用于外置特高頻傳感器的帶電檢測(cè)支撐桿的設(shè)計(jì)

王永輝，呼慧斌，張曉慶，張衛(wèi)華，馬 超

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司內(nèi)黃縣供電公司，河南安陽(yáng) 456300）

電力設(shè)備的可靠性和安全性對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。局部放電是電力設(shè)備絕緣狀況不良的一種常見(jiàn)問(wèn)題，可能導(dǎo)致設(shè)備故障和事故，因此局部放電的及時(shí)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。特高頻傳感器是一種用于檢測(cè)局部放電的關(guān)鍵裝置，能夠捕獲局部放電時(shí)產(chǎn)生的特高頻電磁波信號(hào)。

1 外置特高頻傳感器的帶電檢測(cè)支撐桿的設(shè)計(jì)背景和意義

電力設(shè)備在運(yùn)行中存在局部放電問(wèn)題，這會(huì)引發(fā)特高頻電磁波信號(hào)。為及時(shí)檢測(cè)這些局部放電信號(hào)并評(píng)估電力設(shè)備的絕緣狀態(tài)，外置特高頻傳感器的帶電檢測(cè)變得至關(guān)重要。然而，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，電力設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)、布局和周?chē)臻g的限制使得傳感器的安裝和定位異常困難。

在這一背景下，設(shè)計(jì)并研發(fā)一種外置特高頻傳感器帶電檢測(cè)支撐桿具有極大的意義。該支撐桿不僅能夠?qū)鞲衅靼踩潭ㄔ诮^緣件上，還具備長(zhǎng)度伸縮性和角度可調(diào)性的特點(diǎn)，使其適用于多種絕緣件的檢測(cè)。電力設(shè)備的絕緣部件通常位于較高位置，超出了人工操作范圍。這導(dǎo)致難以將傳感器準(zhǔn)確放置在絕緣件上，可能錯(cuò)過(guò)關(guān)鍵的局部放電信號(hào)。帶電檢測(cè)支撐桿的長(zhǎng)度伸縮性可解決這一問(wèn)題，使傳感器能夠輕松到達(dá)高處。由于電力設(shè)備的結(jié)構(gòu)多變，需在不同角度和位置安裝傳感器，帶電檢測(cè)支撐桿的角度可調(diào)性允許在不同情況下靈活地調(diào)整傳感器的角度，確保信號(hào)的準(zhǔn)確捕捉。

2 用于外置特高頻傳感器的帶電檢測(cè)支撐桿的設(shè)計(jì)

2.1 特高頻傳感器

特高頻（UHF）傳感器設(shè)計(jì)是電力設(shè)備局部放電監(jiān)測(cè)的核心。特高頻傳感器須具備廣泛的頻率響應(yīng)范圍，以檢測(cè)局部放電信號(hào)的變化。局部放電通常在0.3～3 GHz 的頻段內(nèi)產(chǎn)生電磁波，因此，傳感器應(yīng)設(shè)計(jì)為能夠高效地捕獲并分析這一頻段的信號(hào)。為確保局部放電監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，傳感器須具備高度靈敏的特性，以探測(cè)微小的UHF 信號(hào)。這要求傳感器的接收器和放大器設(shè)計(jì)具有出色的噪聲性能和靈敏度，能夠在高頻范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。電力設(shè)備周?chē)赡艽嬖诙喾N電磁干擾源，如變頻器、電弧焊接設(shè)備等，這些干擾源可能影響局部放電信號(hào)的檢測(cè)。因此，傳感器設(shè)計(jì)應(yīng)包括有效的抗干擾技術(shù)，如濾波器和屏蔽措施，以降低外部干擾對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響[1]。

