楊 磊
(國網(wǎng)寧夏電力有限公司中衛(wèi)供電公司,寧夏 中衛(wèi) 755000)
絕緣子受電暈放電、紫外輻射、潮濕環(huán)境、酸雨等因素影響,其表面硅橡膠或PRTV涂料老化,引起電氣性能和機械性能下降,影響變電站電力設(shè)備運行可靠性[1]。絕緣子的表面憎水性程度是衡量絕緣子性能的重要指標之一[2]。目前,變電站絕緣子憎水性試驗采用IEC/TS 62073-2003推薦測試法[3]中的噴水分級法[3-5]對停電狀態(tài)的電力設(shè)備進行測試,配備噴壺、照相機[5]等試驗工具。實際試驗時,試驗員需借助絕緣梯、安全帶及安全平臺等安全工器具登上設(shè)備構(gòu)架后,手持噴壺噴霧,用數(shù)碼照相機將絕緣子表面水珠分布情況拍照,將照片與憎水性分級對照圖對比。噴壺和照相機使用時不方便,導致試驗時間長,效果差,存在試驗員墜落的潛在安全隱患。
憎水性試驗工具主要在輸電線路絕緣子帶電檢測試驗領(lǐng)域應用廣泛:文獻[6-7]提出采用旋翼無人機平臺替代人工登高的試驗方法,提高輸電線路絕緣子憎水性檢測的效率和安全性;文獻[8-9]采用圖像識別算法對憎水性圖片分析和評級,研發(fā)憎水性分析系統(tǒng)提高絕緣子憎水性分級評價的準確度;文獻[10]研制了一種由電動式自動噴水裝置、微型數(shù)碼攝像機構(gòu)成的憎水性試驗工具,試驗員可在塔上與絕緣子保持一定安全距離獲取試驗照片。在變電站電力設(shè)備的絕緣子應用方面,文獻[11]設(shè)計了一種設(shè)備帶電條件下進行絕緣子憎水性試驗的裝置,由試驗員遙控裝置升高至待測絕緣子附近試驗,改變了傳統(tǒng)試驗需要停電和登高的作業(yè)方式,但機構(gòu)組成復雜,保養(yǎng)困難,運輸不便。以上述研究成果為基礎(chǔ),為了解決變電站開展絕緣子憎水性試驗存在的問題,本文設(shè)計一種攜帶方便,使用輕巧的新型絕緣子憎水性試驗工具。
絕緣子憎水性試驗分為7個環(huán)節(jié),包含準備工作、架設(shè)安全平臺、人員登高、噴水拍照、試驗結(jié)束檢查、工具收回、出具試驗報告。在工作時間、工具數(shù)量和人員配置方面對4座110 kV變電站的試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析后得到,試驗總時間平均為52.75 min,架設(shè)平臺、人員登高、工具收回環(huán)節(jié)平均用時占比之和超過50%,如圖1所示。由于噴壺和照相機本身使用方法的限制,登高作業(yè)成為試驗員靠近絕緣子所采取的主要手段,使用絕緣梯、安全平臺、安全帶等高空作業(yè)工具的試驗環(huán)節(jié)用時明顯增長。
圖1 環(huán)節(jié)用時占比
試驗員直接操作噴壺、照相機,致使噴灑距離、噴霧頻率等指標不能完全達到文獻[2]的規(guī)定,對試驗效果影響較大;照片畫面模糊、水滴散布不均勻或者表面附著水滴過于稀疏,增大了人工判斷的難度,降低了絕緣子憎水性評估準確性。
對于電容器、電抗器等設(shè)備高度較低的絕緣子,試驗員可在地面直接使用工具噴霧拍照,能夠靈活調(diào)整站位和拍攝角度。對于斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的絕緣子,高度均超過2 m,試驗員在構(gòu)架上根據(jù)光線、風向等因素選擇站位、調(diào)整角度完成噴霧和拍照的操作相對于地面較困難。為保證試驗員的安全,一般配備2人,一人為工作負責人,指導、監(jiān)視試驗員的所有操作;另一人配合試驗員工作,例如傳遞工具、扶穩(wěn)絕緣梯。在安全措施和監(jiān)護人員齊備的情況下,試驗員在構(gòu)架上變換位置、調(diào)整姿態(tài)或傳遞工具時仍然存在墜落風險。
