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湿陷性黄土广泛分布于中国西北地区，其强烈的结构性、水敏性、溃散性使得湿陷性黄土基坑工程遇水极易引发灾变，主要表现为增湿导致的过度变形(如鼓胀、沉降、拉裂、坍塌、滑塌等)、渗流引发的黄土内部破坏(管涌、流土等)以及引起基坑周边建筑物变形过大等问题。水是引发基坑开挖工程问题的主要诱因，近年来，在全球气候变化背景下，黄土高原地区极端降水事件频发；另一方面，随着地下水开采的严格管制，黄土层地下水位大幅度抬升，例如西安市南二环地下水位埋深仅5～6米。在此背景下，湿陷性黄土基坑的灾变风险持续增大。随着西部大开发战略、“一带一路”倡议等的深入实施，城市化进程和地下空间开发的快速推进，如何保障基坑工程安全已成为基础设施建设的关键挑战。 由于黄土特殊的地质成因及力学特性，湿陷性黄土基坑工程及灾害防控面临理论与技术的双重瓶颈，亟待突破三大核心问题：在灾变机制方面，基坑开挖与增湿如何影响非饱和黄土的结构演化与力学响应?在开挖-降水耦合作用下，黄土的长时效变形发展规律与失稳机制是什么?在风险评估方面，参数准确获取及其不确定性表征是基坑灾变风险评估的基础，如何高效、精准地获取黄土力学与水文关键参数?如何量化灾变因子的不确定性以更加准确评估灾变风险，进一步指导支护设计?在支护技术方面，支护结构设计与变形控制是保障基坑安全的关键环节，如何合理选取湿陷性黄土的破坏准则，并基于土拱效应创新支护桩设计?如何利用非饱和状态下黄土的强结构性和高强度特性发展微变形控制技术，并结合饱和软黄土渗透影响范围与变形时间效应，创新降水支护与快速堵漏方法? 针对上述关键科学技术问题，该项目依托陕西建工集团-西安交通大学联合战略协议重大横向课题、陕西省重点研发计划以及多项重点工程项目，开展了系统研究与广泛工程实践，形成了湿陷性黄土基坑灾变理论与防治关键技术研究成果。基于该成果主编标准规范3部，授权发明专利16项、新型实用专利10项，形成省级工法6项，发表学术论文68篇，其中SCI期刊论文40余篇，出版专著1部，有效推动了湿陷性黄土基坑工程设计向科学化、智能化方向迈进。该项目成果以湿陷性黄土基坑“灾变机制-风险评估-支护技术”为研究主线，逻辑层次清晰、内容贯通，层层递进。主要创新点与成果简述如下： 创新点一：查明了开挖方式、水分场变化、水力路径对黄土强度的影响规律，阐明了基坑单侧卸荷和降水作用下黄土变形的时间效应，建立了基于应变功的结构性黄土本构模型，实现了复杂水力路径下基坑的变形预测，揭示了多因素耦合作用下湿陷性黄土基坑灾变机制。 创新点二：发明了黄土力学与渗透特性系列测试仪器，实现了基坑设计参数的准确获取，系统查明了基坑不同破坏模式下的主要灾变因子，提出了灾变因子不确定性的定量表征方法，研发了基坑服役期的智能监测预警一体化技术，建立了湿陷性黄土基坑灾害风险评估体系。 创新点三：提出了基于土体-结构耦合作用的基坑“主动协同”支护创新设计方法，研发了“中挖外留+快速支撑”的基坑微变形控制技术，创新了“悬挂式止水帷幕+锚索孔快速封堵”的基坑降水支护技术，形成了基于“时空序控”的饱和软黄土地层旋挖硬切割咬合桩施工关键技术。 该项目围绕湿陷性黄土基坑工程与灾害防控需求，形成了“灾变机制-风险评估-支护技术”系统体系，部分相关成果获得中国交通运输协会科技进步一等奖、陕西高等学校科学技术研究优秀成果一等奖、陕西省土木建筑学会科学技术一等奖、茅以升岩土工程技术创新奖等。陕西省土木建筑学会组织权威专家组成鉴定委员会，一致认为“复杂水力路径作用下黄土基坑灾变理论和基于土拱效应的支护技术达到国际领先水平”。陕西建工集团股份有限公司作为第一完成单位，自1950年成立以来承建了大量黄土基坑工程，在基坑支护设计与施工方面具有显著优势；西安交通大学在黄土灾变理论研究方面具有深厚积累；中铁第一勘察设计院集团有限公司与中联西北工程设计研究院有限公司等则在工程设计领域各具专长。各完成单位优势互补，整合优势资源，共同推动了湿陷性黄土基坑灾变理论与防治关键技术的形成。 项目成果已经在50余项重大工程进行了成功应用，其中包括“西安市第九医院改扩建项目”、“空港幸福里住宅工程”及“国家电网西安城南330kV地下变电站”等典型案例。