高压绝缘子在线监测技术
XXX500KV变电站绝缘子在线监测系统技术方案
XXX500KV变电站绝缘子在线监测系统技术方案根据XXX电力局相关人员介绍，由于XXX500KV变电站周围工业污染严重，而绝缘子是变电站的重要组成部分，长期暴露在户外空气中，受环境因素的影响会使得绝缘子的电气性能大大降低，有可能导致闪络，甚至掉线事故，造成大面积停电。
我们建议采用绝缘子在线监测系统对变电站较易污染的支柱式绝缘子(如母线、开关设备、隔离闸刀等处)进行污秽等级监测，能有效防止绝缘子发生闪络或掉线事故；降低输电线路变电站运行、维护、检修成本；为绝缘子运行和维护的分析、管理提供便利；为电网及变电站的绝缘子设计提供参考依据。
这对于电力系统的稳定起着至关重要的作用。
绝缘子在线监测系统由：现场监测对象（绝缘子、集流环）；远程数据采集装置；信息无线收发装置（天线、路由器）；专家分析系统四部分组成，如下图所示：RIZNER—LCMS绝缘子在线监测系统监测对象由绝缘子、集流环组成。
系统通过安装在绝缘子底裙的集流环测量电流信号，用同轴电缆与数据采集装置直接相连，为数据采集装置提供泄漏电流值、脉冲电流值、污染层导电率等数据。
远程数据采集装置是实时监测装置，有三个数据输入口，可对不同位置不同形状的支柱式绝缘子进行监测，包括泄漏电流相关参数采集、环境参数：温度、湿度、风速、风向的采集（风速、风向监测仪器不在此方案范围内），并记录各个参数的波形，进行初步分析、判断，为专家分析系统评定绝缘子污染程度提供强而有力的分析数据。
当系统检测到高污秽事件超过预定值导致闪络时，会通过干接点向外部发出报警信号以避免污闪事故的扩大。
选择监测二组不同形状绝缘子的数据采集装置安装要相对靠近，要尽可能靠近具有专家分析系统的控制室。
无线收发装置通过WiFi技术将远程数据采集装置采集的各种信号传输给控制室专家分析系统，同时将专家分析系统发出的执行命令传递到数据采集装置。
目前装置提供的无线通讯距离为30米，可通过选择高增益、高灵敏度的WiFi天线达到更远距离的传输。
超高压线路绝缘子状态的在线监测
超高压线路绝缘子状态的在线监测输电线路绝缘子表面很容易受安装地区环境污染物的影响，以致绝缘子表面积累的污染物受潮时产生漏泄电流，从而引起绝缘击穿闪络。
绝缘闪络则可能造成事故，影响线路的可靠性，导致用户和供电部门的经济损失。
绝缘子表面的污染积累有一过程，其严重程度取决于多种因素。
如：地区、风速、雨雾、污染物类型、数量及绝缘子外型构造等。
为确保安全可靠供电，电业部门必须按预定周期对绝缘子串进行清扫，而清扫周期间隔决定于沿线绝缘子上污染物积累的程度。
为了确定预防维护的合理周期，应建立起沿线绝缘状况和绝缘子串表面状态的连续在线监测装置，以便对绝缘状况实施监督，避免由于环境污染造成的绝缘恶化而产生的线路停电事故。
1污染的测试方法1．1当量盐密测量法被测绝缘子暴露在选定地点环境条件下一个月至数个月之后，用一定数量的蒸馏水将绝缘子的积垢仔细地全部洗下，测量收集溶液的导电度。
对测得的数值再应用NaCl液的温度／电阻率曲线和浓度／电阻率曲线换算成当量盐量（mg），然后将当量盐量除以绝缘子表面积（cm2）求出当量盐密。
这一过程需反复进行，反复的时间间隔必须足够短，以便求出两次冲洗间的最大盐密度。
由于冲洗可能破坏试样状态，所以在整个测试期必须有多个试样对象暴露在自然的污染环境中，因此这种方法耗时多、费用高，而且仅能给出平均水平概念值。
1．2绝缘子表面电阻测试法该法是对绝缘子施加低压交流电，定期自动测量带电绝缘子的表面电阻，而同时又不会触动污染物。
此法有两种方案可供选择。
第一种方法是对暴露在潮湿条件下的带电绝缘子定期地或连续地测量其表面电阻。
第二种方案是应用带有超声冷雾发生器的轻便雾室获取人造受潮时间，从而测出污秽绝缘子表面电阻与受潮时间两者间的关系。
后一种方案能可靠地指示出雾或露水浸潮绝缘子时绝缘子绝缘状态。
另外当有大量非溶性污染物时，这种作用很直观，且具有不破坏污染物原状的优点，因此可以获得污染沉积的积累效应。
1．3漏泄电流的在线测量法这种测量需在特殊设备上进行，用适当的电源对绝缘子串施加电压。
高压绝缘子泄漏电流在线监测技术