傳感器的物理尺寸和重量考慮到實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，應(yīng)具有緊湊的設(shè)計(jì)，以便輕松安裝在角度調(diào)節(jié)模塊上方。此外，輕量化設(shè)計(jì)有助于操作人員攜帶和操作傳感器，減輕工作負(fù)擔(dān)。傳感器應(yīng)具備適當(dāng)?shù)慕涌冢员銓z測(cè)到的信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元，這包括模擬和數(shù)字接口選項(xiàng)，以適應(yīng)不同的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。傳感器還可包括內(nèi)置的數(shù)據(jù)處理功能，如信號(hào)分析和特征提取，以提供即時(shí)的監(jiān)測(cè)結(jié)果。特高頻傳感器通常用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，因此，其設(shè)計(jì)應(yīng)具備高可靠性和耐用性，須選用高質(zhì)量的材料和組件，進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，以確保傳感器在惡劣環(huán)境下能夠可靠運(yùn)行，并具備長(zhǎng)壽命。傳感器設(shè)計(jì)應(yīng)包括校準(zhǔn)和維護(hù)的考慮。提供簡(jiǎn)單的校準(zhǔn)流程以確保精確性，并考慮到維護(hù)操作的易用性，以減少停機(jī)時(shí)間。

2.2 伸縮絕緣桿設(shè)計(jì)

伸縮絕緣桿的設(shè)計(jì)在電力設(shè)備局部放電監(jiān)測(cè)中扮演著關(guān)鍵的角色。伸縮絕緣桿的材質(zhì)選擇至關(guān)重要，因?yàn)槠漤氃诟唠妷汉透邏毫Νh(huán)境下提供可靠的絕緣性能。環(huán)氧樹(shù)脂是一個(gè)理想的選擇，因?yàn)槠渚哂谐錾慕^緣性能，能夠有效隔離電力設(shè)備和操作人員，減少電擊風(fēng)險(xiǎn)。此外，環(huán)氧樹(shù)脂材料應(yīng)具備高強(qiáng)度和高耐壓特性，以承受潛在的機(jī)械壓力和電壓。伸縮絕緣桿的設(shè)計(jì)須包括有效的伸縮機(jī)制，以適應(yīng)不同高度和距離的電力設(shè)備。伸縮機(jī)制須經(jīng)過(guò)精確設(shè)計(jì)和測(cè)試，以確保其可以可靠地?cái)U(kuò)展和收縮，不會(huì)發(fā)生卡頓或卡住的情況。操作人員應(yīng)能夠輕松調(diào)節(jié)伸縮絕緣桿的長(zhǎng)度，以適應(yīng)不同的監(jiān)測(cè)場(chǎng)景和設(shè)備高度。伸縮后，機(jī)制應(yīng)具備牢固的鎖定，以確保伸縮桿在使用過(guò)程中不會(huì)自行縮回或伸展。伸縮機(jī)制的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到長(zhǎng)期使用，不會(huì)因頻繁伸縮而損壞，以確保其耐久性和可靠性。

伸縮絕緣桿的設(shè)計(jì)應(yīng)追求輕量化，以便操作人員能夠輕松攜帶和使用。這對(duì)于在電力設(shè)備上方進(jìn)行局部放電監(jiān)測(cè)是至關(guān)重要的，因?yàn)椴僮魅藛T可能需要在不同位置快速移動(dòng)伸縮絕緣桿。輕量化設(shè)計(jì)還有助于降低操作人員的疲勞，提高工作效率。伸縮絕緣桿的設(shè)計(jì)應(yīng)符合相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，以確保在高電壓環(huán)境中操作時(shí)不會(huì)對(duì)操作人員造成電擊風(fēng)險(xiǎn)。這包括正確的絕緣測(cè)試和認(rèn)證，以驗(yàn)證伸縮絕緣桿的絕緣性能。設(shè)計(jì)伸縮絕緣桿時(shí)，還應(yīng)考慮到操作人員的舒適性和人機(jī)工程學(xué)原則。手柄和握把的設(shè)計(jì)應(yīng)符合人體工程學(xué)，以減少操作人員的不適和疲勞，從而提高工作效率[2]。

