用于外置特高頻傳感器的帶電檢測支撐桿的設計

王永輝，呼慧斌，張曉慶，張衛華，馬 超

（國網河南省電力公司內黃縣供電公司，河南安陽 456300）

電力設備的可靠性和安全性對電力系統的穩定運行至關重要。局部放電是電力設備絕緣狀況不良的一種常見問題，可能導致設備故障和事故，因此局部放電的及時檢測和監測至關重要。特高頻傳感器是一種用于檢測局部放電的關鍵裝置，能夠捕獲局部放電時產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計背景和意義

電力設備在運行中存在局部放電問題，這會引發特高頻電磁波信號。為及時檢測這些局部放電信號并評估電力設備的絕緣狀態，外置特高頻傳感器的帶電檢測變得至關重要。然而，實際現場環境中，電力設備的絕緣結構、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，設計并研發一種外置特高頻傳感器帶電檢測支撐桿具有極大的意義。該支撐桿不僅能夠將傳感器安全固定在絕緣件上，還具備長度伸縮性和角度可調性的特點，使其適用于多種絕緣件的檢測。電力設備的絕緣部件通常位于較高位置，超出了人工操作范圍。這導致難以將傳感器準確放置在絕緣件上，可能錯過關鍵的局部放電信號。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高處。由于電力設備的結構多變，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性允許在不同情況下靈活地調整傳感器的角度，確保信號的準確捕捉。

2 用于外置特高頻傳感器的帶電檢測支撐桿的設計

2.1 特高頻傳感器

特高頻（UHF）傳感器設計是電力設備局部放電監測的核心。特高頻傳感器須具備廣泛的頻率響應范圍，以檢測局部放電信號的變化。局部放電通常在0.3～3 GHz 的頻段內產生電磁波，因此，傳感器應設計為能夠高效地捕獲并分析這一頻段的信號。為確保局部放電監測的準確性，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計具有出色的噪聲性能和靈敏度，能夠在高頻范圍內穩定運行。電力設備周圍可能存在多種電磁干擾源，如變頻器、電弧焊接設備等，這些干擾源可能影響局部放電信號的檢測。因此，傳感器設計應包括有效的抗干擾技術，如濾波器和屏蔽措施，以降低外部干擾對信號質量的影響[1]。

傳感器的物理尺寸和重量考慮到實際應用場景，應具有緊湊的設計，以便輕松安裝在角度調節模塊上方。此外，輕量化設計有助于操作人員攜帶和操作傳感器，減輕工作負擔。傳感器應具備適當的接口，以便將檢測到的信號傳輸到數據處理單元，這包括模擬和數字接口選項，以適應不同的監測系統。傳感器還可包括內置的數據處理功能，如信號分析和特征提取，以提供即時的監測結果。特高頻傳感器通常用于長期監測，因此，其設計應具備高可靠性和耐用性，須選用高質量的材料和組件，進行嚴格的質量控制，以確保傳感器在惡劣環境下能夠可靠運行，并具備長壽命。傳感器設計應包括校準和維護的考慮。提供簡單的校準流程以確保精確性，并考慮到維護操作的易用性，以減少停機時間。

2.2 伸縮絕緣桿設計

伸縮絕緣桿的設計在電力設備局部放電監測中扮演著關鍵的角色。伸縮絕緣桿的材質選擇至關重要，因為其須在高電壓和高壓力環境下提供可靠的絕緣性能。環氧樹脂是一個理想的選擇，因為其具有出色的絕緣性能，能夠有效隔離電力設備和操作人員，減少電擊風險。此外，環氧樹脂材料應具備高強度和高耐壓特性，以承受潛在的機械壓力和電壓。伸縮絕緣桿的設計須包括有效的伸縮機制，以適應不同高度和距離的電力設備。伸縮機制須經過精確設計和測試，以確保其可以可靠地擴展和收縮，不會發生卡頓或卡住的情況。操作人員應能夠輕松調節伸縮絕緣桿的長度，以適應不同的監測場景和設備高度。伸縮后，機制應具備牢固的鎖定，以確保伸縮桿在使用過程中不會自行縮回或伸展。伸縮機制的設計應考慮到長期使用，不會因頻繁伸縮而損壞，以確保其耐久性和可靠性。

伸縮絕緣桿的設計應追求輕量化，以便操作人員能夠輕松攜帶和使用。這對于在電力設備上方進行局部放電監測是至關重要的，因為操作人員可能需要在不同位置快速移動伸縮絕緣桿。輕量化設計還有助于降低操作人員的疲勞，提高工作效率。伸縮絕緣桿的設計應符合相關的安全標準和規定，以確保在高電壓環境中操作時不會對操作人員造成電擊風險。這包括正確的絕緣測試和認證，以驗證伸縮絕緣桿的絕緣性能。設計伸縮絕緣桿時，還應考慮到操作人員的舒適性和人機工程學原則。手柄和握把的設計應符合人體工程學，以減少操作人員的不適和疲勞，從而提高工作效率[2]。

2.3 角度調節模塊設計

角度調節模塊在特高頻傳感器和伸縮絕緣桿之間扮演著關鍵的連接和調整作用。角度調節模塊的設計核心在于其可調角度的功能，這是為確保特高頻傳感器能夠適應不同電力設備的角度和空間限制。角度調節模塊應具備可鎖定的能力，以允許操作人員將其調整到所需的角度，然后鎖定在該位置。這可通過螺紋、夾持裝置或其他機制來實現。模塊的設計應考慮到可能的角度范圍，以確?？蓾M足各種電力設備的需求，包括不同高度和傾斜角度。調節角度時，模塊應提供準確的度量和指示，以確保操作人員能夠精確地調整到所需的角度。

