吉林電科院自主研發干式空心并聯電抗器絕緣包封微裂紋探測及愈合裝置

　　2月18日，國網吉林省電力有限公司電力科學研究院設備狀態評價中心科研團隊各成員聚在一起，討論改進干式空心并聯電抗器絕緣包封微裂紋探測及愈合裝置的圖像采集系統近距離掃描方式，提高裝置光學鏡頭的精細獲取圖像能力。

　　并聯在變壓器低壓繞組側的干式空心并聯電抗器用于長距離輸電的無功補償。而電抗器包封絕緣出現微裂紋往往會使設備絕緣性能下降，甚至導致電抗器燒損。為此，吉林電科院自主開發出可以快速探測及修復微裂紋的裝置并研發了相關修復材料，解決了在電抗器絕緣包封狹小夾縫內精準探測和修復微裂紋的難題。裝置應用后大幅降低了干式空心并聯電抗器故障率。

　　比對試驗 確定攻關方向

　　2019年4月的一天，吉林電科院設備狀態評價中心教授級高級工程師林海丹和吉林電力檢修公司(現為國網吉林超高壓公司)變電運檢人員一同前往吉林省某電抗器生產廠家，共同探討1臺干式空心并聯電抗器的故障原因。林海丹和團隊對故障電抗器和同批次生產的未發生故障的電抗器進行了解體試驗和反復比對。他們發現，故障干式空心并聯電抗器絕緣包封表面存在微裂紋和開裂的現象。

　　林海丹和團隊進一步分析后發現，干式空心并聯電抗器運行中溫度較高，而東北地區冬季室外溫度很低，受絕緣包封材質與投切次數較多的影響，絕緣包封表面極易產生微裂紋。微裂紋的存在使潮氣等很容易進入電抗器本體，降低了絕緣性能。

　　“電抗器體積較大、安裝位置高，裂紋又很細小。對我們來說，用肉眼發現微裂紋幾乎不可能。”變電運檢人員說。

　　林海丹與團隊將故障電抗器帶回實驗室進一步研究。通過查閱2009到2019年東北地區發生的25起66千伏干式空心并聯電抗器故障的報告，他們發現有24起故障是干式空心并聯電抗器的絕緣包封出現微裂紋和絕緣開裂導致的。

　　在2019年6月的一次研討會上，林海丹提出，能不能在絕緣包封開裂之前就發現微裂紋并修復，從而避免故障的發生?團隊成員楊代勇說：“是不是可以研發一種適應狹窄包封層間環境探測、攜帶新型修復材料的小機器人，來實現這個功能?”科研團隊沿著這一思路開始了探索。

　　迭代更新 改進裝置性能

　　2020年4月，基于團隊已有的機器人探測小車技術成果，科研團隊將自適應結構引入了小機器人的爬行機構設計，實現了小機器人在電抗器粗糙四壁、環面半徑、狹窄通道的包封空間內向前移動。他們又輔以亞像素圖像處理技術，通過建模獲得目標特征點空間坐標，可以精確測量微裂紋的空間位置、幾何尺寸等參數。

　　很快，搭載著適用于電抗器內部裂紋識別的內視鏡頭、驅動組件、傳動組件、控制組件的小機器人，投入干式空心電抗器包封試驗中，可結果不盡如人意。在粗糙的包封內，小機器人爬行的動力明顯不足，轉向也不夠靈敏。

　　為了解決這一問題，科研團隊嘗試了多種方案：氣動版本體積大、自由度低，雙電驅動轉向不靈活……經過反復改良，科研團隊在小機器人身上增加了特制的控制電機，既保障了動力輸出，又提高了小機器人的靈活度。

　　2020年7月至9月，為驗證小機器人的適用性與可靠性，科研團隊奔赴吉林省各地開展200多次現場試驗，結果仍不夠理想——增加了動力裝置的小機器人體積過大，無法進入絕緣包封的夾縫中，而受工藝限制，驅動組件也無法再縮小。

　　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動力?科研團隊開展頭腦風暴后，在電抗器頂部設計架設了自動牽引機構，利用牽引力拉動小機器人行進。這樣一來，小機器人不再需要自帶驅動電機，僅需控制電機就能靈活自適應行動，解決了空間不足的問題。林海丹還發揮自己的高分子材料專業優勢，自主研發了能夠快速固化的微裂紋修復材料。小機器人在探測到微裂紋后，可出來換裝攜帶修復材料的部件，按照原有路徑噴射修復材料，并利用自帶光源使其加速固化，提升電抗器絕緣包封的機械性能和絕緣性能。

　　實現應用 主動排查消除隱患

　　2021年9月，第一臺干式空心并聯電抗器包封絕緣微裂紋精準探測與快速修復裝置原型機問世。隨后，又有4臺同型機生產出來，并應用到8座220千伏、500千伏的變電站巡檢中，避免了干式空心并聯電抗器因微裂紋導致的燒損故障發生。與2020年冬季相比，8座變電站的54個干式空心并聯電抗器故障率明顯降低。裝置實現了從被動發現隱患到主動消除隱患的改變。

　　科研團隊又繼續優化裝置性能。今年2月26日，團隊來到500千伏延吉變電站測試已優化的修復劑的固化過程。林海丹通過軟件遠程遙控裝置記錄干式空心并聯電抗器的微裂紋位置和數量。裝置攜帶修復劑后來到定位點，快速噴射修復劑，消除了電抗器的隱患。整個修復固化過程僅用了20秒。

　　這一研究成果填補了干式空心并聯電抗器微裂紋檢測空白，提出了集微裂紋探測、評價及修復于一體的辦法，目前已獲國家實用新型專利授權2項、國家發明專利授權2項。

　　科研團隊根據現場應用效果，將進一步提高裝置的探測精度，降低裝置成本，拓展裝置的適用范圍，使其在電力行業外實現更廣泛的應用。