其中第九医院项目位于饱和软黄土区，邻近既有医院建筑与市政管线，极易诱发不均匀沉降，对基坑变形控制与渗流半径约束要求严苛；空港幸福里项目处于居住密集区，周边道路、管线与在用建筑高度重叠，需在夜间噪声与振动双限值下实施低扰动施工；城南330kV地下变电站作为国内首座深埋型超高压电站且位于核心城区，项目红线约束严、地下水控制要求高。成果应用在上述条件极其复杂、施工约束严苛的工程中，有效保障了基坑开挖安全，显著缩短了施工工期，并大幅降低了湿陷性黄土基坑对周边环境的不利影响，对湿陷性黄土地区城市基坑工程的安全管控与绿色高效建造起到了重要示范作用，取得显著的经济、社会与环境效益，具有重要的推广与应用价值。

项目属于动力与电气科学技术-电气工程的技术领域。 隔离开关易因氧化腐蚀、脏污堆积等因素造成导流部件发热、瓷瓶污闪。据统计，近5年来福建省内10kV及以上隔离开关发热缺陷累计2666条，年均533条，且呈现逐年递增趋势。为保证电网供电质量及可靠性，停电检修已成为难以实现的处置措施，但带电处理存在以下问题： （1）触头打磨深度不一，易导致镀银层受损，且无法全面可控打磨； （2）接线板螺栓紧固需多人配合，紧固力矩不足且耗时费力； （3）现场操作空间受限而无法加装引流线； （4）带电工具无法全面清扫瓷瓶，设备笨重、适用设备型号单一。对于达到大修年限或运行故障的隔离开关，应安排停电检修或更换，但存在以下难题： （1）拆装流程反复冗长，解体效率低下； （2）机构箱先塞物固定、后人为修正难以满足规定安装精度； （3）吊装常需母线陪停； （4）高空作业可选用的安全带悬挂点少，装置重量重、拆装效率低、场景适用性差。 项目提出了带电场景下触头无损清洗技术及螺栓紧固、引流罩加装和瓷瓶清扫装置，以及停电场景下拆装辅助工具和安全辅助器具，建立了隔离开关无损高效检修体系,取得了如下创新成果： 1.针对隔离开关带电清洗的问题，提出了一种恒定输出线扫描激光无损带电清洗技术，显著减少了作业时长，提高了隔离开关异常发热处理的效率。 2.研制了一种轻质、气动、环抱式瓷瓶清扫装置，可实现多档位强度和360°清扫，减少了作业人员数量和工作强度，显著提升了单柱瓷瓶清扫效率。 3.研制了一种带电作业用具有遥控和视频辅助校准功能的螺栓紧固装置，以及一种用于引线线夹发热带电处理的引流罩，解决了螺栓紧固力矩控制和引流夹发热带电处理的问题。 4.研制了触头定位夹具、复位弹簧拆装夹具等系列工具，提高了隔离开关停电检修效率及安全性。 项目授权发明专利10项、实用新型专利18项，发表论文5篇。 项目成果的技术经济指标如下： 1.激光清洗距离≤10m，单个触头清洗时间≤1分钟。 2.单柱瓷瓶带电清扫时间≤3分钟。 3.单颗导电回路螺栓紧固时间≤1分钟。 4.单个线夹引流罩加装时间≤20分钟。 5.单组隔离开关解体大修时间减少1.5小时。 项目成果已在福建、安徽等地变电站应用，带电检修装置可实现隔离开关异常发热、瓷瓶污闪的即时消缺；装置轻量化、紧凑化，大幅降低了检修人员的劳动强度，有效规避了高风险作业可能引发的人身触电事故。 项目成果近三年可减少非计划停电时间1868小时，供电量增加2635万千瓦时，检修作业开支减少10686.07万元；隔离开关消缺效率提升70倍，节省人力50%，装置安全轻便、通用性强、清洗效果好，有利于保障电网的安全稳定运行。与国外相比，中国激光清洗设备制造技术大多停留在实验室阶段，项目研发成果在短时间内实用化，这对推动中国激光清洗设备制造技术的发展及激光清洗技术应用覆盖率的提升具有重要意义。 项目成果获得高度评价，“总体技术达到国际先进水平”。

