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1、高压绝缘子在线检测技术摘要：介绍了高压绝缘子的工作环境及常见故障，并具体对一些常用的在线监测方法进行了具体的分析。例如，非接触式检测法: 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；接触式检测法：电压分布法、泄漏 电流检测法及脉冲电流检测法等。其中对红外热像仪检测法和高压 绝缘子的污秽度在线监测作了重点论述。关键词：高压绝缘子 在线监测 电压分布 泄露电流一、高压绝缘子概述高压绝缘子、高压套管的基本用途是在电力系统中或电气设 备中将不同电位的导体在机械上固定起来。架空线路的导线、变 电所的母线和各种电气设备的带电体，都需要用绝缘子或套管支 撑，使之与
2、大地或接地物绝缘，以保证安全可靠的输送电能。(-)绝缘子分类按结构形式可分为针式绝缘子、棒式绝缘子和悬式绝缘子。按 功能可分为普通型绝缘子和防污型绝缘子。按使用材料可分为瓷质 绝缘子、钢化玻璃绝缘子和有机硅人工合成绝缘子等。(二)绝缘子的工作环境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。据统计国内UOkV线路发生不明原 因闪络所占的比例为故障率的22% ,造成很大的经济损失。（三）绝缘子常见的问题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
3、等，绝缘子种类不同，出 现故障时所呈现的现象也不同。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。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。因此，实现绝缘子在线监测，对于整个电网以至于整个电力系 统来说都是一件非常有价值的事情。二、绝缘子的测量方法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。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。其检测原理、主要设 备及优缺
4、点见表1。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。表1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
5、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
6、;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;需到现场逐个检测几种常见的在线监测方法:（一）绝缘子电压分布在线监测目前很多实验和理论研究己经证明，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1.73.0倍2 ,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
7、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3 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、 危险性后J O（二）光电检测杆法光电检测杆法是随着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
8、，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。（三）声脉冲检测法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。（四）电晕脉冲式检测器在输电线路运行中，绝缘子串的连接金具处会产生电晕，并形 成电晕脉冲电流通过铁塔流入地中。电晕电流与各相电压相对应， 只发生一定的相位范围内。若把正负极性的
9、电流分开，则同极性各 相的脉冲电流相位范围的宽度比各相电压间的相位差还小。采用适 当的相位选择方法便可以分别观测各相脉冲电流。对各相电晕脉冲分别进行计数，并选出最大最小的计数值，取 两者的比值（最大/最小）作为差别依据。当同一杆塔的三相绝缘子 串无不良绝缘子时，各相电晕脉冲处于平衡状态，此时比值接近于1;当有不良绝缘子时，则各相电晕脉冲处于不平衡状态，该比值将 与1有较大偏差。电晕脉冲式检测器就是根据此原理研制的。（五）红外热像仪检测法不良绝缘子与良好绝缘子的表面温度存在差异，尽管这种差异 很小，但应用红外热像仪可以将绝缘子表面的温度分布直观、形象 的热像图显示出来。正常运行中，不良绝缘子由于
