王永輝，呼慧斌，張曉慶，張衛(wèi)華，馬 超

（國網(wǎng)河南省電力公司內(nèi)黃縣供電公司，河南安陽 456300）

電力設(shè)備的可靠性和安全性對電力系統(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問題，可能導(dǎo)致設(shè)備故障和事故，因此局部放電的及時檢測和監(jiān)測至關(guān)重要。特高頻傳感器是一種用于檢測局部放電的關(guān)鍵裝置，能夠捕獲局部放電時產(chǎn)生的特高頻電磁波信號。

1 外置特高頻傳感器的帶電檢測支撐桿的設(shè)計背景和意義

電力設(shè)備在運(yùn)行中存在局部放電問題，這會引發(fā)特高頻電磁波信號。為及時檢測這些局部放電信號并評估電力設(shè)備的絕緣狀態(tài)，外置特高頻傳感器的帶電檢測變得至關(guān)重要。然而，實(shí)際現(xiàn)場環(huán)境中，電力設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)、布局和周圍空間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)計并研發(fā)一種外置特高頻傳感器帶電檢測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。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，可能錯過關(guān)鍵的局部放電信號。帶電檢測支撐桿的長度伸縮性可解決這一問題，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，確保信號的準(zhǔn)確捕捉。

2 用于外置特高頻傳感器的帶電檢測支撐桿的設(shè)計

2.1 特高頻傳感器

特高頻（UHF）傳感器設(shè)計是電力設(shè)備局部放電監(jiān)測的核心。特高頻傳感器須具備廣泛的頻率響應(yīng)范圍，以檢測局部放電信號的變化。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)計為能夠高效地捕獲并分析這一頻段的信號。為確保局部放電監(jiān)測的準(zhǔn)確性，傳感器須具備高度靈敏的特性，以探測微小的UHF 信號。這要求傳感器的接收器和放大器設(shè)計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)備周圍可能存在多種電磁干擾源，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的檢測。因此，傳感器設(shè)計應(yīng)包括有效的抗干擾技術(shù)，如濾波器和屏蔽措施，以降低外部干擾對信號質(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)用場景，應(yīng)具有緊湊的設(shè)計，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?，以便將檢測到的信號傳輸?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，如信號分析和特征提取，以提供即時的監(jiān)測結(jié)果。特高頻傳感器通常用于長期監(jiān)測，因此，其設(shè)計應(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，并具備長壽命。傳感器設(shè)計應(yīng)包括校準(zhǔn)和維護(hù)的考慮。提供簡單的校準(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)時間。

2.2 伸縮絕緣桿設(shè)計

伸縮絕緣桿的設(shè)計在電力設(shè)備局部放電監(jiān)測中扮演著關(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)氧樹脂是一個理想的選擇，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。此外，環(huán)氧樹脂材料應(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)過精確設(shè)計和測試，以確保其可以可靠地擴(kuò)展和收縮，不會發(fā)生卡頓或卡住的情況。操作人員應(yīng)能夠輕松調(diào)節(jié)伸縮絕緣桿的長度，以適應(yīng)不同的監(jiān)測場景和設(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程中不會自行縮回或伸展。伸縮機(jī)制的設(shè)計應(yīng)考慮到長期使用，不會因頻繁伸縮而損壞，以確保其耐久性和可靠性。

伸縮絕緣桿的設(shè)計應(yīng)追求輕量化，以便操作人員能夠輕松攜帶和使用。這對于在電力設(shè)備上方進(jìn)行局部放電監(jiān)測是至關(guān)重要的，因?yàn)椴僮魅藛T可能需要在不同位置快速移動伸縮絕緣桿。輕量化設(shè)計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)境中操作時不會對操作人員造成電擊風(fēng)險。這包括正確的絕緣測試和認(rèn)證，以驗(yàn)證伸縮絕緣桿的絕緣性能。設(shè)計伸縮絕緣桿時，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

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。這可通過螺紋、夾持裝置或其他機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。模塊的設(shè)計應(yīng)考慮到可能的角度范圍，以確?？蓾M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，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)定性對于準(zhǔn)確的局部放電監(jiān)測至關(guān)重要。角度調(diào)節(jié)模塊的連接點(diǎn)應(yīng)設(shè)計得牢固，以防止在操作或檢測過程中出現(xiàn)意外移位或松動?？紤]到電力設(shè)備通常在運(yùn)行中會受到振動和風(fēng)險的影響，模塊的設(shè)計應(yīng)具備抗振動和抗風(fēng)險的特性，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，不會無意中移動?？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)計應(yīng)追求輕量化，以降低操作人員的負(fù)擔(dān)。同時，材質(zhì)選擇也應(yīng)考慮到強(qiáng)度和耐用性，以確保模塊在長期使用中不會受到損壞或變形。