高压绝缘子泄漏电流在线监测技术X藏鹏程(乌兰察布电业局大用户管理处,内蒙古集宁 012000) 摘 要:污闪事故是威胁电力系统安全运行的灾难性事故之一,通过对绝缘子污秽闪络的分析,比较了泄漏电流法和其他方法的区别,并对高压输电线路上的绝缘子引出了数学模型和测量方法,同时也对泄漏电流在线监测系统做了简要的介绍。
关键词:污秽绝缘子;泄漏电流;在线监测 中图分类号:T M855 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)03—0121—03 众所周知,外绝缘污闪是威胁电力系统安全运行的严重事故之一。
污闪的发生必须具备污秽积聚、污层受潮和施加电压3个条件,缺一不可。
目前运行部门所采取的定期清扫、涂刷RTV 涂料以及更换合成绝缘子等防污闪措施就是出自这一思路。
尽管频繁的清扫、检修能够明显降低污闪事故的发生概率,但这并不能确保万无一失。
为了提高防污闪措施的有效性和可靠性,必须对外绝缘设备的染污状态有及时准确的了解、掌握。
由此,绝缘子染污状态在线监测技术应运而生。
泄漏电流几乎是目前唯一可以作为在线监测绝缘子染污状态的参量。
这里所谓的泄漏电流是指:在运行电压下污秽受潮时测得的流过绝缘表面污层的电流。
作为绝缘表面放电发生的直接诱因,泄漏电流伴随了表面污层积聚、受潮的全过程,它的变化特性能够动态反映污层的积聚程度和润湿程度,即表征了绝缘子实质接近污闪的程度。
因此,从污闪机理上讲,泄漏电流是理想的监测参量。
另一方面,泄漏电流的测量不需要复杂的设备,容易实现在线连续测量,这更使得它成为绝缘子染污状态在线监测领域所关注的焦点。
20世纪50年代开始,污闪事故的危害性逐渐显现,与此同时研究人员开始了泄漏电流的相关研究。
但由于测试技术的限制以及对污闪机理了解不够深入,研究进展相当缓慢。
直到20世纪70年代,测量手段的发展使这种情况得以改观。
20世纪80年代至今,随着计算机和电测技术的飞速发展,基于泄漏电流的绝缘子染污状态在线监测技术不但在泄漏电流特性研究上有了很大进步,人们也尝试将泄漏电流用于实际监测中。
变电站高压电气设备绝缘在线监测技术探析
变电站高压电气设备绝缘在线监测技术探析变电站是供电系统的重要组成部分，其正常运行对电网的稳定运行和电力供应具有至关重要的作用。
在变电站中，高压电气设备是电力系统的核心部件，其绝缘状态的良好与否直接关系到设备的安全稳定运行。
而随着科技的发展，传统的绝缘状态监测手段已不再适应现代电力系统的要求，因此需要引入更先进的在线监测技术来实现绝缘状态的全面可视化监测。
本文将对变电站高压电气设备绝缘在线监测技术进行探析，以期为变电站绝缘状态监测提供新的思路和方法。
一、高压电气设备绝缘状态的重要性在变电站中，高压电气设备通常由变压器、断路器、隔离开关、电缆等组成，其正常运行与绝缘状态密切相关。
绝缘状态的良好与否关系到设备的安全稳定运行，同时也对电网的安全稳定运行具有重要影响。
传统的绝缘状态监测手段主要包括局部放电检测、绝缘电阻测试、绝缘介质介损测试等方法，这些方法虽然可以发现绝缘状态存在的问题，但是监测范围狭窄，监测手段单一，往往不能对绝缘状态进行全面、准确的监测。
而且这些方法通常需要停电检修，给电网运行带来不便。
发展高压电气设备绝缘在线监测技术，实现设备绝缘状态的全面可视化监测，成为解决现有绝缘状态监测手段存在问题的重要途径。
接下来，我们将对变电站高压电气设备绝缘在线监测技术进行探析。
二、绝缘在线监测技术的现状分析目前，国内外在高压电气设备绝缘在线监测技术方面已经取得了一定的进展。
局部放电监测、在线绝缘电阻监测、红外热像监测、超声波监测等技术已经成为绝缘在线监测的常用手段。
1. 局部放电监测技术局部放电是高压电气设备绝缘老化、损伤等问题的普遍表现，因此局部放电监测技术被广泛应用于绝缘状态监测。
该技术通过监测局部放电信号的特征来判断绝缘状态的良好与否。
由于局部放电信号的特点复杂多变，需要高精度的设备和专业的人员进行分析，因此局部放电监测技术在实际应用中存在一定的局限性。
2. 在线绝缘电阻监测技术在线绝缘电阻监测技术是通过在设备绝缘表面布置绝缘电阻测试仪，实现对设备绝缘电阻的实时监测。
国内高压绝缘子在线检测方法综述