1.项目主要科技内容： 西北地区特高压、超高压规模大，设备运行环境恶劣，存在高海拔、高温差及大风沙等特殊运行工况，压接金具在长期大温差及大风舞动工况下易于产生内部隐蔽缺陷，常态化运维手段无法有效发现此类缺陷，一旦发生压接金具失效断裂，销钉缺失导致的掉线事故，轻则单条线路退出运行重则影响输电断面；西北地区电网还承担着清洁能源消纳和交直流外送的重要任务，一旦重要输电断面、枢纽变电站、关键设备发生故障，对网架结构的稳定产生重要影响。该项目针对西北地区架空输电线路运行特点，提出采用无人机平台+微型X射线技术以提高缺陷检出率，倒挂式带电补销机器人提高缺陷带电消除率。围绕以上两种现场检测检修新方法的关键技术，该项目开展了智能机器人及无人机磁场抗扰度技术研究、金具图像处理识别及远程主控图传系统技术研究、无人机搭载智能机器人投送方法研究、6轴机械臂运动轨迹程序算法技术研究、故障点快速定位与内部构件可视化等五方面原创性研究。 (1)“无人机-机器人协同”智能检修检测系统总体架构。 “无人机-机器人协同”修检测系统系统包含三大部分：无人机及机载计算平台、检修检测机器人和无人机机场地面站操控系统。无人机机载计算平台基于GPU的高性能前端计算分析在作业过程中实时识别对象。无人机机场内置多组电池，可进行充电或自动更换电池，可以实现对无人机自动回收、野外存放、能源补给。地面站操控系统对巡检任务、无人机飞行作业、机器人检测检修状态及被检测设备缺陷情况进行实时监视和管控，实现巡检数据闭环化管理。 (2)关键核心技术。 该方案包括3个核心技术：无人机在强电磁环境下的精准定位和强电磁环境下机器人精准作业。 1)无人机强电磁环境下的精准定位。 无人机在强电磁环境下实现精准作业，采用基于深度卷积神经网络的YOLOV3算法，对网络参数和结构进行适应性的改进，用图像识别的定位技术识别待检测金具标志，通过对采集的摄像头图像进行实时分析识别，计算出无人机当前的相对位置，并使无人机自动调整飞行姿态和角度，从而精准地定位在标志物上。 2)强电磁环境下机器人精准作业。 全机体CNC等电势隔离屏蔽信号发生技术，首创无人机及机器人接触式带电停靠在输电线路技术，在电磁干扰、等电位技术上进行关键性技术突破。关节仿身远控机械臂无延迟高精度联动技术，从机械臂实战应用的实际出发，结合当下最先进双臂具身技术，可操作性得到极大提升。利用可收缩的顶轮机构给驱动轮施加接触面压强，该技术有效保证了防坠及大角度爬行。主控体横向平移装置智能识别水平度调节姿态技术，全自动智能系统让机器人在作业过程中始终保持水平状态。 3)可视化检测报告自动生成，检测结果一目了然。 基于电气设备隐患的分析结果，结合标准的巡检报告模板，自动生成巡检报告，支持一键导出，减少大量的巡检报告人工编写工作，使得巡检结果标准化。同时可在管控平台中可视化查看本次巡检发现的隐患，使得巡检结果一目了然。 2.授权知识产权情况： 授权发明专利《一种电力线路巡检用多旋翼飞行器》1项，实用新型专利《一种用于输电线路的自动化补销装置》等6项，软件著作权《智能无人机巡检巡查后数据处理平台V1.0》等4项，核心期刊论文《基于无人机巡检的极端环境架空输电线路缺陷检测系统》等3篇。 3.应用推广情况： 陕西公司输电基建项目验收、输电线路带电消缺等50余个场所试点应用，实现了750千伏六分裂导线带电无损探伤、110千伏及35千伏输电线路R型销钉缺陷消缺等电力检修检测任务。实现了真正的“不停电”检测检修，减少人力成本。提高了操作的安全性，通过无人机搭载X光检测装置及带电检修机器人，消除了作业人员高处带电作业的风险，从而减少了安全事故的发生。通过无人机作业准备时间短，检测准备时间短，分析报告当场出具提高了作业效率。提高巡检精细化程度，弥补了传统运维巡视手段无法有效发现隐蔽缺陷的短板。

基于虚拟现实的变电仿真培训系统通过仿真电网、装置的运行状况，逼真地模拟典型操作、各种异常和故障，对提高变电运行人员的操作技能、锻炼事故处理能力、演练事故预案有重要意义。系统综合采用了虚拟样机、组态建模与分布式仿真等技术，实现了变电站一、二次设备的全数字仿真，为电力系统仿真培训提供了全新平台。 技术指标：（1）基于虚拟现实技术的三维人机界面，场景逼真，沉浸感强，实现了虚拟设备操作、异常效果表现、故障处理模拟、支持数据手套、立体视觉头盔显示器、多通道投影、体感跟踪设备等多模式人机交互接口。（2）采用HLA分布交互式仿真协议，支持地区电网联合仿真。（3）支持多种仿真体系结构，与北京电科院、南瑞、四方、许继等多家厂商的综自、监控、仿真系统无缝集成，支持IEC61970标准和实时SCADA数据。（4）已实际应用于特高压（1000kV）、超高压（500kV）、220kV及以下站的详细仿真。