由于變電站內(nèi)設(shè)備數(shù)量眾多,安全距離有限,在替代登高試驗方面,文獻[6-7]提出的無人機替代方案對鄰近帶電設(shè)備構(gòu)成威脅。無人機平臺駕駛員操控難度更大,不適于變電站范圍內(nèi)實施。文獻[10]研制的試驗工具用于試驗員登塔后使用,電動噴霧機構(gòu)和微型攝像機安裝于伸縮絕緣桿,既方便試驗員登塔時攜帶,又可以保證人與帶電線路的安全距離,與變電站實施絕緣子憎水性試驗的使用環(huán)境相似。為此,根據(jù)變電站試驗的實際需求,改進文獻[10]的設(shè)計方案得到新型憎水性試驗工具的整體結(jié)構(gòu),如圖2所示。
圖2 試驗工具整體組成
圖3 試驗裝置結(jié)構(gòu)
變電站絕緣子憎水性試驗工具主要由試驗裝置、絕緣拉桿、水壺支架和手機夾構(gòu)成。圖2中,絕緣拉桿為變電站內(nèi)統(tǒng)一配置,可根據(jù)絕緣子不同高度自由組裝,與試驗裝置連接后可以直接替代登高作業(yè)方式進行試驗。水壺支架用于放置水瓶,在靠近試驗裝置進水管的位置安裝,試驗裝置從水瓶處取水經(jīng)噴頭噴射足夠水霧。手機夾可放置屏幕尺寸6英寸及以下的手機,具有角度調(diào)節(jié)功能,試驗員可在手機上由App軟件連接試驗裝置查看絕緣子表面水珠附著狀況的畫面并控制拍攝。試驗裝置是工具的主體結(jié)構(gòu),具有自動噴霧和遙控拍照功能,主要由遙控電動噴霧系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)組成,如圖3所示。
遙控電動噴霧系統(tǒng)主要由霧化噴頭及支座、水泵、定時繼電器模組構(gòu)成。系統(tǒng)采用直徑為8 mm的黃銅材質(zhì)霧化噴頭,不易生銹堵塞,噴頭處可調(diào)整噴霧范圍和細密程度,有效覆蓋待測絕緣子表面。水泵選用2 W 5 V小型齒輪泵,耗電量小,揚程達到1 m,出水口由硅膠軟管與霧化噴頭相連,進水口軟管穿過裝置外殼延伸至水壺支架位置與水壺連接,經(jīng)過噴霧量測試得到:水泵運行1 s,噴霧量平均為0.8 mL,噴霧距離最大達到28 cm,滿足文獻[2]的設(shè)計要求。
為了實現(xiàn)自動噴霧功能并改善噴霧效果,系統(tǒng)采用了具有遙控功能的以定時繼電器為主要元件的電路模塊。定時繼電器模組中,一組定時繼電器用于控制噴霧時間和間隔時間,將噴霧時間設(shè)定為1 s,間隔時間設(shè)定為0.5 s;另一組為遙控定時繼電器,用于控制噴霧總時間,由遙控器控制啟動或停止定時。根據(jù)噴霧次數(shù)、噴霧時間、噴霧間隔時間的設(shè)定值,計算得到噴霧總時間為37 s。
按照絕緣子憎水性試驗流程設(shè)計如圖4的定時繼電器邏輯電路,并連接各個定時繼電器電路。其工作原理為遙控器啟動按鈕按下后,遙控定時器M1開始計時(M1定時37 s),遙控繼電器M0常開觸點閉合,啟動定時器M2(M2定時1 s)和水泵(開始噴霧1 s);M2定時時間到達后,其常開觸點閉合啟動定時器M3(M3定時0.5 s),同時M2常閉觸點斷開使水泵停止(停止噴霧0.5 s);M3定時時間到達后,其常閉觸點斷開使M2失電,同時M2常開觸點斷開使M3失電,導致M3常閉觸點閉合重新啟動定時器M2。此時,水泵經(jīng)過0.5 s停轉(zhuǎn)后再次啟動。如此循環(huán)往復,直至M1定時器到達第37 s時,M1常閉觸點斷開停止水泵和定時器M2,水泵共啟動25次,完成噴霧試驗環(huán)節(jié)。