文章编号:1003-8337(2002)06-0003-03国内高压绝缘子在线检测方法综述王雪 张冠军 严璋(西安交通大学电气工程学院 陕西西安710049)摘要:评述了国内高压绝缘子(主要是玻璃及瓷绝缘子)在线检测各种方法的检测原理~检测设备~优缺点等 并提出了实际测量装置及信号处理方法上的一种设想G关键词:高压绝缘子9在线检测9原理中图分类号:TM 216文献标识码:B1前言高压绝缘子暴露于大气中并长期工作在强电场~强机械应力~骤冷骤热~风吹雨打等恶劣环境中 因此绝缘子出现故障的机率很大 严重威胁电力系统的安全运行G 据统计国内110kV 线路发生不明原因闪络所占的比例为故障率的22%[1] 造成很大的经济损失G一般来说绝缘子故障主要有以下几个方面:绝缘子内部出现裂隙~绝缘子表面破损~绝缘阻抗降低~污闪等 绝缘子种类不同 出现故障时所呈现的现象也不同G 如:绝缘子串中存在不良绝缘子时 不良半导体釉绝缘子温度变化可能较大 而玻璃绝缘子和普通釉绝缘子的温度变化较小G 相应的高压绝缘子在线检测方法也多种多样 绝缘子分布的广泛性和安装点的特殊性更增加了绝缘子检测的难度G 国内已经出现了很多高压绝缘子在线检测方法G 并取得了一定的效果 但不少方法存在着测量工作量大~危险性高~设备造价高~测量不准确~抗干扰能力差等问题G 因此寻找一种经济~切实有效的高压绝缘子在线检测方法一直是国内外电力部门十分关注的问题G2国内高压绝缘子在线检测主要方法国内高压绝缘子在线检测的主要方法一般分为两类:一类是非接触式检测法 另一类是接触式检测法G2-1非接触式检测法主要包括超声波检测法~激光多普勒振动法~红外测温法~电晕摄像机法~声波检测及无线电波检测法等G 其检测原理~主要设备及优缺点见表1G 由表1可见 非接触式检测法中多数方法都对某一种或某几种类型的故障检测效果明显 但对其他类型的故障难以检测出 且设备造价昂贵G 设备简单~操作方便的检测设备 其检测效果多数不是很理想G 虽多数方法可不登杆登塔 但需到现场逐个进行检测G 2-2接触式检测法接触式检测法按工作原理主要有电压分布法~泄漏电流检测法及脉冲电流检测法等G2-2-1电压分布法目前很多实验和理论研究已经证明 正常绝缘子串的电压分布为不完全马鞍型 即靠近导线处绝缘子所承受的电压最高 约为接地端绝缘子所承受电压的1-7~3-0倍[2] 而绝缘子串中间部分所承受的电压最低G 当出现不良绝缘子时 绝缘子串上的电压将重新分布 如把实际测得电压分布与正常时绝缘子串上的电压分布作比较 有利于判断不良绝缘子是否存在G 目前国内利用电压分布原理进行绝缘子检测的方法较多 主要有短路叉法~火花间隙法~光电式检测杆法~声脉冲检测法等G短路叉法及火花间隙法[3]是早期绝缘子检测的主要方法G 短路叉法是依靠单片绝缘子短路时所发出的火花及放电声音来检测不良绝缘子的G 测试结收稿日期:2002-06-20作者简介:王雪(1978-) 男 黑龙江哈尔滨市人 在读硕士 从事电气设备在线监测及诊断技术的研究G-3-2002年第6期(总第190期)电瓷避雷器INSULATORS AND SURGE ARRESTERS2002Number6(Ser- 190)表非接触式绝缘子在线检测方法比较检测方法检测原理主要设备优点缺点超声波检测法当绝缘子存在裂隙超声波进入或穿过绝缘子时会在裂隙处发生反折射和模式变换通过对接收到的超声波进行处理可检测出劣质绝缘子超声波发射及接收装置可以较准确地检测出开裂的绝缘子对未开裂绝缘子不起作用超声波本身存在耦合和衰减需到现场逐个检测激光多普勒振动法开裂绝缘子的振动中心频率与正常绝缘子不同激光多普勒振动仪对开裂绝缘子的检测效果明显对未开裂绝缘子不起作用设备造价很高体积庞大笨重操作及维修复杂不适于野外作业需到现场逐个检测红外测温法利用绝缘子表面电流引起的热效应进行测量红外热象仪对半导体釉绝缘子的检测效果明显设备造价高对玻璃绝缘子及普通釉的瓷绝缘子检测效果不明显环境对检测效果影响大需到现场逐个检测声波检测法不良绝缘子放电发出声波根据声波的强弱有无可判断是否存在劣质绝缘子声波接收装置设备简单操作方便受环境背景噪声影响很大需到现场逐个检测且有时需登杆登塔无线电波检测法不良绝缘子放电发出电磁波