六氟化硫(SF6)是一种无毒、无味、无色、无嗅、非可燃的合成气体，具有一般电介质不可比拟的绝缘特性和灭弧能力，广泛应用于全世界电力行业中的高压断路器及变电设备中，几乎成为高压、超高压断路器和GIS中唯一的绝缘和灭弧介质。SF6气体的密度、湿度两项物理指标可以代表SF6气体的绝缘和灭弧性能，因此国家电力公司运行规程强制规定：在设备投运前和运行中，都必须对SF。气体的密度、湿度进行定期检测。 运行的绝大部分高压GS设备的压力还主要是采用传统度继电器，当SF6电气产品发生漏气时能发出报警及闭锁接点信号，是一种被动保护，无法提前反映设备隐患和事先预防，如气体发生泄漏，直接会污染环境，如设备在相对密封的环境中，还可能造成人身伤害。而绝大行检测，不具有实时性。该设备对SF电气设备状态在线综合监测，当SF电气设备内SF气体泄漏时，能及时发出报警信号并记录实时状态曲线。数据信息通过IEC61850或IEC104协议发送到上位端，实现远程在线监视电气设备的温度状态及密度(压力)状态，从而实现对电气设备漏气监测、监控，满足电力输配电网自动化和设备状态检修的需要，对提高系统的安全运行和运行管理水平，开展预期诊断和趋势分析，减少无计划停电检修具有现实意义。 项目主要应用于充有六氟化硫气体的变电设备在线监测及故障诊断。 技术特点： (1)电气机械感传一体化全集成设计，采用STm32L系列低功耗MCU和无线LoRaWAN通信，通过锂电池+超级电容复合供电方式，并结合超低功耗电源管理策略，整体功耗达到uA级别。对于LoRaWAN无线传感器在无线发送时存在峰值功率的特性，创新性地研发了无线传感器的锂电池+超级电容的混合供电方式,并利用微处理器对LORaWAN无线节点的收发数据进行动态调控及管理，以此作为无线节点能耗动态管理的依据，并利用动态调制调节方式来对各个LoRaWAN无线节点进行能耗综合调配和管理，使得单个LoRaWAN无线节点的功耗达到uA级别，极大地减小了整个监测系统的耗电，并使得电源体积更小更安全。采用抗腐蚀三重密封气室的精密结构，将高集成度的传感器单元和高精度uV级数据采集分析处理单元集成，方便安装。并开发了基于物联网的SF气体密度传感器在线校准方法及装置，依据DL/T596-2015,采用32位高速ARM为核心的测控校准系统，不仅满足远程传输数据的需要，还可以现场校准SF。压力表和密度计，实现温度自补偿的在线校准。新型的SF气体采样机械接头，解决在无泄露的情况下对SF6气体的在线采样，同时不破坏本体结构，还可对本体直接补气。 (2)六氟化硫气体密度继电器的智能AI图像算法、自动识别机械表计值及告警值。基于AI图像识别的在线自动校准。通过智能数据拟合补偿算法，可更精确测量SF6密度。相比现有技术，该项目产品采用多个监测模块，并将监测模块设置在盆式绝缘子下端，气体绝缘变电站的每一个间隔，用不通气的盆式绝缘子(气隔绝缘子)划分为若干个独立的SF气室，保证人员安全，提高监测准确度;自动匹配空调控制模块用于调节室内的温度状态，使电力设备在一个稳定的环境中工作。该控制单元可以自适应现场不同类型的空调设备，根据系统设定温度值，自动启停控制空调设备：室内除湿模块用于调节室内的湿度状态，高压带电设备的运行对环境湿度要求特别高。因此当室内湿度值过高，超过设定湿度值时，系统会自动启动除湿装置，对环境湿度进行调控;移动设备实时监控模块，设置在移动设备，方便用户在移动设备上查看远端室内的各环境量状态，并可一键控制风机控制系统、自动匹配空调单元、室内除湿系统。此外，项目以AI图像识别算法为基础动态识别人体轮廓，并融合多传感器检测信息实时探测人员和装置活动，以SE气室及密度在线监测装置图像的分形特征为基础，并结合随机森林法进行目标及异常情况的准确快速识别，一有异常情况发生，监测系统即使通知控制中心，并采取对应安全措施，保障人员和设备安全。 (3)温度自补偿型SF6气体密度传感器，SF6作为一种惰性气体绝缘介质，温度对其密度的影响十分显著。研发了温度自补偿型SF6气体密度传感器，压力传感器结合温度补偿密度算法，精确监测及分析补偿SF6气体密度变化。利用机器概率模型学习，对温度自补偿SF6气体密度传感器实现在线补偿，并提出基于协同训练的支持向量多元回归算法，泛化能力保证的情况下提高辨识精度，精确监测及分析补偿SF6气体密度变化。 经过产品的试制，产品通过了型式试验和用户试运行。该产品的设计结构先进、合理，性能和技术参数符合有关标准、产品技术条件及技术任务书的要求;产品的设计图样和技术文件齐全、完整、内容正确、统一，审批手续完整，符合有关标准的规定;该产品的工艺装备和出厂试验设备，基本上适应批量生产的要求。