2.4 夾緊模塊設(shè)計

夾緊模塊在特高頻傳感器的固定和釋放過程中發(fā)揮著重要作用，其設(shè)計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)測場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，以避免對傳感器造成損壞或出現(xiàn)壓力不均勻的情況。這可通過合適的夾緊表面設(shè)計和材質(zhì)選擇來實(shí)現(xiàn)?？紤]到傳感器是敏感設(shè)備，夾緊模塊的設(shè)計應(yīng)確保在夾緊過程中不會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)計應(yīng)追求快速的固定和釋放機(jī)制。夾緊模塊的設(shè)計應(yīng)允許操作人員使用簡單的一鍵鎖定機(jī)制，以迅速夾緊傳感器，而無需復(fù)雜的步驟或工具?？焖俟潭C(jī)制應(yīng)具備高可靠性，確保一旦鎖定，傳感器不會在監(jiān)測過程中意外移動或松動。同樣重要的是，夾緊模塊的設(shè)計應(yīng)提供輕松的釋放機(jī)制，以便在監(jiān)測結(jié)束后快速拆卸傳感器。夾緊模塊應(yīng)追求輕量化設(shè)計，以減輕操作人員的負(fù)擔(dān)，并確保方便攜帶。同時，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，能夠承受長期使用和重復(fù)夾緊的要求，而不會損壞或磨損。

3 用于外置特高頻傳感器的帶電檢測支撐桿設(shè)計的實(shí)施

為成功設(shè)計和實(shí)施用于外置特高頻傳感器的帶電檢測支撐桿，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)，包括帶電檢測支撐桿的長度、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)計方案。這包括詳細(xì)的CAD 圖紙和3D 模型，以確保設(shè)計與實(shí)際制造相符。此階段還包括材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計和安全性評估[3]。

（2）使用現(xiàn)代建模和仿真工具，進(jìn)行帶電檢測支撐桿的建模和優(yōu)化。這包括應(yīng)力分析、負(fù)載分析和振動分析，以確保設(shè)計在不同工況下的穩(wěn)定性和可靠性。一旦設(shè)計方案得到批準(zhǔn)，開始制造帶電檢測支撐桿的零部件。制造完成后，在現(xiàn)場選擇適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)進(jìn)行測試，模擬實(shí)際使用情況。測試包括夾緊力的準(zhǔn)確性、角度調(diào)節(jié)的可靠性及帶電操作的安全性。整個項(xiàng)目過程要嚴(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)。一旦帶電檢測支撐桿被成功制造并通過測試，須進(jìn)行項(xiàng)目驗(yàn)收。驗(yàn)收包括性能測試和安全評估。項(xiàng)目成功后，對所有相關(guān)資料進(jìn)行歸檔，以備將來參考。

4 用于外置特高頻傳感器的帶電檢測支撐桿設(shè)計創(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支撐桿設(shè)計中，伸縮絕緣桿的引入帶來了顯著的創(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。為解決這個問題，引入了伸縮絕緣桿的設(shè)計，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，使其在不使用時可輕松地折疊成更小的尺寸，方便攜帶和儲存。操作人員可將伸縮絕緣桿輕松地裝入車輛或攜帶在工具包中，而無需大型或笨重的設(shè)備[4]。

伸縮絕緣桿的設(shè)計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時，操作人員可輕松地將伸縮絕緣桿展開，并通過簡單的鎖定機(jī)制將其固定在所需長度。這個過程不僅可迅速完成，而且無需額外工具或復(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的位置，而無需耗費(fèi)時間和精力爬升或搭建臨時支撐結(jié)構(gòu)，這對于高空或難以到達(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)過精心設(shè)計，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景。角度調(diào)節(jié)器采用人員角度帶動的方式，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。這一功能對于復(fù)雜角度的檢測至關(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)了同步動作，這意味著當(dāng)角度調(diào)整時，傳感器會實(shí)時跟隨，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。這種多功能性使得裝置在各種工作場景中都能發(fā)揮作用。

5 用于外置特高頻傳感器的帶電檢測支撐桿設(shè)計解決的主要問題

在電力設(shè)備中，絕緣件通常位于較高的位置，超出了檢測人員手可觸及的范圍。支撐桿的設(shè)計允許檢測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。支撐桿的靈活性和可調(diào)性使得無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，確保了檢測的準(zhǔn)確性。

絕緣件周圍的空間通常相當(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，確保了檢測的可行性。電力局放特高頻帶電檢測需確保檢測人員的安全，支撐桿允許檢測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。

6 結(jié)束語

通過本項(xiàng)目的設(shè)計，成功研發(fā)了一種用于外置特高頻傳感器的帶電檢測支撐桿，解決了電力設(shè)備局部放電檢測中的諸多挑戰(zhàn)。這項(xiàng)創(chuàng)新性工程不僅提高了檢測效率，還增強(qiáng)了電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。未來，期待這一設(shè)計能夠廣泛應(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。