根据接收电磁波天线的方向及电磁波的强度来判断是否存在劣质绝缘子电磁波接收装置设备简单操作方便抗干扰能力差灵敏度低需到现场逐个检测电晕摄像机法不良绝缘子的存在使其他正常绝缘子上的电晕现象增强电晕摄像机可以清晰地测到电晕放电而不受阳光辐射的影响对内部放电观察不到设备造价较高需到现场逐个检测果受周围环境背景噪声影响很大且因测试人员的判断不同而异火花间隙法是用可调间隙来测量每片绝缘子上的电压主要缺点是读数分散性大两种方法最主要的优点是测试设备原理简单操作方便最大的缺点是准确度低且都要登杆登塔因而劳动强度大危险性高光电检测杆法是随着光纤技术的发展而产生的主要原理是将高压探头上的感应电压经光电转换变成光信号经绝缘杆内部的光纤传到低压侧经处理后以数字形式显示出来其优点是测量危险性小绝缘子串电压分布能够直观地测量出来不足之处仍需到现场逐个进行测量且需登杆登塔声脉冲检测法的主要原理是某片绝缘子上电压通过两个探头组成的回路对电容器充电然后经放电管和扬声器放电扬声器发出声波的频率及发声间隔随两个探头之间电压变化而变化因此根据测量扬声器所发出的声脉冲周期及频率来检测沿绝缘子的电压分布泄漏电流法及脉冲电流法当绝缘子表面积累了污秽物或绝缘子串中存在不良绝缘子时泄漏电流将增大且不良绝缘子阻值降低使正常绝缘子上分得的电压变大电晕脉冲电流增大当绝缘子表面污秽物积累到一定程度或不良绝缘子劣化到一定程度时在一定的外界环境下就可能造成绝缘子的闪络因而可通过测量泄漏电流的大小变化来对绝缘子进行检测目前实用的泄漏电流传感器已经很多测量的准确度比较高因此泄漏电流的测取已不存在大问题但泄漏电流的测取过程中存在着大量的干扰泄漏电流的大小受周围环境温度湿度气压风速等是否采取屏蔽措施以及绝缘子的种类等因素的影响很大在抑制干扰方面比较有代表性的方法是自适应噪声对消法基本原理是使用一个或多个传感器将其放置在噪声场中将测得的参考值输入并加以过滤从泄漏电流传感器所测得的带有噪声的电流信号中减去从而使噪声衰减或消除原理图见图信号源原始输出系统输出滤波器噪声源图自适应噪声对消原理图对测得的泄漏电流进行分析判断比较常用的年第期电瓷避雷器总第期方法是利用绝缘子闪络过程的典型波形进行判断绝缘子闪络的典型波形分为非预报区预报区及闪络危险区三部分预报区的泄漏电流呈不稳定状态常出现脉冲群且脉冲群幅值多为几十至几百毫安因此不少是根据预报区的泄漏电流脉冲密度及幅值增加的现象进行绝缘子工作状态的判断如文献中把绝缘子泄漏电流的报警值设为O记录超过报警值的脉冲数根据脉冲数的变化来判断绝缘子的状态此种方法的优点是设备原理简单易于实现主要缺点是泄漏电流及脉冲数的报警值的大小需由大量经验来确定准确性不高易误判当绝缘子串中存在不良绝缘子时由于不良绝缘子绝缘电阻降低回路阻抗变小或其他绝缘子上分压比正常时大也引起电晕脉冲电流变大通过测量脉冲电流来判断绝缘子状态的方法称为脉冲电流法目前脉冲电流法中数据处理最常用的方法是不同指数法从杆塔接地线中测得的脉冲电流是三相高压作用于各相绝缘子上共同产生的因而有的将此电流按三相电压的相位不同利用电子开关分解为三相脉冲电流然后对每相脉冲电流进行计数并取出各相脉冲电流数的最大值和最小值将最大值与最小值的比值定义为不同指数正常情况下各相脉冲电流产生的状态大体上是相同的处于一种平衡状态因此不平衡指数近于当某串绝缘子中出现不良绝缘子时不平衡状态就被破坏不同指数就偏离因此可以根据不同指数是否偏离来判断绝缘子的状态但这种方法的精确度受不良绝缘子的阻值不良绝缘子在绝缘子串中的位置绝缘子串的片数以及正常绝缘子的电晕起始电压的影响文献中的实验分析认为不良绝缘子的阻值越低在绝缘子串中的位置越靠近导线绝缘子串片数越少正常绝缘子的电晕起始电压越低检测的分辨率越高泄漏电流的测量是通过连接在绝缘子上的泄漏电流传感器测得的较方便的方法是将整个采集系统固定在杆塔顶端将采集的数据通过无线电或红外数传装置发送到地面的接收装置处但仍需工作人员到现场采集数据脉冲电流法是通过宽频率范围大的信号放大倍数的传感器从杆塔接地线中测得脉冲电流多数仍需到现场逐个测量高压绝缘子在线检测方法的设想从目前国内高压绝缘子在线检测的方法来看无论是非接触式检测法还是接触式检测法都需要到现场逐个进行测量工作量很大有的需要登杆登塔危险性