该项目属于电气工程学科的绝缘技术领域。 特高压直流输电工程是我国能源输送的重要通道，也是新能源电网建设的重点，对实现我国“双碳”战略目标具有重大意义。特高压换流变压器是特高压直流输电工程中的核心主设备之一，成本约占整个工程的25.4%，其设计制造和运维水平决定了电网运行安全。特高压换流变压器绝缘系统直流、谐波叠加及暂态过电压等电磁工况复杂，长时承受电、热、机等多物理场综合作用，电磁暂态分析、复杂工况绝缘设计及运行风险评估是特高压换流变压器绝缘系统运行安全面临的三大难题，同时也是特高压换流变压器设计、制造和运维国际竞争的制高点。 该项目从特高压换流变压器及其系统的电磁暂态特性与机理、电磁暂态及复合电场下绝缘系统设计理论与技术、运行风险评估方法及体系三方面开展产学研用联合攻关，系统解决了上述技术难题，项目成果在特高压换流变压器设计、制造及运维中得到广泛工程应用。主要创新如下： (1)揭示了特高压换流变压器及其组成系统的电磁暂态特性及机理。发明了非接触式全光学宽频暂态过电压测最与信号解耦方法，获得了特高压换流变压器及其组成系统端口过电杻时域和频域特性；揭示了铁芯非线性对特高扭换流变压器及其组成系统宽频电磁暂态特性的影响规律，建立了全尺寸绕组宽频带非线性有损网络模型，提出了计算高频振荡过电压的绕组多网孔分析方法，开发了全波反向递进高效求解算法，揭示了特高压换流变压器绕组内部电磁暂态电位时空分布规律。解决了特高压换流变压器及其组成系统端口过电压准确测量及绕组暂态分布电位精确计算的难题，计算结果与实测结果吻合度高于95%，实现了特高压换流变压器及其组成系统暂态过电压分析由规制到定制的转变。 (2)提出了复合电场及电-热-机综合作用下换流变压器绝缘设计理论及技术。获得了复合电场作用下油纸绝缘空间电荷特性，揭示了暂态过电压和复合电场作用下油纸绝缘空间电荷调制击穿机理；揭示了电-热-机综合作用下油纸绝缘老化特性，提出了油纸绝缘累积老化动力学模型和剩余寿命预测方法，确立了特高压换流变压器油纸绝缘许用场强（23.4kV/mm)；解决了暂态过电压、复合电场和电-热-机综合作用下特高压换流变压器绝缘系统绝缘特性不明的难题，建立了特高伍换流变压器绝缘系统设计方法，设计了出线端口、绕组、角环及油道等绝缘结构，绕组饼数降低6%，绝缘裕度提升15%，实现了特高压换流变压器绝缘设计由估算到精准的跨越。 (3)建立了特高压换流变压器运行风险动态量化评估方法及体系。揭示了暂态过电压、复合电场和电-热-机综合作用下特高压换流变压器绝缘系统缺陷形成和演变特性，得到了特高压换流变质器典型故障模式和特征参量的对应关系，提出了多因素综合作用的系统-设备-组件多层级故障概率计算方法；统计得到了换流变压器部件故障发生频次，提出了案例统计和迭代优化的动态权重分析方法，开发了特高压换流变器运行风险评估软件系统，解决了特高压换流变压器复杂运行工况和有限故障案例下的风险评佔难题，实现了特高压换流变压器关键部件的风险等级计算,判断准确率可达到95.6%。 项同申请发明专利14项，其中授权7项；取得软件著作权2项；参与制修订技术标准和规范5项，其中国际标准1项、国家标准1项、行业标准和团体标准3项，形成了特高压换流变压器绝缘系统运行安全自主技术体系；发表SCI论文31篇、EI论文29篇，发起并连续主办2017、2019、2021三届IEEEICEMPE国际会议，主办2016CMD，2018 IEEE ICPADM, 2021 CIGRE系列ISH国际会议，李盛涛担任大会主席、参会人数超2000人次，国际会议大会特邀报告15次。 经雷清泉院士任组长的鉴定委员会认定，项目整体达到国际领先水平。