7月14日，在新疆电网迎峰度夏保供关键期，一则喜讯传来：国网新疆电科院杨定乾团队研发的《油浸式变压器类设备绝缘状态的宽频域感知技术及工程应用》项目，摘得2024年度自治区科学技术一等奖。目前，这项突破性技术已在±1100千伏昌吉换流站等28座枢纽变电站规模化应用，为疆电外送大动脉安全运行提供了关键技术支撑。
作为国家“三基地一通道”，新疆的电网安全稳定运行，直接关系着国家能源安全、“双碳”目标落地及新型电力系统构建。在这片广袤的土地上，超特高压电网犹如一条钢铁动脉横贯天山南北，而油浸纸绝缘设备则是保障这条动脉安全运行的“神经元”。
油浸纸绝缘设备是以绝缘油和绝缘纸为核心绝缘介质的电力设备总称，涵盖变压器、电抗器、套管、互感器等，是电力系统电压变换、能量传输的核心装备。通俗来说，这类设备就像电网中的“智能能源枢纽”：当高压电从远方输电线路抵达，变压器先完成“降压拆包”，再将电力精准配送给工厂、商场、居民区，全程守护电力传输的安全稳定。
极端环境下的运维“拦路虎”
新疆是我国气象灾害较严重的地区之一，灾害种类多、范围广、频率高、突发性强，对电网安全稳定运行和全国保供电影响深远。其特殊的地理环境与极端天气，给油浸纸绝缘设备运维带来了前所未有的挑战。
极低温环境下的仓促安装、大温差环境的长期存放、新能源发电“昼发夜歇” 的大负载波动，让新老设备绝缘受潮、老化、潜伏性缺陷累积问题愈发突出。数据显示，新疆地区油浸纸绝缘设备的受潮缺陷占比高达20%。更严峻的是，受潮劣化缺陷在极低温与大温差交替作用下，如何演变为放电击穿故障的机理长期不明确，给设备安全运行埋下隐患。
2018年冬季，±1100千伏昌吉换流站处于设备安装关键期，极寒天气下，进口检测仪器因缺乏－40℃至10℃的绝缘状态数据库，无法检测设备绝缘状态，直到次年春天环境温度回升至18℃，才用进口设备检测并确诊为受潮缺陷。此次事件暴露了极低温环境下的状态感知盲区，现有检测仪器难以满足寒冷地区冬季设备安装阶段的绝缘检测需求。
同时，设备缺陷定位也困扰着运维人员。变压器、电抗器在运输、安装过程中常处于未注油状态，传统频域介电响应技术无法准确定位缺陷。曾有60多台设备投运后陆续出现油中氢气升高现象，追溯发现均为安装阶段受潮所致，但此时处置窗口已从安装期的1个月缩短至带电运行后的8天，不仅增加了抢修难度，更带来了安全风险。
传统检测手段的局限性在特殊环境下被进一步放大。油中溶解氢气异常率高达20%，部分设备甚至达到百万分之8000的浓度，但油中水分、介质损耗等参量异常率却接近0%，这种“单参量异常”让传统诊断方法失效。±1100千伏昌吉换流站内的工频电场是国家标准的6倍，铁心夹件引下线处的电晕脉冲幅值远超设备内部放电脉冲，现有技术无法有效分离干扰信号，导致放电状态感知如同“雾里看花”。
此外，在新疆750千伏变电站中，套管、互感器等少油设备的电容量仅约600皮法拉，是大型充油设备的2%，其响应电流微弱到极易被电晕干扰淹没。而在绝缘恢复领域，传统定温、定时热油循环工艺在新疆效果不佳，部分设备经多轮处理仍无法达标，面临报废，单台变压器损失即达数千万元。这些难题不仅威胁电网安全，更制约新疆新能源大规模并网消纳，成为能源战略落地的关键制约因素。
产学研协同啃下“硬骨头”
面对严峻挑战，国网新疆电科院牵头，联合西安交通大学、特变电工股份有限公司等单位组建“产、学、研、用”攻关团队，依托国家高技术研究发展计划、国家杰出青年基金等项目，围绕四大核心方向展开攻坚，从机理研究到技术研发，从装备制造到工程应用，构建起全链条创新体系。
团队首先瞄准绝缘劣化的机理难题。2018年，针对新疆极低温、大温差特点，团队搭建起“材料—模型—实物”全方位实验平台，模拟真实设备的缺陷状态。从2018年到2020年，持续两年开展劣化特性观测，对500多个油浸纸劣化样品在-40℃至150℃超宽温度范围内进行热循环试验，获取了4000组涵盖频域介电、微观形貌、聚合度等指标的关键数据。
研究首次揭示了“水分—纤维素冻融效应”：受潮绝缘纸在-40℃极低温下会形成冰晶体，物理破坏纤维结构；温度回升后，水分迁移进一步加剧老化。通过分子动力学与量子化学融合的多尺度模拟，团队实现了电荷输运的原子级分辨率仿真，建立起双能级陷阱和非线性介电响应模型，构建的宽温域（-40℃~130℃）介电谱数据库，为绝缘诊断提供了“标准病历本”。