高而且在数据分析处理方面运用综合分析的很少绝缘子故障判断的准确性不高因此寻找一种从根本上减小劳动量提高绝缘子故障判断准确性的检测方法是十分有意义的文献中提出了一种基于全球移动通信网络<GSM>的高压绝缘子在线检测方法此方法在降低劳动量方面有很大的发展潜力但此方法有三个令人担心的问题<>在偏远地区GSM网络能否覆盖的问题;<Z>如果每串绝缘子都要安装一套数据采集及发送装置存在设备造价高的问题;<>GSM网络使用费用也就是运行费用问题笔者在这三个问题上的看法是<>目前国内GSM网络的覆盖率已达95%以上且随着经济的发展技术的进步GSM网络的覆盖率将不断提高且绝缘子的主要故障污闪多发生在经济发达地区如东南沿海地区这些发达地区无需担心GSM网络的覆盖问题在偏远地区杆塔的安装位置多数位于海拔相对较高的地方这些地方GSM信号一般较强<Z>可根据各地区的具体情况进行选点检测不必在每串绝缘子上都安装此装置<>随着移动通信的发展GSM网络的运行费用不断降低且可根据具体情况选择地方性通信网络降低系统运行费用采用哪种策略还需要考虑其经济性对不同地区不同线路由于情况不同要求不同投入也不宜统一即应因地制宜如有些地区需要进一步提高绝缘子故障判断的准确度可以利用多参量测量多种数据处理及分析判断方法综合运用的思路如从绝缘子表面测得的泄漏电流并从泄漏电流中分离出脉冲电流信号可以对泄漏电流及脉冲电流两方面分别进行分析来判断绝缘子的绝缘状况也可用泄漏电流对绝缘子的绝缘状况进行初步检测然后用脉冲电流进行进一步的检测在数据处理分析判断中除了用传统的方法之外应积极地采用突破常规且具有有效性的方法如基于神经网络9 及基于距离函数O 的绝缘子故障诊断方法等进行多种处理判断方法的综合分析而且在对绝缘子进行检测的同时应对周围环境的影响因素<如<下转第页>-5-Z OOZ年第期国内高压绝缘子在线检测方法综述<总第9O期>表1回波信号B1~B2的幅值与金相组织的相互关系类别回波信号幅值特征金相组织I B12Z O%B Z<45%B Z/B1<Z.O内部存在气孔类缺陷或结合不良1B1<Z O%B Z245%B Z/B1>Z.O 锌环内组织均匀内部无缺陷组织不均匀局部区域呈各向异性s.s产品质量识别合理选择实验参数应用该套检测系统(无损检测)对任意选取的另外Z Z个样品分别进行测定并与辽大@1676-86-B7标准(有损检测)测量结果进行比较实验结果见表Z显然两种方法得到的检测结果能够较好地吻合由于前者是通过无损方式进行的相比之下采用该种方法不仅可以实现产品质量的全面检测而且从根本上解决了抽检过程中资源损失~漏检问题的发生表2两种方法对样品质量进行评价(表中数据为锌环的结合不良率)序号1Z34567891O11无损检测194Z765Z583156591有损检测Z O4O7O5O5Z4136461序号1Z13141516171819Z O Z1Z Z 无损检测1Z3O465535343O6784566Z 有损检测1O Z84O543O31Z8688O54594结论(1)以超声波检测技术为基础的数显式自动检测是一种对悬式绝缘子钢脚锌环质量进行无损评价的技术(Z)利用该检测技术可以保证产品在无损伤条件下对其质量进行检测满足大规模自动化生产的需要检测结果与有损检测能够较好的吻合(3)该检测装置具有明显的实用性和创新性参考文献:[1]张魁侠等.中国企业报[N].1998 8.[Z]张洪军.直流绝缘子钢脚腐蚀的研究[J].电瓷避雷器1996 (5).[3]张家骏.超声检测技术的某些新进展[J].无损检测1993 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电网绝缘子在线检测技术
收 稿 日期 ： ０ ０ｉ — ８ ２ １ －０ ２
作者简介 ： 刘 纯 （ ９ ６） 男 ， 北 人 ， 士研 究 生 ， 级 １７一 ， 湖 硕 高 工 程 师 ， 事 结 构 应 力 分 析及 安 全评 估 工作 。 从
一
子 合 成 材 料 。 陶 瓷 产 品 属 于 脆 性 材 料 ， 有 固有 没
的形 变 且 韧 性 极 低 ， 压 绝 缘 子 工 作 环 境 恶 劣 ， 高 受