鉴定意见如下： (1)发明了特高压换流变压器暂态过电压监测的宽频、非接触式全光学传感器与解耦方法，提出了换流变压器宽频模型与饱和非线性并联的耦合方法及绕组有损网络统一模型，揭示了特高压换流变压器端口过电压特征统计规律及绕组内部电磁暂态电位时空分布规律。（2)揭示了热-电-机综合作用下油纸绝缘老化特性，提出了多因素作用的油纸绝缘老化无损最化评估和计及油纸绝缘累积劣化的剩余寿命预测方法，攻克了电-热-机复杂工况下特高压换流变压器油纸绝缘老化评估的难题。（3)建立了特高压换流变压器故障发展过程特征参量的演化关联模型与多层级风险评估指标体系，提出了基于油纸绝缘多因素综合作用的故障概率计算方法及权重修正的优化方法，研发了换流变压器风险评估软件系统，实现了特高压换流变压器运行风险的动态预警与科学评价。 项目成果显著提升了特高压换流变压器设计、制造和运维水平，经中国机械工业联合会鉴定认为研制的特高压换流变压器处国际领先水平。产品应用在陕北-武汉±800kV特高压直流输电工程、乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程、雅中-江西特高压直流工程、±800kV云广直流工程、闵粤联网工程、国网川藏联网工程等多个国家重大工程的换流站/变电站中。生产的±800kV换流变器产品出口至巴西、巴规斯坦等多个国家和地区，显著提升了我国重大电力装备制造的国际影响力和产品的竞争力，为全世界直流电力系统发展做出了重要贡献。 项目实施和成果应用为陕西省社会经济发展做出贡献。项目成果在西安西电变压器有限责任公司等在陕企业提质増效方面发挥显著作用，并推广至特变电工衡阳变压器有限公司、中国南方电网有限责任公司、国网四川省电力公司、国网江苏省电力有限公司、国网浙江省电力有限公司、国网湖北省电力有限公司、四川蜀能电科能源技术有限公司等企业。据不完全统计，近三年累计直接经济效益34.85亿元，新增利润5.86亿元，累计间接经济效益6.80亿元，经济效益显著。 为陕西省社会经济发展做出了贡献。培养博士、硕士21名，博上后2名，其中1人获陕西省优秀博士学位论文，12名博士和硕士分别在陕企业、高校、研究所工作，成为所在单位业务骨干；项目成果在中国西电集团、国网陕西省电力公司、特变电工西安电气科技有限公司等在陕企业推广应用，促进了陝西省社会经济发展。 项目成员1人当选中国电工技术学会首届会士，1人获陕西省青年科技新星，3人入选中国电机工程学会青年托举人才计划，1人获中国电力优秀靑年科技人才奖，形成了特高压换流变压器绝缘系统高水平研究开发和应用团队，持续引领特高压换流变压器绝缘系统安全运行理论和技术的发展。

电力系统输变电设备、列车动力电缆、核能系统、舰船通信设备和航空发动机组件等温度过高会造成热失控，导致火灾甚至爆炸等事故，因此温度管理是国家电力系统、铁路交通系统、核能系统、舰船系统以及航空航天系统中关键设备正常运行的重要保障，而温度的实时监测是温度管理的前提和依据。由于上述环境的高危险性和复杂性，高压、高辐射等复杂环境下的温度监测存在稳定性差、精度低等技术难题。代表该领域国际先进水平的美国Emerson和法国SENSeOR等公司采用了无源无线的方式进行实时温度监测，但在全空域温度监测中仍然存在稳定性差和测温误差大等不足，无法满足重大工程中高精度、高稳定性和多场景适配的需求，尽管如此还对中国实行技术封锁。 课题组面向国家电力系统、铁路交通系统、核能系统、舰船系统以及航空航天系统等重点重大工程高精度、高稳定性、宽适用范围温度监测的需求，构建了基于电磁波群时延感知的测温新体制，同时引入类SAR成像和高位置分辨率的热源定位技术，并在国家863计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金和GF科技创新项目等项目支持下，经过关键技术攻关，突破了复杂电磁环境下微弱传感信号难以全域稳定监测的核心技术瓶颈，构建了高危险环境下的“弱信号全空域高精度温度实时监测系统“，主要创新点如下： 1.提出了信号多维特征联合感知测温新方法，发明了类检测前跟踪技术以及快速KEYSTONE变换检测方法，研制了基于电磁辐射成像的温度实现监测系统，解决了复杂电磁环境中多传感节点弱信号难以精准获取的技术难题。 2.