2.3 角度調(diào)節(jié)模塊設(shè)計(jì)

角度調(diào)節(jié)模塊在特高頻傳感器和伸縮絕緣桿之間扮演著關(guān)鍵的連接和調(diào)整作用。角度調(diào)節(jié)模塊的設(shè)計(jì)核心在于其可調(diào)角度的功能，這是為確保特高頻傳感器能夠適應(yīng)不同電力設(shè)備的角度和空間限制。角度調(diào)節(jié)模塊應(yīng)具備可鎖定的能力，以允許操作人員將其調(diào)整到所需的角度，然后鎖定在該位置。這可通過(guò)螺紋、夾持裝置或其他機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到可能的角度范圍，以確保可滿足各種電力設(shè)備的需求，包括不同高度和傾斜角度。調(diào)節(jié)角度時(shí)，模塊應(yīng)提供準(zhǔn)確的度量和指示，以確保操作人員能夠精確地調(diào)整到所需的角度。

角度調(diào)節(jié)模塊的連接穩(wěn)定性對(duì)于準(zhǔn)確的局部放電監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。角度調(diào)節(jié)模塊的連接點(diǎn)應(yīng)設(shè)計(jì)得牢固，以防止在操作或檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)意外移位或松動(dòng)?？紤]到電力設(shè)備通常在運(yùn)行中會(huì)受到振動(dòng)和風(fēng)險(xiǎn)的影響，模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)具備抗振動(dòng)和抗風(fēng)險(xiǎn)的特性，以保持連接的穩(wěn)定性。模塊應(yīng)包括可靠的鎖定機(jī)制，以確保一旦達(dá)到所需角度，就能夠牢固地鎖定在該位置，不會(huì)無(wú)意中移動(dòng)?？紤]到操作人員需在電力設(shè)備上方操控角度調(diào)節(jié)模塊，模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)追求輕量化，以降低操作人員的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，材質(zhì)選擇也應(yīng)考慮到強(qiáng)度和耐用性，以確保模塊在長(zhǎng)期使用中不會(huì)受到損壞或變形。

2.4 夾緊模塊設(shè)計(jì)

夾緊模塊在特高頻傳感器的固定和釋放過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，其設(shè)計(jì)需兼顧夾緊力控制和快速固定的功能。夾緊模塊的首要任務(wù)是確保外置特高頻傳感器被牢固地夾緊在需監(jiān)測(cè)的位置上。夾緊模塊應(yīng)具備可調(diào)節(jié)的夾緊力，以適應(yīng)不同監(jiān)測(cè)場(chǎng)景和傳感器類型的需求。這允許操作人員根據(jù)具體情況調(diào)整夾緊力，確保傳感器的穩(wěn)定固定。夾緊力應(yīng)均勻地分布在傳感器表面，以避免對(duì)傳感器造成損壞或出現(xiàn)壓力不均勻的情況。這可通過(guò)合適的夾緊表面設(shè)計(jì)和材質(zhì)選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)?？紤]到傳感器是敏感設(shè)備，夾緊模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)確保在夾緊過(guò)程中不會(huì)損壞或影響傳感器的性能。

為提高工作效率，夾緊模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)追求快速的固定和釋放機(jī)制。夾緊模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)允許操作人員使用簡(jiǎn)單的一鍵鎖定機(jī)制，以迅速夾緊傳感器，而無(wú)需復(fù)雜的步驟或工具。快速固定機(jī)制應(yīng)具備高可靠性，確保一旦鎖定，傳感器不會(huì)在監(jiān)測(cè)過(guò)程中意外移動(dòng)或松動(dòng)。同樣重要的是，夾緊模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)提供輕松的釋放機(jī)制，以便在監(jiān)測(cè)結(jié)束后快速拆卸傳感器。夾緊模塊應(yīng)追求輕量化設(shè)計(jì)，以減輕操作人員的負(fù)擔(dān)，并確保方便攜帶。同時(shí)，材質(zhì)選擇和制造工藝應(yīng)確保夾緊模塊具備足夠的耐久性，能夠承受長(zhǎng)期使用和重復(fù)夾緊的要求，而不會(huì)損壞或磨損。

