jī)云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置

圖4 模型

所設(shè)計(jì)的萬能轉(zhuǎn)向連接部分能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器的水平0°至360°、垂直0°至90°范圍內(nèi)任意角度固定。通過該設(shè)計(jì)理念可以高效地將傳感器對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物外殼，實(shí)現(xiàn)有效貼合，更方便現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。

圖5 實(shí)物

1.4 無線傳輸信號(hào)模塊設(shè)計(jì)

Zigbee技術(shù)是目前比較流行的有較大優(yōu)勢(shì)和較高關(guān)注度的無線傳輸技術(shù)，具有能量損耗較小、傳輸速率高的優(yōu)點(diǎn)，且適合傳輸電氣設(shè)備之間距離近的數(shù)據(jù)。這里通過無線傳輸技術(shù)，將傳感器采集到的信號(hào)傳輸?shù)街鳈C(jī)，但這涉及信號(hào)衰減和延遲的問題。因此，在超聲波傳感器后方加裝了一個(gè)信號(hào)調(diào)理器，并利用前置放大電路放大信號(hào)，再將接收到的信號(hào)匯集后用ZigBee技術(shù)傳輸回主機(jī)的方式，可以解決信號(hào)衰減和延遲問題，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)無線傳輸。其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易圖如圖6所示。

圖6 簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)示意

1.5 伸縮絕緣桿固定底盤設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)時(shí)需要對(duì)絕緣桿進(jìn)行扶舉，而人為施力容易造成絕緣桿移動(dòng)，導(dǎo)致測(cè)試不準(zhǔn)確。因此考慮在伸縮絕緣桿底部加裝固定底盤，將絕緣桿部分放置固定在地面，使得測(cè)試過程中桿體穩(wěn)定。固定底盤設(shè)計(jì)如圖7所示，模型如圖8所示。

圖7 伸縮絕緣桿固定底盤設(shè)計(jì)

圖8 伸縮絕緣桿固定底盤模型

所設(shè)計(jì)的固定底盤可自由調(diào)節(jié)絕緣桿角度(0°～90°)，當(dāng)測(cè)試桿長(zhǎng)度大于GIS離地高度時(shí)，可調(diào)節(jié)絕緣桿角度，使其傾斜依靠GIS外殼以便測(cè)試。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

根據(jù)設(shè)計(jì)思路將各個(gè)部分組裝后，在220 kV某變電站與傳統(tǒng)的手持傳感器測(cè)試方式取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，如圖9所示，測(cè)試數(shù)據(jù)比對(duì)如表1所示。表2為測(cè)試時(shí)間對(duì)比。

圖9 帶電局部放電測(cè)試儀超聲無線測(cè)量裝置應(yīng)用前后對(duì)比

表1 GIS設(shè)備局部放電測(cè)試數(shù)據(jù)比對(duì)

表2 GIS設(shè)備局部放電測(cè)試時(shí)間比對(duì)

由表1、表2可知，檢測(cè)的數(shù)據(jù)誤差率均在±5%以內(nèi)，但大大縮減了檢測(cè)時(shí)間，既省時(shí)省力，又避免了人員登高作業(yè)的危險(xiǎn)。

3 結(jié) 語

1)提出了一種新型超聲波局部放電檢測(cè)輔助裝置的設(shè)計(jì)思路，在不改變?cè)袦y(cè)試儀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加可拆卸的伸縮絕緣桿、超聲波傳感器固定組件、傳感器與絕緣桿連接部分組件、無線傳輸信號(hào)組件以及伸縮絕緣桿固定底座。

2)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)表明，所設(shè)計(jì)裝置不僅實(shí)現(xiàn)了原有測(cè)試儀的功能，而且避免了人員登高風(fēng)險(xiǎn)以及防止傳感器表面與GIS外殼發(fā)生碰撞和摩擦，提高了工作效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。