吉林电科院自主研发干式空心并联电抗器绝缘包封微裂纹探测及愈合装置

2月18日，国网吉林省电力有限公司电力科学研究院设备状态评价中心科研团队各成员聚在一起，讨论改进干式空心并联电抗器绝缘包封微裂纹探测及愈合装置的图像采集系统近距离扫描方式，提高装置光学镜头的精细获取图像能力。

并联在变压器低压绕组侧的干式空心并联电抗器用于长距离输电的无功补偿。而电抗器包封绝缘出现微裂纹往往会使设备绝缘性能下降，甚至导致电抗器烧损。为此，吉林电科院自主开发出可以快速探测及修复微裂纹的装置并研发了相关修复材料，解决了在电抗器绝缘包封狭小夹缝内精准探测和修复微裂纹的难题。装置应用后大幅降低了干式空心并联电抗器故障率。

比对试验 确定攻关方向

2019年4月的一天，吉林电科院设备状态评价中心教授级高级工程师林海丹和吉林电力检修公司(现为国网吉林超高压公司)变电运检人员一同前往吉林省某电抗器生产厂家，共同探讨1台干式空心并联电抗器的故障原因。林海丹和团队对故障电抗器和同批次生产的未发生故障的电抗器进行了解体试验和反复比对。他们发现，故障干式空心并联电抗器绝缘包封表面存在微裂纹和开裂的现象。

林海丹和团队进一步分析后发现，干式空心并联电抗器运行中温度较高，而东北地区冬季室外温度很低，受绝缘包封材质与投切次数较多的影响，绝缘包封表面极易产生微裂纹。微裂纹的存在使潮气等很容易进入电抗器本体，降低了绝缘性能。

“电抗器体积较大、安装位置高，裂纹又很细小。对我们来说，用肉眼发现微裂纹几乎不可能。”变电运检人员说。

林海丹与团队将故障电抗器带回实验室进一步研究。通过查阅2009到2019年东北地区发生的25起66千伏干式空心并联电抗器故障的报告，他们发现有24起故障是干式空心并联电抗器的绝缘包封出现微裂纹和绝缘开裂导致的。

在2019年6月的一次研讨会上，林海丹提出，能不能在绝缘包封开裂之前就发现微裂纹并修复，从而避免故障的发生?团队成员杨代勇说：“是不是可以研发一种适应狭窄包封层间环境探测、携带新型修复材料的小机器人，来实现这个功能?”科研团队沿着这一思路开始了探索。

迭代更新 改进装置性能

2020年4月，基于团队已有的机器人探测小车技术成果，科研团队将自适应结构引入了小机器人的爬行机构设计，实现了小机器人在电抗器粗糙四壁、环面半径、狭窄通道的包封空间内向前移动。他们又辅以亚像素图像处理技术，通过建模获得目标特征点空间坐标，可以精确测量微裂纹的空间位置、几何尺寸等参数。

很快，搭载着适用于电抗器内部裂纹识别的内视镜头、驱动组件、传动组件、控制组件的小机器人，投入干式空心电抗器包封试验中，可结果不尽如人意。在粗糙的包封内，小机器人爬行的动力明显不足，转向也不够灵敏。

为了解决这一问题，科研团队尝试了多种方案：气动版本体积大、自由度低，双电驱动转向不灵活……经过反复改良，科研团队在小机器人身上增加了特制的控制电机，既保障了动力输出，又提高了小机器人的灵活度。

2020年7月至9月，为验证小机器人的适用性与可靠性，科研团队奔赴吉林省各地开展200多次现场试验，结果仍不够理想——增加了动力装置的小机器人体积过大，无法进入绝缘包封的夹缝中，而受工艺限制，驱动组件也无法再缩小。

在翻阅大量资料后，林海丹改变了思路：是否可以通过改变载体形式降低载体所需驱动力?科研团队开展头脑风暴后，在电抗器顶部设计架设了自动牵引机构，利用牵引力拉动小机器人行进。这样一来，小机器人不再需要自带驱动电机，仅需控制电机就能灵活自适应行动，解决了空间不足的问题。林海丹还发挥自己的高分子材料专业优势，自主研发了能够快速固化的微裂纹修复材料。小机器人在探测到微裂纹后，可出来换装携带修复材料的部件，按照原有路径喷射修复材料，并利用自带光源使其加速固化，提升电抗器绝缘包封的机械性能和绝缘性能。

实现应用 主动排查消除隐患

2021年9月，第一台干式空心并联电抗器包封绝缘微裂纹精准探测与快速修复装置原型机问世。随后，又有4台同型机生产出来，并应用到8座220千伏、500千伏的变电站巡检中，避免了干式空心并联电抗器因微裂纹导致的烧损故障发生。与2020年冬季相比，8座变电站的54个干式空心并联电抗器故障率明显降低。装置实现了从被动发现隐患到主动消除隐患的改变。

科研团队又继续优化装置性能。今年2月26日，团队来到500千伏延吉变电站测试已优化的修复剂的固化过程。林海丹通过软件远程遥控装置记录干式空心并联电抗器的微裂纹位置和数量。装置携带修复剂后来到定位点，快速喷射修复剂，消除了电抗器的隐患。整个修复固化过程仅用了20秒。

这一研究成果填补了干式空心并联电抗器微裂纹检测空白，提出了集微裂纹探测、评价及修复于一体的办法，目前已获国家实用新型专利授权2项、国家发明专利授权2项。

科研团队根据现场应用效果，将进一步提高装置的探测精度，降低装置成本，拓展装置的适用范围，使其在电力行业外实现更广泛的应用。