3 用于外置特高頻傳感器的帶電檢測(cè)支撐桿設(shè)計(jì)的實(shí)施

為成功設(shè)計(jì)和實(shí)施用于外置特高頻傳感器的帶電檢測(cè)支撐桿，需按以下步驟進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃和執(zhí)行。

（1）要對(duì)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，以了解電力設(shè)備的類型、工作環(huán)境、監(jiān)測(cè)需求和安全要求。這包括與電力公司、工程師和維護(hù)人員的溝通，以獲取關(guān)鍵信息。根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)研結(jié)果，明確裝置需求和技術(shù)參數(shù)，包括帶電檢測(cè)支撐桿的長(zhǎng)度、材質(zhì)、可調(diào)角度、夾緊力等關(guān)鍵要點(diǎn)。還要考慮環(huán)境因素，如氣候條件和電力設(shè)備的高度。在確定需求和參數(shù)后，完善設(shè)計(jì)方案。這包括詳細(xì)的CAD 圖紙和3D 模型，以確保設(shè)計(jì)與實(shí)際制造相符。此階段還包括材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全性評(píng)估[3]。

（2）使用現(xiàn)代建模和仿真工具，進(jìn)行帶電檢測(cè)支撐桿的建模和優(yōu)化。這包括應(yīng)力分析、負(fù)載分析和振動(dòng)分析，以確保設(shè)計(jì)在不同工況下的穩(wěn)定性和可靠性。一旦設(shè)計(jì)方案得到批準(zhǔn)，開(kāi)始制造帶電檢測(cè)支撐桿的零部件。制造完成后，在現(xiàn)場(chǎng)選擇適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，模擬實(shí)際使用情況。測(cè)試包括夾緊力的準(zhǔn)確性、角度調(diào)節(jié)的可靠性及帶電操作的安全性。整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程要嚴(yán)格按照電力安全規(guī)程執(zhí)行，這包括帶電操作的培訓(xùn)和程序，以確保人員安全。提供必要的防護(hù)裝備，并確保符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。一旦帶電檢測(cè)支撐桿被成功制造并通過(guò)測(cè)試，須進(jìn)行項(xiàng)目驗(yàn)收。驗(yàn)收包括性能測(cè)試和安全評(píng)估。項(xiàng)目成功后，對(duì)所有相關(guān)資料進(jìn)行歸檔，以備將來(lái)參考。

4 用于外置特高頻傳感器的帶電檢測(cè)支撐桿設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 伸縮絕緣桿的攜帶方便性

在用于外置特高頻傳感器的帶電檢測(cè)支撐桿設(shè)計(jì)中，伸縮絕緣桿的引入帶來(lái)了顯著的創(chuàng)新。傳統(tǒng)的外置傳感器固定裝置通常需人員爬升到較高位置，這既不方便也存在潛在的危險(xiǎn)。為解決這個(gè)問(wèn)題，引入了伸縮絕緣桿的設(shè)計(jì)，旨在提高攜帶方便性和使用便捷性，從而顯著提高工作效率。伸縮絕緣桿的主要優(yōu)勢(shì)之一是其攜帶方便性。該伸縮絕緣桿由輕量化的材料制成，具備緊湊的折疊機(jī)制，使其在不使用時(shí)可輕松地折疊成更小的尺寸，方便攜帶和儲(chǔ)存。操作人員可將伸縮絕緣桿輕松地裝入車(chē)輛或攜帶在工具包中，而無(wú)需大型或笨重的設(shè)備[4]。