外界 因 素影 响较 大 ， 大 风 、 雪 、 冰 、 晒等 ， 如 雨 覆 日 使其 附加应 力增 大 ， 瓷 绝缘 子存在 微小缺 陷 ， 若 就 容 易 在 该 处 形 成 应 力 集 中 造 成 破 坏 。表 ２为 不 同
地 区高 压支柱 绝 缘 子 断裂 和 开裂 事 故 情况 统 计 。 设 计 、 装和运 行 检 修不 当也 能造 成 绝 缘子 机 械 安
事故。 ．
表 ｌ 不 同地 区不 同 电压 等 级 变 电 站
及 其 设 备 污 闪 情 况 统 计
般 来 说 高 压 绝 缘 子 故 障 主 要 有 以 下 两 个 方
而 引发 突 发 性 电 力 事 故 ， 成 巨 大 的经 济 损 失 。因 此 ， 造 电气 设 备 绝 缘 的在 线 检 测 尤 为 重 要 。文 章 介 绍 了 国 内 对 高 压 绝 缘 子 在 线检 测 的两 种 方 法 以及 检 测 方法 的 比较 。 关键词 ： 电气 设 备 ； 缘 故 障 ； 缘 子 在 线 检 测 绝 绝
上 海 电 力
２ ｌ 年第 ４ 期 ＯＯ —５
电网绝 缘 子 在 线检 测 技 术
池 永 斌
绝缘子在线监测
第1章绪论1.1概述1.1.1引言输电线路的绝缘子要求在大气过电压、内部过电压和长期运行电压下均能可靠运行。
但沉积在绝缘子表面的固体、液体和气体微粒与雾、露、毛毛雨、融冰、融雪等恶劣气象条件的同时作用，将使绝缘子的电气强度大大降低，从而使输电线路和变电站的绝缘子不仅可能在过电压作用下发生闪络。
更频繁的是在长期运行电压下发生污秽闪络，造成停电事故。
为了提高绝缘子运行的可靠性，通常采用定期人工清扫。
人工清扫基本为全计划方式，需要停电作业不仅消耗大量的人力、物力。
而且由于缺乏绝缘子污秽程度的实时信息。
计划式清扫不能做到杜绝事故的发生。
许多污闪事故均在两次清扫之间发生。
加强输电线路运行的现代化管理，进行线路防污闪在线监测，实现状态检修的要求已成为急待解决的课题。
绝缘子污闪的最直接原因是表面泄漏电流急剧增大。
泄漏电流是指在运行电压作用下污秽受潮时测得的流过绝缘子表面污层的电流，可通过测量泄漏电流的大小和变化来对绝缘子污秽进行判断。
本文借助GSM网络，成功研制了新型输电线路绝缘子泄漏电流在线监测系统。
对输电线路运行绝缘子串的泄漏电流、闪络脉冲、环境温湿度、风速、风向以及雨量等进行定时(20分钟、40分钟等，用户可设定)监测，可随时提供线路绝缘子表面污湿状况和预报警服务。
1.1.2污闪的危害污闪是区域性的问题，其显著特点是同时多点跳闸的几率高。
绝缘愈低，跳闸机率愈大，且重合成功率愈小。
华北电网1975-1985年统计表明，输电线路污闪跳闸重合成功率为27%。
1996-1997年，京、津、唐电网变电设备的几次污闪、重合也大都失败。
重合不良则意味着存在永久性故障，而多点故障则意味着多处供电失去电源，甚至于会造成大面积的污闪事故。
污闪的上述特点，是由其本身的特殊性造成的。
一个大、中型变电站，对地的绝缘设备大约有几百支甚至上千支；而变电站的进线、出线也有几条至十几条，在周围几十或上百平方公里的地区；大气的污染几乎是相近的，雾、雪、毛毛雨等潮湿的气象条件也几乎是相同的。
高压绝缘子在线监测系统应用
综合上述方法 ：在 以往 的离线监 测方 法对 绝缘
子的性能作一定的评测 ， 但是工作量非常大 ，测量 精度不够高。不能实时获得绝缘子的实际应用状况。
还不能达到对 绝 缘 子 的安 全 监 测 ，科 学 安排 生 产 ，
图 ２ 电气 量 的测 量 图
减少线路维护费用。
低 于 ８％、且绝缘 子表面无凝露 的条件下测 量。否 ０ 则 ，潮湿的绝缘子 串其 电压 分布要改 变 ，特别是绝 缘子表面具有污秽 且又潮 湿 的情 况下 ，绝缘 子 串上 的电压分布将 不按 电容分布 ，而按 电阻分布 。污染
线路的重合 闸动作失败 ，其所 占比例 高达 ２％ 。对 ２ 电力系统 的稳定性带 来 了不 良的影响 。以下 对高压 绝缘子的传统监测方法和在线监测方法进行分析 。
机调制解 调器 ，该 系统 的分 析软 件能进行 自动 、手 动 的远程数 据 下 载 ，同时 也 可进 行 远 程参 数 设 定 ，
包电缆，到系统的主保护单元 ， 再经过保护和传感
