中新網(wǎng)新疆新聞7月17日電（李勻）7月14日，在新疆電網(wǎng)迎峰度夏保供關(guān)鍵期，一則喜訊傳來：國網(wǎng)新疆電科院楊定乾團隊研發(fā)的《油浸式變壓器類設(shè)備絕緣狀態(tài)的寬頻域感知技術(shù)及工程應(yīng)用》項目，摘得2024年度自治區(qū)科學(xué)技術(shù)一等獎。目前，這項突破性技術(shù)已在±1100千伏昌吉換流站等28座樞紐變電站規(guī)?；瘧?yīng)用，為疆電外送大動脈安全運行提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

　　作為國家“三基地一通道”，新疆的電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，直接關(guān)系著國家能源安全、“雙碳”目標(biāo)落地及新型電力系統(tǒng)構(gòu)建。在這片廣袤的土地上，超特高壓電網(wǎng)猶如一條鋼鐵動脈橫貫天山南北，而油浸紙絕緣設(shè)備則是保障這條動脈安全運行的“神經(jīng)元”。

　　油浸紙絕緣設(shè)備是以絕緣油和絕緣紙為核心絕緣介質(zhì)的電力設(shè)備總稱，涵蓋變壓器、電抗器、套管、互感器等，是電力系統(tǒng)電壓變換、能量傳輸?shù)暮诵难b備。通俗來說，這類設(shè)備就像電網(wǎng)中的“智能能源樞紐”：當(dāng)高壓電從遠(yuǎn)方輸電線路抵達(dá)，變壓器先完成“降壓拆包”，再將電力精準(zhǔn)配送給工廠、商場、居民區(qū)，全程守護(hù)電力傳輸?shù)陌踩€(wěn)定。

　　極端環(huán)境下的運維“攔路虎”

　　新疆是我國氣象災(zāi)害較嚴(yán)重的地區(qū)之一，災(zāi)害種類多、范圍廣、頻率高、突發(fā)性強，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和全國保供電影響深遠(yuǎn)。其特殊的地理環(huán)境與極端天氣，給油浸紙絕緣設(shè)備運維帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。

　　極低溫環(huán)境下的倉促安裝、大溫差環(huán)境的長期存放、新能源發(fā)電“晝發(fā)夜歇”？的大負(fù)載波動，讓新老設(shè)備絕緣受潮、老化、潛伏性缺陷累積問題愈發(fā)突出。數(shù)據(jù)顯示，新疆地區(qū)油浸紙絕緣設(shè)備的受潮缺陷占比高達(dá)20%。更嚴(yán)峻的是，受潮劣化缺陷在極低溫與大溫差交替作用下，如何演變?yōu)榉烹姄舸┕收系臋C理長期不明確，給設(shè)備安全運行埋下隱患。

　　2018年冬季，±1100千伏昌吉換流站處于設(shè)備安裝關(guān)鍵期，極寒天氣下，進(jìn)口檢測儀器因缺乏-40℃至10℃的絕緣狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，無法檢測設(shè)備絕緣狀態(tài)，直到次年春天環(huán)境溫度回升至18℃，才用進(jìn)口設(shè)備檢測并確診為受潮缺陷。此次事件暴露了極低溫環(huán)境下的狀態(tài)感知盲區(qū)，現(xiàn)有檢測儀器難以滿足寒冷地區(qū)冬季設(shè)備安裝階段的絕緣檢測需求。

　　同時，設(shè)備缺陷定位也困擾著運維人員。變壓器、電抗器在運輸、安裝過程中常處于未注油狀態(tài)，傳統(tǒng)頻域介電響應(yīng)技術(shù)無法準(zhǔn)確定位缺陷。曾有60多臺設(shè)備投運后陸續(xù)出現(xiàn)油中氫氣升高現(xiàn)象，追溯發(fā)現(xiàn)均為安裝階段受潮所致，但此時處置窗口已從安裝期的1個月縮短至帶電運行后的8天，不僅增加了搶修難度，更帶來了安全風(fēng)險。

　　傳統(tǒng)檢測手段的局限性在特殊環(huán)境下被進(jìn)一步放大。油中溶解氫氣異常率高達(dá)20%，部分設(shè)備甚至達(dá)到百萬分之8000的濃度，但油中水分、介質(zhì)損耗等參量異常率卻接近0%，這種“單參量異常”讓傳統(tǒng)診斷方法失效?！?100千伏昌吉換流站內(nèi)的工頻電場是國家標(biāo)準(zhǔn)的6倍，鐵心夾件引下線處的電暈脈沖幅值遠(yuǎn)超設(shè)備內(nèi)部放電脈沖，現(xiàn)有技術(shù)無法有效分離干擾信號，導(dǎo)致放電狀態(tài)感知如同“霧里看花”。

