8月12日，國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院技術(shù)人員利用變壓器聲學(xué)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(gòu)成像檢測，助力運維人員快速、準(zhǔn)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(shè)備材料聲學(xué)成像檢測新技術(shù)自主研發(fā)了變壓器聲學(xué)成像非侵入測量系統(tǒng)。應(yīng)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(zhǔn)確、高能效開展設(shè)備內(nèi)部隱患排查、診斷等工作，提升了變電設(shè)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(xué)成像非侵入測量技術(shù)

       變壓器屬于充油設(shè)備，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長期處于高溫、高負(fù)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(shè)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(guān)鍵部件狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并消除缺陷，確保設(shè)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(shè)備探測?！奥暡▽儆跈C(jī)械能，可以穿透金屬外壁。因而聲學(xué)檢測在電氣設(shè)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(shè)備材料聲學(xué)成像檢測新技術(shù)研發(fā)負(fù)責(zé)人王朝華說。

       自2020年1月開始，王朝華帶領(lǐng)研發(fā)團(tuán)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(xué)瞬態(tài)信號逆向解調(diào)技術(shù)，利用聲學(xué)原理實現(xiàn)在非侵入狀態(tài)下對變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的安全、高能效、準(zhǔn)確掃描和探測。2020年9月，團(tuán)隊成員在中國電力科學(xué)研究院有限公司高電壓研究所變壓器實驗室開展了技術(shù)路線論證，同年10月在國內(nèi)某換流站變壓器設(shè)備上進(jìn)行了實際檢測驗證。

       2020年年底，研發(fā)團(tuán)隊研制出變壓器聲學(xué)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(shù)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(shè)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(dǎo)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(gòu)橫截面的缺陷不易通過聲波探測出來。且當(dāng)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(tuán)隊在研究陣列聲學(xué)瞬態(tài)信號逆向解調(diào)技術(shù)時，融合應(yīng)用陣列聲學(xué)成像和水浸聲學(xué)成像技術(shù)，提出在變壓器內(nèi)建立坐標(biāo)系，控制傳感器不同感應(yīng)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(shè)置在外部探測軌道上的移動探頭進(jìn)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(xué)成像的方法為原位檢測法?！蓖醭A說，他們依托陣列聲學(xué)瞬態(tài)信號逆向解調(diào)技術(shù)和相關(guān)原理研發(fā)的變壓器聲學(xué)成像非侵入測量系統(tǒng)，包含便攜式聲學(xué)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(xué)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(fù)提取同一位置不同聲學(xué)路徑上的聲學(xué)參量，實現(xiàn)變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(tuán)隊在變壓器聲學(xué)成像非侵入測量系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)研究、裝置研發(fā)、實踐應(yīng)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(yīng)用范圍。

       2020年9～12月，研發(fā)團(tuán)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(shè)備內(nèi)外部結(jié)構(gòu)特點，定制了相應(yīng)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(jī)器人、適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的六軸力反饋機(jī)器人及高度達(dá)1.5米的大型變壓器門型檢查掃描裝置等，變壓器聲學(xué)成像非侵入測量系統(tǒng)應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

       2021年4～6月，根據(jù)國家電網(wǎng)有限公司設(shè)備部安排，河南電科院相關(guān)人員前往江西、安徽、山西、四川、湖南等省份，利用變壓器聲學(xué)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(dāng)場就得到了圖形化排查結(jié)果，精度達(dá)毫米級。

       2022年以來，變壓器聲學(xué)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(yīng)用，得到越來越多一線運維人員的認(rèn)可。國網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院專責(zé)張飛說：“系統(tǒng)傳感器生成的變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)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。”