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，完成特高壓南陽(yáng)變電站2號變壓器內部結構成像檢測，助力運維人員快速、準確排除了出線(xiàn)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(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。應用該系統可以替代傳統的變壓器停運、人工排油等內部檢查，助力運維人員準確、高能效開(kāi)展設備內部隱患排查、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(zhuān)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)

       變壓器屬于充油設備，內部結構復雜，長(cháng)期處于高溫、高負荷等運行環(huán)境。據統計，近年來(lái)，全國變壓器故障數量占各類(lèi)變電設備故障的80%左右。變壓器有一層金屬殼體。監測絕緣油在變壓器殼體內部的通流情況，評估變壓器關(guān)鍵部件狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現并消除缺陷，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。電、磁信號遇到金屬外殼會(huì )被屏蔽掉，難以利用常規檢測設備探測?！奥暡▽儆跈C械能，可以穿透金屬外壁。因而聲學(xué)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(lèi)一級專(zhuān)家、變電站主設備材料聲學(xué)成像檢測新技術(shù)研發(fā)負責人王朝華說(shuō)。

       自2020年1月開(kāi)始，王朝華帶領(lǐng)研發(fā)團隊多次前往國內超高壓、特高壓變電站和換流站實(shí)地調研，深入研究適用于變壓器內外部物理特性、安全高能效的探測方法，提出了陣列聲學(xué)瞬態(tài)信號逆向解調技術(shù)，利用聲學(xué)原理實(shí)現在非侵入狀態(tài)下對變壓器內部結構和狀態(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(xué)研究院有限公司高電壓研究所變壓器實(shí)驗室開(kāi)展了技術(shù)路線(xiàn)論證，同年10月在國內某換流站變壓器設備上進(jìn)行了實(shí)際檢測驗證。

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

       破解變壓器內部不均勻聲場(chǎng)校正難題

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

       為解決不均勻聲場(chǎng)的校正問(wèn)題，研發(fā)團隊在研究陣列聲學(xué)瞬態(tài)信號逆向解調技術(shù)時(shí)，融合應用陣列聲學(xué)成像和水浸聲學(xué)成像技術(shù)，提出在變壓器內建立坐標系，控制傳感器不同感應晶片的信號發(fā)射時(shí)間。他們利用固定探頭測量變壓器內部組件表面特定點(diǎn)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(dòng)探頭進(jìn)行整體掃描，將探測內容疊加形成變壓器內部圖像。

    “我們稱(chēng)這種變壓器內部聲學(xué)成像的方法為原位檢測法?！蓖醭A說(shuō)，他們依托陣列聲學(xué)瞬態(tài)信號逆向解調技術(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，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，可將變壓器內要檢測的部分分割成一塊一塊的區域，通過(guò)反復提取同一位置不同聲學(xué)路徑上的聲學(xué)參量，實(shí)現變壓器內部結構高精度成像?！拔覀冞€將探頭替換成128通道超聲波噴水耦合探頭，實(shí)現了毫米級的高精度檢測，幫助運維人員發(fā)現各類(lèi)微小的隱患?！蓖醭A說(shuō)。

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(xué)成像非侵入測量系統相關(guān)技術(shù)研究、裝置研發(fā)、實(shí)踐應用過(guò)程中，結合生產(chǎn)實(shí)際中遇到的問(wèn)題不斷探索創(chuàng )新，拓展該系統的應用范圍。

       2020年9～12月，研發(fā)團隊根據特高壓變壓器、換流變壓器、電抗器以及超高壓變壓器等不同設備內外部結構特點(diǎn)，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、適用于復雜結構的六軸力反饋機器人及高度達1.5米的大型變壓器門(mén)型檢查掃描裝置等，變壓器聲學(xué)成像非侵入測量系統應用范圍進(jìn)一步擴大。

       2021年4～6月，根據國家電網(wǎng)有限公司設備部安排，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對12座變電站16組48臺變壓器開(kāi)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(shí)間，而利用該系統半個(gè)小時(shí)就完成了，且當場(chǎng)就得到了圖形化排查結果，精度達毫米級。

       2022年以來(lái)，變壓器聲學(xué)成像非侵入測量系統在±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(lái)越多一線(xiàn)運維人員的認可。國網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院專(zhuān)責張飛說(shuō)：“系統傳感器生成的變壓器內部結構圖像和醫院的四維超聲一樣直觀(guān)，讓我們的工作質(zhì)效大大提升?！?/p>