圖4 遙控電動噴霧系統(tǒng)電路原理
圖像采集系統(tǒng)是試驗裝置的重要組成部分,可以提供絕緣子表面附著水滴后的清晰圖片。系統(tǒng)采用寬0.8 cm,厚0.5 cm的微型分體式攝像頭,整體結(jié)構(gòu)簡單,重量輕盈。攝像頭視角范圍為90°,能夠滿足拍攝3層絕緣子傘裙的試驗需求。攝像分辨率最大為1 920×1 080 HP,在距離25 cm的位置拍照,可清楚分辨水滴附著的狀況,有利于人工對比或分析軟件識別。該攝像頭具備Wi-Fi熱點功能,試驗員可用手機與其連接,通過專用App實時查看絕緣子表面水滴分布情況,擇機點擊拍攝按鈕截取圖片。當圖像的光線暗淡、水滴不清晰時,可以通過App控制攝像頭調(diào)整焦距、對比度和亮度獲取試驗所需最佳圖片。
與使用數(shù)碼照相機的方式相比,圖像采集系統(tǒng)的操作更加簡單、快速;硬件體積更小,集成于試驗裝置內(nèi);Wi-Fi遠距離傳輸圖像,解決了試驗員在設(shè)備構(gòu)架上拍照存在的安全隱患,消除了手持相機拍攝對試驗照片質(zhì)量的影響。
為了驗證新型絕緣子憎水性試驗工具的性能是否滿足試驗需求,在迎水橋?qū)嵱栕冸娬具x取退役220 kV斷路器套管絕緣子進行功能測試,如圖5(a)所示。測試時,試驗員選好站位及待測絕緣子高度并調(diào)整攝像頭和噴頭角度,將手機與試驗裝置的Wi-Fi熱點匹配,組裝2節(jié)110 kV分節(jié)絕緣拉桿與試驗裝置相連,調(diào)節(jié)手機圖像的清晰度后完成噴霧、拍照操作,測試結(jié)果表明試驗裝置與絕緣拉桿連接牢固,噴霧均勻,拍攝清晰。
結(jié)合中衛(wèi)電網(wǎng)檢修計劃,在3座35 kV變電站、3座110 kV變電站內(nèi)檢修設(shè)備的絕緣子上完成憎水性試驗。對測試數(shù)據(jù)分析得到:試驗平均總用時由52.75 min縮短至12.5 min,試驗人員由3人減少至2人;噴霧散布范圍大,水珠細密且均勻,如圖5(b)所示,能夠良好地測試絕緣子表面的憎水性程度;試驗拍攝的照片色彩柔和,水滴輪廓清晰,為試驗結(jié)果對比評級提供方便。
圖5 憎水性試驗工具使用效果
使用新型絕緣子憎水性試驗工具直接替代了傳統(tǒng)人工登高方式進行試驗。試驗過程中,減少安全工器具如絕緣梯、安全帶等的使用數(shù)量,減少安全監(jiān)護人員數(shù)量,有效消除高處墜落的風險,簡化試驗流程中布置安全措施的多個環(huán)節(jié),降低試驗現(xiàn)場安全管控難度和風險。
(1)本文研制了一種適用于35 kV及以上變電站開展絕緣子憎水性試驗的工具,安裝簡便,使用靈活,攜帶便利,達到了替代人工登高作業(yè)進行試驗的目的,有效消除了高處作業(yè)的墜落風險。
(2)將噴霧與拍照功能集于一體,解決了工具使用不便,噴霧效果人為影響大,拍攝不清晰的問題,有利于提高人工與憎水性分級對照圖對比的準確度。
(3)簡化了試驗環(huán)節(jié),從而提高了試驗工作效率,降低了試驗員的工作強度,減少了試驗安全措施投入成本。
(4)在便攜性、安全性、實用性等方面改觀顯著,對試驗照片數(shù)據(jù)傳輸、結(jié)果判別有待改進提升。