8月12日，國網(wǎng)河南省電力公司電力科學研究院技術人員利用變壓器聲學成像非侵入測量系統(tǒng)，完成特高壓南陽變電站2號變壓器內(nèi)部結(jié)構成像檢測，助力運維人員快速、準確排除了出線裝置下沉等隱患，為變壓器在迎峰度夏期間安全運行提供了保障。

       河南電科院依托變電站主設備材料聲學成像檢測新技術自主研發(fā)了變壓器聲學成像非侵入測量系統(tǒng)。應用該系統(tǒng)可以替代傳統(tǒng)的變壓器停運、人工排油等內(nèi)部檢查，助力運維人員準確、高能效開展設備內(nèi)部隱患排查、診斷等工作，提升了變電設備精益運維水平，如同變壓器有了專屬的“核磁共振儀”。

       探索變壓器聲學成像非侵入測量技術

       變壓器屬于充油設備，內(nèi)部結(jié)構復雜，長期處于高溫、高負荷等運行環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計，近年來，全國變壓器故障數(shù)量占各類變電設備故障的80%左右。變壓器有一層金屬殼體。監(jiān)測絕緣油在變壓器殼體內(nèi)部的通流情況，評估變壓器關鍵部件狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并消除缺陷，確保設備安全運行，是運維人員的重要工作。

       變壓器的運行狀態(tài)以聲、光、電、磁等物理信號呈現(xiàn)。電、磁信號遇到金屬外殼會被屏蔽掉，難以利用常規(guī)檢測設備探測?！奥暡▽儆跈C械能，可以穿透金屬外壁。因而聲學檢測在電氣設備狀態(tài)評估中具有較大的優(yōu)勢?！焙幽想娍圃荷a(chǎn)技能類一級專家、變電站主設備材料聲學成像檢測新技術研發(fā)負責人王朝華說。

       自2020年1月開始，王朝華帶領研發(fā)團隊多次前往國內(nèi)超高壓、特高壓變電站和換流站實地調(diào)研，深入研究適用于變壓器內(nèi)外部物理特性、安全高能效的探測方法，提出了陣列聲學瞬態(tài)信號逆向解調(diào)技術，利用聲學原理實現(xiàn)在非侵入狀態(tài)下對變壓器內(nèi)部結(jié)構和狀態(tài)的安全、高能效、準確掃描和探測。2020年9月，團隊成員在中國電力科學研究院有限公司高電壓研究所變壓器實驗室開展了技術路線論證，同年10月在國內(nèi)某換流站變壓器設備上進行了實際檢測驗證。

       2020年年底，研發(fā)團隊研制出變壓器聲學成像非侵入測量系統(tǒng)，可有效檢測110千伏及以上變壓器出線裝置外層絕緣紙10毫米以上的偏移等異常情況。系統(tǒng)突破了變壓器檢測技術瓶頸，讓運維人員不再依賴停運變壓器、排空絕緣油等操作來排查設備隱患。

       破解變壓器內(nèi)部不均勻聲場校正難題

       變壓器內(nèi)部包含絕緣紙、銅導體、絕緣油等多種固體和液體成分，是一個不均勻的聲場。油屬于流體介質(zhì)，只能傳播縱波，無法傳播橫波，因此變壓器內(nèi)部結(jié)構橫截面的缺陷不易通過聲波探測出來。且當多種介質(zhì)組成多層界面時，界面間的波形轉(zhuǎn)換會影響探測能量和范圍。

       為解決不均勻聲場的校正問題，研發(fā)團隊在研究陣列聲學瞬態(tài)信號逆向解調(diào)技術時，融合應用陣列聲學成像和水浸聲學成像技術，提出在變壓器內(nèi)建立坐標系，控制傳感器不同感應晶片的信號發(fā)射時間。他們利用固定探頭測量變壓器內(nèi)部組件表面特定點到傳感器的距離和角度，依托設置在外部探測軌道上的移動探頭進行整體掃描，將探測內(nèi)容疊加形成變壓器內(nèi)部圖像。

    “我們稱這種變壓器內(nèi)部聲學成像的方法為原位檢測法?！蓖醭A說，他們依托陣列聲學瞬態(tài)信號逆向解調(diào)技術和相關原理研發(fā)的變壓器聲學成像非侵入測量系統(tǒng)，包含便攜式聲學相控陣檢測儀、32通道以上相控陣超聲探頭、控制分析軟件等多種裝置。

       如今，運維人員利用變壓器聲學成像非侵入測量系統(tǒng)，可將變壓器內(nèi)要檢測的部分分割成一塊一塊的區(qū)域，通過反復提取同一位置不同聲學路徑上的聲學參量，實現(xiàn)變壓器內(nèi)部結(jié)構高精度成像?！拔覀冞€將探頭替換成128通道超聲波噴水耦合探頭，實現(xiàn)了毫米級的高精度檢測，幫助運維人員發(fā)現(xiàn)各類微小的隱患?！蓖醭A說。

助力提升變電運維工作質(zhì)量和效率

       研發(fā)團隊在變壓器聲學成像非侵入測量系統(tǒng)相關技術研究、裝置研發(fā)、實踐應用過程中，結(jié)合生產(chǎn)實際中遇到的問題不斷探索創(chuàng)新，拓展該系統(tǒng)的應用范圍。

       2020年9～12月，研發(fā)團隊根據(jù)特高壓變壓器、換流變壓器、電抗器以及超高壓變壓器等不同設備內(nèi)外部結(jié)構特點，定制了相應的檢測裝置和控制分析軟件，包括適用于圓形升高座筒體的爬行機器人、適用于復雜結(jié)構的六軸力反饋機器人及高度達1.5米的大型變壓器門型檢查掃描裝置等，變壓器聲學成像非侵入測量系統(tǒng)應用范圍進一步擴大。

       2021年4～6月，根據(jù)國家電網(wǎng)有限公司設備部安排，河南電科院相關人員前往江西、安徽、山西、四川、湖南等省份，利用變壓器聲學成像非侵入測量系統(tǒng)對12座變電站16組48臺變壓器開展隱患排查。王朝華介紹，在那之前，單臺變壓器檢測至少需要5天時間，而利用該系統(tǒng)半個小時就完成了，且當場就得到了圖形化排查結(jié)果，精度達毫米級。

       2022年以來，變壓器聲學成像非侵入測量系統(tǒng)在±800千伏宜賓換流站、金華換流站及±1100千伏昌吉換流站等特高壓站廣泛應用，得到越來越多一線運維人員的認可。國網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學研究院專責張飛說：“系統(tǒng)傳感器生成的變壓器內(nèi)部結(jié)構圖像和醫(yī)院的四維超聲一樣直觀，讓我們的工作質(zhì)效大大提升?！?/p>