单元 进 行 Ａ Ｄ转 换 ，再 到微 处 理 器进 行 分 析 ，运 ／ 算 ，见图 １ 。
２ ２ １ 系统数据分析 ．．
测数据不准。
对超高压线路 的运行绝 缘子暂无 可靠 的监测数
据来指导安排清扫周期。绝缘子在使用过程中，不 断地受到强电场，高温 日照， 机械应力，湿度，污
秽物影响 ，当在线运 行 中的绝缘 子表 面附盐 密度达
到—定 的程度 ，就会 降低绝缘 子 的绝缘 性能 ，增 加 绝缘子 的表面放 电系数 ，导致绝 缘面行 成 固态行 电
第３ ８卷 ２ １ ６月 ００年
云
南
电
力
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组长：房祥亮
组员：张志强、刘军、赵科、王发蛟、李泽民、张建宁、乔谦、美娟、张田田指导老师：张飞
摘要:概述了绝缘子在线检测技术的研究现状，阐述了以超声波检测法、激光多普勒振动法、红外测温法等，为代表的非接触式检测法。
综合评价了紫外线电晕成像法、超声波检测及无线电波检测法等优缺点。
探讨了绝缘子检测方法发展趋势。
关键词：绝缘子在线检测；电气设备；远程在线检测
0 前言
高压绝缘子在电力系统运行中,长期工作于强电场、机械应力、污秽及温湿度等共同构成的错综复杂的恶劣环境中。
因此绝缘子出现故障的机率很大, 严重威胁电力系统的安全运行。
但是高压绝缘在线监测难度较大，多年来高压输电线路绝缘子的在线检测一直困绕着众多的电力系统从业人员。
世界各国的研究者们一直在寻找着有效的测量手段去解决这一难题，国内已经出现了很多高压绝缘子在线检测方法，并取得了一定的效果。
1国内高压绝缘子在线检测主要方法
国内高压绝缘子在线检测的主要方法一般分为两类: 一类是非接触式检测法, 另一类是接触式检测法。
1.1非接触式检测法
主要包括超声波检测法、激光多普勒振动法、外测温法、电晕摄像机法、声波检测及无线电波检测法等。
其检测原理、主要设备及优缺点见表1。
由表1 可见, 非接触式检测法中多数方法都对某一种或某几种类型的故障检测效果明显, 但对其他类型的故障难以检测出, 且设备造价昂贵。
设备简单、操作方便的检测设备, 其检测效果多数不是很理想。
虽多数方法可不登杆登塔, 但需到现场逐个进行检测。
1.1.1紫外成像法和红外成像法
有绝缘缺陷的高压电气设备在运行时会产生高电场强度而发生电晕电，使周围空气电离。
由于空气主要成分是氮气(N2) , 而氮气电离的放射频(=280 nm～400 nm)主要落在紫外光波段。
紫外成像技术就是利用特殊的仪器接收放电产生的紫外线信号, 经处理后转换为可见图像信号, 来分析判断电气设备外绝缘的真实状况。
紫外成像检测系统主要包括: 紫外成像物镜、紫外光滤光镜、紫外像增强系统、CCD、图像显示等。
紫外信号源被背景光(包括可见光、紫外光和红外光等)照射, 从信号源传输到成像镜头的有信号源自身辐射的紫外光, 也有信号源反射的背景光。
成像光束经过紫外成像镜头后, 部分背景光被滤除, 其后光束再通过“日盲”滤光片, 进一步滤除背景光后, 照到紫外像增强器的光电阴极上, 经过紫外增强器后, 信号被增强放大并被转化为可见光信号输出, 然后, 成像光束经 CCD 相机, 最后,经信号处理后输出到观察记录设备。
过去的紫外成
像仪需夜间操作以避开阳光中的紫外线。
但随着科学技术的发展, 目前已研制出了可避开阳光中紫外线光谱的新型紫外成像仪, 从而可以使该项技术在白天使用。
但检测结果容易受到观察角度的影响。
红外成像法的原理与紫外成像相同, 不同的是检测缺陷绝缘子与正常绝缘子表面温度的差异。
由于这种温度差很小, 对于瓷质绝缘子只有一度左右, 因而灵敏度较低[1]。
1.1.2超声波检测法[2]
超声波是机械波, 衰减很慢, 当它在弹性介质中传播时, 遇界面会产生反射、折射和模式变换。
因此材料中的缺陷、微观组织结构、铸造缺陷(微裂纹、夹杂)等信息都可以通过超声波信号反应出来。
超声波脉冲由超声波发生器进入绝缘子介质,当绝缘子有裂缝时, 就会在超声波传播的相应时间产生该裂缝的反射波。
由反射波的大小和产生反射波的时间位置即可判断绝缘子的缺陷情况。