　　此外，在新疆750千伏變電站中，套管、互感器等少油設(shè)備的電容量僅約600皮法拉，是大型充油設(shè)備的2%，其響應(yīng)電流微弱到極易被電暈干擾淹沒。而在絕緣恢復(fù)領(lǐng)域，傳統(tǒng)定溫、定時熱油循環(huán)工藝在新疆效果不佳，部分設(shè)備經(jīng)多輪處理仍無法達(dá)標(biāo)，面臨報廢，單臺變壓器損失即達(dá)數(shù)千萬元。這些難題不僅威脅電網(wǎng)安全，更制約新疆新能源大規(guī)模并網(wǎng)消納，成為能源戰(zhàn)略落地的關(guān)鍵制約因素。

　　產(chǎn)學(xué)研協(xié)同啃下“硬骨頭”

　　面對嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，國網(wǎng)新疆電科院牽頭，聯(lián)合西安交通大學(xué)、特變電工股份有限公司等單位組建“產(chǎn)、學(xué)、研、用”攻關(guān)團隊，依托國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃、國家杰出青年基金等項目，圍繞四大核心方向展開攻堅，從機理研究到技術(shù)研發(fā)，從裝備制造到工程應(yīng)用，構(gòu)建起全鏈條創(chuàng)新體系。

　　團隊首先瞄準(zhǔn)絕緣劣化的機理難題。2018年，針對新疆極低溫、大溫差特點，團隊搭建起“材料—模型—實物”全方位實驗平臺，模擬真實設(shè)備的缺陷狀態(tài)。從2018年到2020年，持續(xù)兩年開展劣化特性觀測，對500多個油浸紙劣化樣品在-40℃至150℃超寬溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱循環(huán)試驗，獲取了4000組涵蓋頻域介電、微觀形貌、聚合度等指標(biāo)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

　　研究首次揭示了“水分—纖維素凍融效應(yīng)”：受潮絕緣紙在-40℃極低溫下會形成冰晶體，物理破壞纖維結(jié)構(gòu)；溫度回升后，水分遷移進(jìn)一步加劇老化。通過分子動力學(xué)與量子化學(xué)融合的多尺度模擬，團隊實現(xiàn)了電荷輸運的原子級分辨率仿真，建立起雙能級陷阱和非線性介電響應(yīng)模型，構(gòu)建的寬溫域（-40℃~130℃）介電譜數(shù)據(jù)庫，為絕緣診斷提供了“標(biāo)準(zhǔn)病歷本”。

　　為解決設(shè)備狀態(tài)感知難題，團隊創(chuàng)造性地提出寬頻域介電響應(yīng)技術(shù)體系。2021年，針對低溫檢測盲區(qū)，研發(fā)出覆蓋0.1毫赫茲~1000赫茲的超低頻介電譜測試技術(shù)，輸出電壓達(dá)400伏（峰值），測試時間縮短至24分鐘，補全了-40℃至10℃的低溫數(shù)據(jù)庫，讓極寒環(huán)境下的絕緣檢測從“不可能”變成了“可能”。

　　2022年，在高頻段，團隊研發(fā)的1吉赫茲~6吉赫茲高頻微帶諧振介電譜技術(shù)，將含水量測試誤差控制在4.7%以內(nèi)，實現(xiàn)了變壓器局部受潮的精準(zhǔn)“定位”。而10太赫茲~38太赫茲近紅外光譜分析技術(shù)，通過500多個不同老化程度的絕緣紙樣品建立模型，使老化狀態(tài)診斷準(zhǔn)確度超85%，就像給設(shè)備絕緣裝上了“CT掃描儀”。

　　這些技術(shù)突破了傳統(tǒng)單一頻段的局限，通過寬頻域信號分析，能捕捉不同劣化階段的特征“指紋”：低頻段反映受潮或裂紋，高頻段對應(yīng)局部放電，光頻段揭示材料老化。這種“全頻段覆蓋”的感知能力，比傳統(tǒng)方法提前2~3年發(fā)現(xiàn)潛伏性缺陷，為故障預(yù)警贏得了寶貴時間。

　　2023年，針對強干擾難題，團隊研發(fā)出工頻介損—高頻局放在線監(jiān)測系統(tǒng)（50赫茲~30兆赫茲），采用穿心式一體化傳感器，徹底解決了傳統(tǒng)傳感器的浮地風(fēng)險。首創(chuàng)的時頻域累積能量函數(shù)分離技術(shù)，能從強干擾中“拎出”微弱的設(shè)備內(nèi)部放電信號，定位精度達(dá)9.8厘米，識別準(zhǔn)確率86.5%，遠(yuǎn)超同類產(chǎn)品。