伸縮絕緣桿的設(shè)計(jì)還極大地提高了使用的便捷性和速度。當(dāng)需進(jìn)行特高頻傳感器的帶電檢測(cè)時(shí)，操作人員可輕松地將伸縮絕緣桿展開(kāi)，并通過(guò)簡(jiǎn)單的鎖定機(jī)制將其固定在所需長(zhǎng)度。這個(gè)過(guò)程不僅可迅速完成，而且無(wú)需額外工具或復(fù)雜的步驟。由于伸縮絕緣桿的引入，不再需手動(dòng)爬升到高處，因此極大提高了工作效率。操作人員可更迅速地將傳感器定位到需檢測(cè)的位置，而無(wú)需耗費(fèi)時(shí)間和精力爬升或搭建臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，這對(duì)于高空或難以到達(dá)的位置尤其有益。

4.2 角度調(diào)節(jié)模塊的多功能性

角度調(diào)節(jié)模塊是多功能性裝置的核心組件之一。該模塊經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，具有廣泛的應(yīng)用潛力。其主要功能是實(shí)現(xiàn)裝置的角度調(diào)整，使其適用于不同的工作場(chǎng)景。角度調(diào)節(jié)器采用人員角度帶動(dòng)的方式，可由操作人員輕松控制。這一特性使得裝置的角度調(diào)整變得直觀且易操作，提高了使用的便捷性。模塊內(nèi)部搭載了特高頻傳感器，這些傳感器能夠快速、精確地感知裝置的角度變化。這一功能對(duì)于復(fù)雜角度的檢測(cè)至關(guān)重要，確保了準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

特高頻傳感器與角度調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)了同步動(dòng)作，這意味著當(dāng)角度調(diào)整時(shí)，傳感器會(huì)實(shí)時(shí)跟隨，保持正確的位置。這種同步性有助于避免誤差，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。角度調(diào)節(jié)模塊的引入顯著提高了裝置的適用性。不論是在角度要求復(fù)雜的設(shè)備上，還是在位置狹窄的環(huán)境中，都可輕松進(jìn)行檢測(cè)。這種多功能性使得裝置在各種工作場(chǎng)景中都能發(fā)揮作用。

5 用于外置特高頻傳感器的帶電檢測(cè)支撐桿設(shè)計(jì)解決的主要問(wèn)題

在電力設(shè)備中，絕緣件通常位于較高的位置，超出了檢測(cè)人員手可觸及的范圍。支撐桿的設(shè)計(jì)允許檢測(cè)人員輕松地將傳感器安裝到這些高處的絕緣件上，消除了高度差異帶來(lái)的難題。電力設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)可能需在各種不同的角度進(jìn)行檢測(cè)。支撐桿的靈活性和可調(diào)性使得無(wú)論絕緣件處于何種角度，傳感器都能夠以最佳角度與絕緣件接觸，確保了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

絕緣件周?chē)目臻g通常相當(dāng)有限，使得傳感器的放置變得復(fù)雜。支撐桿的設(shè)計(jì)考慮到了這一點(diǎn)，使得傳感器可在狹窄的空間內(nèi)安裝，確保了檢測(cè)的可行性。電力局放特高頻帶電檢測(cè)需確保檢測(cè)人員的安全，支撐桿允許檢測(cè)人員在不接觸帶電部件的情況下安裝傳感器，降低了電擊和其他安全風(fēng)險(xiǎn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，成功研發(fā)了一種用于外置特高頻傳感器的帶電檢測(cè)支撐桿，解決了電力設(shè)備局部放電檢測(cè)中的諸多挑戰(zhàn)。這項(xiàng)創(chuàng)新性工程不僅提高了檢測(cè)效率，還增強(qiáng)了電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。未來(lái)，期待這一設(shè)計(jì)能夠廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)，為維護(hù)電力設(shè)備的正常運(yùn)行貢獻(xiàn)力量。