为解决设备状态感知难题，团队创造性地提出宽频域介电响应技术体系。2021年，针对低温检测盲区，研发出覆盖0.1毫赫兹～1千赫兹的超低频介电谱测试技术，输出电压达400伏（峰值），测试时间缩短至24分钟，补全了-40℃至10℃的低温数据库，让极寒环境下的绝缘检测从“不可能”变成了“可能”。
2022年，在高频段，团队研发的1吉赫兹～6吉赫兹高频微带谐振介电谱技术，将含水量测试误差控制在4.7%以内，实现了变压器局部受潮的精准“定位”。而10太赫兹～38太赫兹近红外光谱分析技术，通过500多个不同老化程度的绝缘纸样品建立模型，使老化状态诊断准确度超85%，就像给设备绝缘装上了“CT扫描仪”。
这些技术突破了传统单一频段的局限，通过宽频域信号分析，能捕捉不同劣化阶段的特征“指纹”：低频段反映受潮或裂纹，高频段对应局部放电，光频段揭示材料老化。这种“全频段覆盖”的感知能力，比传统方法提前2～3年发现潜伏性缺陷，为故障预警赢得了宝贵时间。
2023年，针对强干扰难题，团队研发出工频介损—高频局放在线监测系统（50赫兹~30兆赫兹），采用穿心式一体化传感器，彻底解决了传统传感器的浮地风险。首创的时频域累积能量函数分离技术，能从强干扰中“拎出”微弱的设备内部放电信号，定位精度达9.8厘米，识别准确率86.5%，远超同类产品。
特高频局部放电带电巡检系统（300兆赫兹~2吉赫兹）则通过优化天线阵列和算法，实现了变电站站域放电信号的快速定位。在新疆28座变电站应用中，成功预警多起内部放电缺陷，让超特高压设备故障率大幅下降。
为解决未注油状态下的检测难题，团队联合西安交通大学研发出便携式表贴型传感器。2024年投入使用后，可直接检测绝缘纸含水量，在设备运输、安装阶段就能发现受潮缺陷，将隐患消除在投运前，使缺陷处置时间从8天延长至1个月以上，大幅减轻了抢修压力。
在绝缘性能提升方面，团队提出的微/纳米纤维素改性技术堪称绝缘纸的“强身健体”方案。通过“砖—泥”混合结构优化，绝缘纸拉伸强度提升37.7%，击穿场强提升17%，且绿色环保。2023年应用的智能干燥工艺，通过在线频域介电谱实时监测，将变压器一次干燥合格率从85.3%提升至97.5%，单台设备节约处理成本超百万元。
针对老旧设备，团队建立“评估—调控—恢复—再评估”标准化流程，累计开展544次绝缘恢复，让多台濒临退役的设备重获新生，延长寿命15年以上，创造直接经济效益超10亿元。
创新成果从新疆走向全国
从2018年启动研究到2024年取得阶段性成果，团队的技术经历了三次重要迭代：2020年完成低温数据库补全，解决极寒环境使用问题；2022年优化抗干扰算法，适应强电晕环境；2024年推出便携式装备，满足现场快速检测需求。每一次迭代都源于工程实践的痛点，每一项优化都直指现场难题。
相关技术在新疆昌吉、天山等换流站应用后，2022年至今未再发生变压器设备损伤恶性事故，每年多送电量5.23亿千瓦时，增收过网费1305.76万元，减少二氧化碳排放1200万吨。在全国范围内，技术应用累计避免直接经济损失超50亿元，为新能源大规模并网提供了坚实的设备安全保障。
系列成果也形成了丰硕的知识产权：研制国产化装备11套，包括超低频介电谱测试仪、特高频巡检仪等，性能全面超越进口产品；制定标准13项，其中1项宽频域介电响应测量国际标准，让我国在该领域拥有了国际话语权；授权发明专利88项，彻底打破国外技术垄断，实现了宽频域绝缘状态感知的完全自主化。
如今，这项从新疆诞生的技术已走向全国。自2010年首次应用于国家电网系统以来，已覆盖国家电网、南方电网的17个省级电网公司，新疆成为首个规模化应用的地区。2019年至今，技术持续迭代升级，成为全国油浸纸绝缘设备缺陷诊断的首选技术。
从昌吉换流站的极寒清晨到五彩湾变电站的风沙现场，从实验室的精密测试到变电站的带电巡检，这支攻关团队用十年磨一剑的坚守，破解了极端环境下电力设备绝缘的世界难题。宽频域感知技术的突破，不仅是我国电力装备技术从跟跑到领跑的生动缩影，更彰显了“产、学、研、用”协同创新的强大力量。
油浸纸绝缘设备的平稳运行，背后是国网新疆电力人对技术创新的执着追求，对能源安全的责任担当。随着新型电力系统加速构建，这项技术将继续守护能源大动脉，为我国绿色低碳转型和“双碳”目标实现提供坚实保障，书写新时代能源革命的精彩篇章。
（中国日报记者毛卫华｜李匀）
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