　　特高頻局部放電帶電巡檢系統(tǒng)（300兆赫茲~2吉赫茲）則通過優(yōu)化天線陣列和算法，實現(xiàn)了變電站站域放電信號的快速定位。在新疆28座變電站應(yīng)用中，成功預(yù)警多起內(nèi)部放電缺陷，讓超特高壓設(shè)備故障率大幅下降。

　　為解決未注油狀態(tài)下的檢測難題，團隊聯(lián)合西安交通大學(xué)研發(fā)出便攜式表貼型傳感器。2024年投入使用后，可直接檢測絕緣紙含水量，在設(shè)備運輸、安裝階段就能發(fā)現(xiàn)受潮缺陷，將隱患消除在投運前，使缺陷處置時間從8天延長至1個月以上，大幅減輕了搶修壓力。

　　在絕緣性能提升方面，團隊提出的微/納米纖維素改性技術(shù)堪稱絕緣紙的“強身健體”方案。通過“磚—泥”混合結(jié)構(gòu)優(yōu)化，絕緣紙拉伸強度提升37.7%，擊穿場強提升17%，且綠色環(huán)保。2023年應(yīng)用的智能干燥工藝，通過在線頻域介電譜實時監(jiān)測，將變壓器一次干燥合格率從85.3%提升至97.5%，單臺設(shè)備節(jié)約處理成本超百萬元。

　　針對老舊設(shè)備，團隊建立“評估—調(diào)控—恢復(fù)—再評估”標(biāo)準(zhǔn)化流程，累計開展544次絕緣恢復(fù)，讓多臺瀕臨退役的設(shè)備重獲新生，延長壽命15年以上，創(chuàng)造直接經(jīng)濟效益超10億元。

　　創(chuàng)新成果從新疆走向全國

　　從2018年啟動研究到2024年取得階段性成果，團隊的技術(shù)經(jīng)歷了三次重要迭代：2020年完成低溫數(shù)據(jù)庫補全，解決極寒環(huán)境使用問題；2022年優(yōu)化抗干擾算法，適應(yīng)強電暈環(huán)境；2024年推出便攜式裝備，滿足現(xiàn)場快速檢測需求。每一次迭代都源于工程實踐的痛點，每一項優(yōu)化都直指現(xiàn)場難題。

　　相關(guān)技術(shù)在新疆昌吉、天山等換流站應(yīng)用后，2022年至今未再發(fā)生變壓器設(shè)備損傷惡性事故，每年多送電量5.23億千瓦時，增收過網(wǎng)費1305.76萬元，減少二氧化碳排放1200萬噸。在全國范圍內(nèi)，技術(shù)應(yīng)用累計避免直接經(jīng)濟損失超50億元，為新能源大規(guī)模并網(wǎng)提供了堅實的設(shè)備安全保障。

　　系列成果也形成了豐碩的知識產(chǎn)權(quán)：研制國產(chǎn)化裝備11套，包括超低頻介電譜測試儀、特高頻巡檢儀等，性能全面超越進(jìn)口產(chǎn)品；制定標(biāo)準(zhǔn)13項，其中1項寬頻域介電響應(yīng)測量國際標(biāo)準(zhǔn)，讓我國在該領(lǐng)域擁有了國際話語權(quán)；授權(quán)發(fā)明專利88項，徹底打破國外技術(shù)壟斷，實現(xiàn)了寬頻域絕緣狀態(tài)感知的完全自主化。

　　如今，這項從新疆誕生的技術(shù)已走向全國。自2010年首次應(yīng)用于國家電網(wǎng)系統(tǒng)以來，已覆蓋國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)的17個省級電網(wǎng)公司，新疆成為首個規(guī)?；瘧?yīng)用的地區(qū)。2019年至今，技術(shù)持續(xù)迭代升級，成為全國油浸紙絕緣設(shè)備缺陷診斷的首選技術(shù)。

　　從昌吉換流站的極寒清晨到五彩灣變電站的風(fēng)沙現(xiàn)場，從實驗室的精密測試到變電站的帶電巡檢，這支攻關(guān)團隊用十年磨一劍的堅守，破解了極端環(huán)境下電力設(shè)備絕緣的世界難題。寬頻域感知技術(shù)的突破，不僅是我國電力裝備技術(shù)從跟跑到領(lǐng)跑的生動縮影，更彰顯了“產(chǎn)、學(xué)、研、用”協(xié)同創(chuàng)新的強大力量。

　　油浸紙絕緣設(shè)備的平穩(wěn)運行，背后是國網(wǎng)新疆電力人對技術(shù)創(chuàng)新的執(zhí)著追求，對能源安全的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。隨著新型電力系統(tǒng)加速構(gòu)建，這項技術(shù)將繼續(xù)守護(hù)能源大動脈，為我國綠色低碳轉(zhuǎn)型和“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)提供堅實保障，書寫新時代能源革命的精彩篇章。