该方法具有灵敏度高、速度快、成本低、操作简单及安全可靠等优点, 可以准确地检测出有裂缝的绝缘子。
但对未开裂的绝缘子不起作用, 而且由于超声波本身存在耦合、衰减及超声换能器性能问题, 只能到现场逐个检测。
目前该方法主要用于企业生产中的检测以及实验室鉴定。
1.1.3红外测温法[3,4]
绝缘子发生电晕放电或泄漏电流流过绝缘物质时的电阻损耗都可引起绝缘子局部温度升高。
红外测温技术就是利用观察绝缘子局部发热所发出的红外线来发现缺陷。
现有的红外测温仪一般由光学系统探测器、信号处理电路及显示终端等组成。
当被测物体辐射的能量通过大气媒介传输到红外测温仪上时, 它内部的光学系统会将辐射能量汇聚到探测器上, 并转换成电信号, 再通过放大电路、补偿电路及线性处理后, 在终端显示出被测物体的温度。
红外测温具有携带方便、操作简单等特点。
但测量易受阳光、大风、潮气、环境温度及一些能引起绝缘子表面温度急剧变化因素的影响, 测量结果不是很准确。
1.1.4无线电波法
不良绝缘子发生电晕放电时, 会发出一定频的电磁波, 无线电波法就是根据
接收电磁波的天的方向和电磁波的强度来判断被测绝缘子是否存缺陷的。
无线电波法具有设备简单、操作方便的优但其抗干扰能力差, 灵敏度低。
1.1.5激光多谱勒法
存在裂缝的绝缘子的振动中心频率与正常绝子有很大差异。
将超声波发生器所发出的超声用抛物型反射镜或用激光源对准被测绝缘子, 以起绝缘子的微小振动, 然后将激光多谱勒仪发出激光对准被测绝缘子, 根据反射回来的信号的频分析, 即获得该绝缘子的振动中心频率值, 据此判断被测绝缘子的好坏。
由于该仪器对未开裂的绝缘子检测无效以及作复杂、体积庞大、笨重、使用维修复杂、造价等缺点, 没有广泛使用。
2接触式检测法
接触式检测法按工作原理主要有电压分布法、泄漏电流检测法及脉冲电流检测法等。
2.1电压分布法目前很多实验和理论研究已经证明, 正常绝缘子串的电压分布为不完全马鞍型, 即靠近导线处绝缘子所承受的电压最高, 约为接地端绝缘子所承受电压的1. 7～
3. 0 倍[5], 而绝缘子串中间部分所承受的电压最低。
当出现不良绝缘子时, 绝缘子串上的电压将重新分布, 如把实际测得电压分布与正常时绝缘子串上的电压分布作比较, 有利于判断不良绝缘子是否存在。
目前国内利用电压分布原理进行绝缘子检测的方法较多, 主要有短路叉法、火花间隙
法、光电式检测杆法、声脉冲检测法等。
短路叉法及火花间隙法[6]是早期绝缘子检测的主要方法。
短路叉法是依靠单片绝缘子短路时所发出的火花及放电声音来检测不良绝缘子的。
测试结果受周围环境背景噪声影响很大, 且因测试人员的判断不同而异。
火花间隙法是用可调间隙来测量每片绝缘子上的电压, 主要缺点是读数分散性大。
两种方法最主要的优点是测试设备原理简单、操作方便; 最大的缺点是准确度低, 且都要登杆登塔, 因而劳动强度大、危险性高。
光电检测杆法是随着光纤技术的发展而产生的。
主要原理是将高压探头上的感应电压经光电转换变成光信号, 经绝缘杆内部的光纤传到低压侧,经处理后以数字形式显示出来。
其优点是测量危险性小、绝缘子串电压分布能够直观地测量出来,不足之处仍需到现场逐个进行测量,且需登杆登塔。
声脉冲检测法的主要原理是某片绝缘子上电压通过两个探头组成的回路对电容器充电, 然后经放电管和扬声器放电, 扬声器发出声波的频率及发声间隔随两个探头之间电压变化而变化, 因此根据测量扬声器所发出的声脉冲周期及频率来检测沿绝缘子的电压分布[7]。
2.2绝缘电阻法
绝缘子在线检测中, 绝缘电阻的测量是通过泄漏电流的测量得以实现的。
众所周知, 高压输电线路绝缘子一般都采用结构简单、机械强度高、老化率低的盘形悬式绝缘子串接成串后, 可在任意电压等级的输电线上使用, 其等效电路可用RC 串并联电路表示[8], 如图1 所示。
正常时, 泄漏电流为毫安级, 当绝缘子串中有零值或低值绝缘子时, 其对地泄漏电流的值将发生较大的变化。
该变化值依绝缘子劣化的程度及个数而异, 但通过检测灵敏度及准确度较高的电流传感器是完全可以准确判断的, 文献[9]在实验室证明了这一点。
结论：
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