角度調節模塊的連接穩定性對于準確的局部放電監測至關重要。角度調節模塊的連接點應設計得牢固，以防止在操作或檢測過程中出現意外移位或松動?？紤]到電力設備通常在運行中會受到振動和風險的影響，模塊的設計應具備抗振動和抗風險的特性，以保持連接的穩定性。模塊應包括可靠的鎖定機制，以確保一旦達到所需角度，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備上方操控角度調節模塊，模塊的設計應追求輕量化，以降低操作人員的負擔。同時，材質選擇也應考慮到強度和耐用性，以確保模塊在長期使用中不會受到損壞或變形。

2.4 夾緊模塊設計

夾緊模塊在特高頻傳感器的固定和釋放過程中發揮著重要作用，其設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是確保外置特高頻傳感器被牢固地夾緊在需監測的位置上。夾緊模塊應具備可調節的夾緊力，以適應不同監測場景和傳感器類型的需求。這允許操作人員根據具體情況調整夾緊力，確保傳感器的穩定固定。夾緊力應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壓力不均勻的情況。這可通過合適的夾緊表面設計和材質選擇來實現?？紤]到傳感器是敏感設備，夾緊模塊的設計應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，夾緊模塊的設計應追求快速的固定和釋放機制。夾緊模塊的設計應允許操作人員使用簡單的一鍵鎖定機制，以迅速夾緊傳感器，而無需復雜的步驟或工具?？焖俟潭C制應具備高可靠性，確保一旦鎖定，傳感器不會在監測過程中意外移動或松動。同樣重要的是，夾緊模塊的設計應提供輕松的釋放機制，以便在監測結束后快速拆卸傳感器。夾緊模塊應追求輕量化設計，以減輕操作人員的負擔，并確保方便攜帶。同時，材質選擇和制造工藝應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計的實施

為成功設計和實施用于外置特高頻傳感器的帶電檢測支撐桿，需按以下步驟進行詳細規劃和執行。

（1）要對現狀進行調研，以了解電力設備的類型、工作環境、監測需求和安全要求。這包括與電力公司、工程師和維護人員的溝通，以獲取關鍵信息。根據現狀調研結果，明確裝置需求和技術參數，包括帶電檢測支撐桿的長度、材質、可調角度、夾緊力等關鍵要點。還要考慮環境因素，如氣候條件和電力設備的高度。在確定需求和參數后，完善設計方案。這包括詳細的CAD 圖紙和3D 模型，以確保設計與實際制造相符。此階段還包括材料選擇、結構設計和安全性評估[3]。

（2）使用現代建模和仿真工具，進行帶電檢測支撐桿的建模和優化。這包括應力分析、負載分析和振動分析，以確保設計在不同工況下的穩定性和可靠性。一旦設計方案得到批準，開始制造帶電檢測支撐桿的零部件。制造完成后，在現場選擇適當地點進行測試，模擬實際使用情況。測試包括夾緊力的準確性、角度調節的可靠性及帶電操作的安全性。整個項目過程要嚴格按照電力安全規程執行，這包括帶電操作的培訓和程序，以確保人員安全。提供必要的防護裝備，并確保符合相關標準和法規。一旦帶電檢測支撐桿被成功制造并通過測試，須進行項目驗收。驗收包括性能測試和安全評估。項目成功后，對所有相關資料進行歸檔，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計創新點

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計中，伸縮絕緣桿的引入帶來了顯著的創新。傳統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備[4]。

伸縮絕緣桿的設計還極大地提高了使用的便捷性和速度。當需進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，而無需耗費時間和精力爬升或搭建臨時支撐結構，這對于高空或難以到達的位置尤其有益。

4.2 角度調節模塊的多功能性

角度調節模塊是多功能性裝置的核心組件之一。該模塊經過精心設計，具有廣泛的應用潛力。其主要功能是實現裝置的角度調整，使其適用于不同的工作場景。角度調節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整變得直觀且易操作，提高了使用的便捷性。模塊內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。這一功能對于復雜角度的檢測至關重要，確保了準確性和穩定性。

特高頻傳感器與角度調節器實現了同步動作，這意味著當角度調整時，傳感器會實時跟隨，保持正確的位置。這種同步性有助于避免誤差，提高了數據的準確性。角度調節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雜的設備上，還是在位置狹窄的環境中，都可輕松進行檢測。這種多功能性使得裝置在各種工作場景中都能發揮作用。

5 用于外置特高頻傳感器的帶電檢測支撐桿設計解決的主要問題

在電力設備中，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。電力設備的絕緣結構可能需在各種不同的角度進行檢測。支撐桿的靈活性和可調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，確保了檢測的準確性。

絕緣件周圍的空間通常相當有限，使得傳感器的放置變得復雜。支撐桿的設計考慮到了這一點，使得傳感器可在狹窄的空間內安裝，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險。

6 結束語

通過本項目的設計，成功研發了一種用于外置特高頻傳感器的帶電檢測支撐桿，解決了電力設備局部放電檢測中的諸多挑戰。這項創新性工程不僅提高了檢測效率，還增強了電力系統的安全性和可靠性。未來，期待這一設計能夠廣泛應用于電力行業，為維護電力設備的正常運行貢獻力量。