提出了全空域电磁收发设计方法，发明了按需赋形发射及全空域接收集成天线技术，解决了复杂环境下天线匹配恶化以及存在监测盲区的难题，提升了测温系统适应性，实现了复杂环境下的全空域高精度测温。 3.发明了基于多种温变材料和结构集成的温度传感器，实现了14Hz/℃到32kHz/℃的不同温度感知精度，将全空域测温误差范围从±2℃提升到±0.05℃、温度故障定位从厘米级提升到毫米级，实现了数量级的提升。 基于以上创新，课题组研制了中国第一套具有自主知识产权的用于超高压电网和铁路交通的温度实时监测系统。该项目申请了发明专利40余项，已授权20余项；参与制定国家/行业标准3项，企业标准12项；发表SCI论文40余篇；经陈鲸院士、罗先刚院士以及崔铁军院士等专家鉴定："整体技术处于国际先进水平，其中全空域测温指标处于国际领先水平"。相关成果在电网以及铁路领域已实现产业化，广泛应用于全国多个省市近1200个变电站以及多条地铁线路上，产生直接经济效益2.15亿元，间接经济效益11亿元，并在核能、舰船和航空航天等领域具有广泛应用前景，社会经济效益显著。

变压器是电力输送和分配系统的核心部件，广泛应用于机车、水力、火力和核能发电厂以及地下变电站、换流变电站、冶金冶炼、电解铝、工业炉窑等行业、规模超大的超高压和特高压输变电线路网、升压和降压站及大型工矿企业等场合。变压器运行会产生热量，散热不良会给变压器的安全运行带来隐患，大型变压器都安装了冷却器系统进行冷却。变压器冷却器都需要配置相应的控制系统以满足变压器运行的需求，主要采用两种形式的控制系统：(1)基于继电器-接触器的电气控制系统；(2)基于PLC的控制系统。由继电器-接触器构成的冷却器控制系统系统简单，但控制功能死板，控制逻辑难以修改，无法实现复杂的控制逻辑，不具备信息化功能。基于继电器-接触器的控制系统基本不再使用。基于PLC的控制系统由于采用软件来实现控制逻辑，故逻辑修改容易，可以实现相对较复杂的控制功能。但传统PLC无法直接连接物联网，以实现基于物联网的变压器冷却控制系统的高级功能和定制功能。 系统分为四层：感知层负责采集变压器冷却器的实时运行信息，包括开关量和模拟量；网络层采用NB-IoT技术提供的安全可靠连接，实现数据的交互与共享；服务管理层对大数据进行存储、分析和利用。可组态控制功能在线测试、模糊推理规则优化、冷却器性能评估与预警等创新核心业务也构建于服务管理层。综合应用层以Web、APP、微信小程序等方式实现控制系统的远程监视和管理。

避雷器是直流工程绝缘配合的基础，是主设备不可或缺的“护身符”，直流避雷器为主设备提供可靠保护的同时，自身应安全稳定运行，一旦故障将造成直流系统停运，对电网的安全构成巨大威胁。特高压直流系统故障能量大、持续时间长，对直流避雷器的通流能力、电压耐受能力要求更高，导致国内近年来发生了十余起直流避雷器故障事件，直流避雷器故障率高达500kV变电站避雷器的20倍，故障产品均为大容量、多柱并联直流避雷器，涉及国内外主流厂家，暴露了大容量直流避雷器在承受直流系统长波冲击下设计选型困难、生产控制大尺寸电阻片均一性的难度大、多柱并联避雷器一致性监测和评价方法缺失等行业难题。 该项目为解决直流避雷器故障频发，提高设备运行可靠性，从设备全生命周期管理出发，开展了以下研究工作： (1)全面调研统计国内外直流避雷器参数及运行工况，对典型故障案例开展对比分析，寻找共性问题及关键参数：通过仿真计算，获取避雷器电压、电流和能量等电气应力：搭建直流避雷器长波冲击试验平台，开展长波冲击特性试验研究，获取过电压、能量耐受能力与冲击时间的规律，提出避雷器参数设计方法。 (2)研究氧化铋粉料的形貌、料浆混合工艺和添加剂球磨工艺对电阻片均一性的影响，提出微观均一性调控方法，研制大尺寸高性能电阻片；开展电阻片筛选方法研究，有效筛除缺陷电阻片。 (3)开展多柱并联避雷器在线监测技术和一致性评价方法研究，研制微秒级无线同步在线监测系统，建立多柱并联避雷器状态评价与异常预警体系，并在实际工程中应用。 项目突破了多柱并联直流避雷器设计-生产-运维系列关键技术，取得以下创新成果： (1)首次揭示了直流避雷器极限冲击能量与长波持续时间的变化规律，获取了避雷器电压耐受时间特性，提出了科学有效的参数配置及试验方法，解决了大容量多柱并联直流避雷器设计选型难题。 (2)提出了氧空位和锌填隙两种点缺陷逆向调控方法，改善了电阻片微观均一性，成功研制了大尺寸高性能电阻片，能量密度提高1.25倍，提升了长波冲击能量耐受能力，应用于昌吉-古泉、滇西北、乌东德、陕北-武汉等工程直流避雷器，实现直流避雷器零故障零缺陷运行。 (3)研发了多柱并联避雷器微秒级同步无源无线监测系统，首次提出了基于避雷器动作电流波形相关性的一致性评价方法，应用于普洱站直流开关避雷器，实现了对多柱并联避雷器运行状态的有效监测和及时预警。 项目形成了大容量多柱并联直流避雷器“设计-生产-运维”全链条知识产权体系，实现了核心技术专利化、标准化，授权国际PCT发明专利3项、发明专利15项、实用新型专利7项，发表EI及核心期刊论文9篇，制/修订国标1项、企(团)标6项，出版著作2部，授权软件著作权1项。 项目成果已在国内高压直流工程中实现规模化应用，经济效益显著，近三年销售额近1.2亿元，上缴税收超1500万元，带动国内避雷器技术升级，提升了陕西省和国内避雷器行业制造水平。项目成果成功应用于菲律宾MVIP、土耳其VAN、智利Kimal等海外直流工程，出口创汇超5700万人民币，扩大了陕西省企业的国际影响力，对于推动中国“一带一路”战略和电工装备“走出去”具有重要意义。 项目通过了中国电机工程学会的成果鉴定，得到了以中国工程院院士邱爱慈为主任的鉴定委员会的认可，一致认为项目成果达到国际领先水平。

变电站作为电网的重要组成部分，其用地指标越来越多受到关注。伴随着经济高速发展，土地资源日趋紧张。变电站规模大、出线回路多，变电构架长度不断增加，常规布置方案均采取设置温度缝而不考虑温度作用，这样导致变电站用地面积增加、投资加大。因此，有必要对变电站的超长构架设计进行研究。 该项目对变电站超长构架布置进行优化，针对不同电压等级和结构形式的构架提出优化方案和措施，实现超长构架无温度缝方案，从而减少变电站占地和构架及基础工程量，节省工程投资、节约土地资源。 项目通过全面总结规程、规范中关于温度作用效应的计算分析原则及目前已投运各电压等级变电站构架温度缝设置现状，在不改变目前构架结构选型前提下，通过理论计算和试验研究提出超长构架连续布置方案和构造措施，以改变目前变电构架未考虑温度作用而只设温度缝的布置模式。针对格构柱与格构梁以及人字柱与钢管梁、格构梁不同组合构架优化方案，采用有限元分析软件对拟采用连续构架的各种工况进行理论分析，根据分析结果和温度作用对结构的影响程度，设计相应类型的滑动支座并对构架截面及杆件进行优化；最后通过切实可行的试验研究多跨连续构架受力状态与理论分析结果是否吻合，同时检验各种滑动支座性能，根据试验结果对构架节点构造进行改进、并将研究成果应用于实际工程，并对应用情况进行跟踪观测，以指导后续工程设计改进和优化。 项目通过综合研究提出了一种新的变电构架设计思路，深入研究了温度作用效应对结构的影响，改变了目前变电构架只设温度缝而不考虑温度作用的布置模式，关键技术和创新点如下： (1)经过理论分析首次在变电站各电压等级配电装置中采用超长无温度缝构架方案； (2)采用有限元软件对超长无温度缝构架进行理论分析，根据分析结果提出对应工程措施； (3)提出格构柱和人字柱超长连续无温度缝构架方案，并成功应用于实际工程， (4)设计出不同类型变电构架钢管梁和格构梁滑动支座，并取得实用新型和发明专利； (5)将各类型无温度缝构架方案应用于实际工程，达到减少占地、减少构架用钢量和基础工程量、节省工程投资的目的。 (6)滑动支座已申报两项实用新型专利和一项发明专利。 项目研究成果已成功应用于陕西渭南东（信义）750kV变电站、陕西延安（洛川）750kV变电站、陕西定靖（夏州）750kV变电站、陕西丰塬（咸林）330kV变电站等工程750kV和330kV配电装置构架中，以上变电站均已竣工投产，采用该项目研究的超长连续构架，已减少占地约15.9亩，节约钢材约270吨，节省投资约650万元，取得了良好的经济效益和社会效益。随着“十四五”规划的实施落地，研究成果可以应用于更多的项目，应用前景广阔，符合国家耕地保护的基本国策，项目研究成果的不断深入和推广应用会进一步提高超高压电网的建设水平。