10、电压低于正常绝缘子，导致不良 不良绝缘子的表面温度低于正常绝缘子，利用红外热像仪可以测量 出这种温度差异。被测物体辐射能量高低（温度大小）通过先进的红外探测器在仪 器内部感应而形成热分布图像，能量辐射（温度）高的部分图像就亮，反 之则稍暗飞红外图像即是对温度灵敏的图像，红外图像的亮暗直接反 应出物体温度的高低，两者成递增比例关系。凭借成像的明亮并配以 两者递增比例关系公式计算，就能诊断出物体温度的高低，从而判断电 力运行设备是否有缺陷问题。红外热像仪工作原理见图1。图1红外热像仪工作原理图（六）激光震动检测法激光多普勒振动法是利用已开裂的绝缘子的振动中心频率与正常时不同的特点，通过外力如敲击铁
11、塔或将超声波发生器所产生的 超声波用抛物型反射镜对准被测绝缘子,或用激光源对准被测绝缘子, 以激起绝缘子的微小振动，然后将激光多普勒仪发出的激光对准被 测绝缘子，根据对反射回来的信号的频谱的分析，从而获得该绝缘 子的振动中心频率值，据此判定该绝缘子的好坏。目前已有可能在 现场用此法对50nl以内的绝缘子实现遥测。由于该仪器对未开裂的绝缘子检测无效以及操作复杂、体积庞 大、笨重、使用维修复杂、造价高等缺点，没有广泛使用。三、高压绝缘子污秽度的在线监测：近年来，我国大气污染加剧，变电站和输电线路污闪问题日趋严 重。据统计,在电力系统总事故数中污闪事故次数仅次于雷害，位居 第二,而污闪事故所造成的损
12、失却是雷击事故的10倍。全国六大电网 几乎都发生过大面积污闪，造成了很大的经济损失。特别是2003年8 月发生的美、加停电事件，又为中国电网安全敲响警钟。目前在电力 系统中“防污”的措施主要有通过增加绝缘子串的数目以增加绝缘 子的爬电距离;采用有机合成等新材质构成的绝缘子;涂RTV有机涂 料;采取人工定期或不定期清扫。采取上述方法,在防止污闪事故的 发生上起到了一定的积极作用,但从技术性、经济性、劳动力及劳动 强度上来看,都存在大量人力、物力的浪费,况且上述方法由于缺乏 对绝缘子电气状况的实时监测，仍无法杜绝污闪事故的发生。根据测 量的泄漏电流结合环境条件,来判断绝缘子表面污秽积聚过程，是目
13、前监测外绝缘污秽的重要方法，是开展状态检修”的实用手段。西安 金源电气有限公司研发的变电站绝缘子污秽在线监测系统，根据测量 的泄漏电流、脉冲频次,结合环境条件,来判断绝缘子表面污秽积聚 过程，可逐步实现绝缘子污秽的“定期清扫”到“状态清扫”的转变, 防止变电站污闪事故的发生,是目前监测外绝缘子污秽的有效方 法。目前常用的绝缘子污秽测量方法：判断绝缘子表面污秽的常用方法有:等值附盐密度法(ESDD ); 污层电导率法;污闪电压与污闪梯度法;泄漏电流及脉冲计数法等。 目前在供电部门对输电线路绝缘子污秽程度的判断一般应用等值附 盐密度法。绝缘子等值盐密法(ESDD )是用一定量的蒸储水将一定面积瓷
14、表而上的污秽物全部清洗掉，用适当的仪器测量污秽溶液的盐密值， 通过计算等值盐密可直观衡量污秽程度。但由于目前尚无测量固体 化学成分的传感器，因此无法进行实时监测其成分变化和绝缘子的电 气状况。污层电导率定义为绝缘单位表面污层的电导值,实际上是由加 在污层上的电流与电压之比求出的电导与绝缘子的形状系数相乘求 得。为测量污层表面电导,应在污层饱和受潮条件下,在绝缘子上加 适当高的工频电压，测其泄漏电流,从而求得电导。但上述测量分散 性较大,受污秽分布不均匀和温度变化的影响大，测量比较麻烦。污闪电压及污闪梯度是表征绝缘子性能的理想的污秽参数，现 场污秽试验还能真实地测得绝缘子污闪性能。但由于自然污秽
15、和积 污水平达到临界状态与引起污闪的气象条件的产生不一定同时存在, 往往是污秽己经达到临界水平但没有出现充分的潮湿条件而测量不 到临界污闪电压，因而进行闪络电压的测量还应结合其他污秽度参数 的测量。因其试验设备容量大,试验不方便,现场杆塔一般不具备试 验条件。泄露电流在线监测技术（-）信号采集前台系统采集绝缘子泄漏和脉冲电流（检测重点）及环境大气状 态（温度、湿度、压力，可由温湿传感器及气压传感器测得）等数 据。诊断控制现有测量系统一般仅用一个传感器检测，除记录泄漏电流幅值外，有的还提取叠加在测得的电流波形上面的脉冲个数, 这种方法显然不能保证完全采集到脉冲电流。脉冲电流按产生机理 分绝缘子裂
16、隙引起的局部放电脉冲、存在零值绝缘子时引起的电晕 脉冲、污秽绝缘子闪络之前出现的泄漏电流脉冲群3种，且频带都很 宽.其采集是否合理直接影响绝缘子敝障类型的判断。在本系统中 采用两个不同特性的传感器分别采集处理泄漏电流和脉冲电流，以 提高故障判断的准确性。现有检测系统的电流信号采集多将传感器放在末片绝缘子上方 的球头挂环处，或从倒数第、2片绝缘子间提取信号，存在传感器 无法很好屏蔽或一片绝缘子被短路的问题，影响测量准确度甚至线 路的安全。本文则用如下方法：在一片绝缘子表而加装一个金属 环，并将此绝缘子安装在绝缘子串靠近杆塔的一侧（带电线路加装 片绝缘子并不困难），金属环收集电流信号通过屏蔽电缆后
17、经杆塔入 地。泄漏电流和脉冲电流传感器均采用穿芯式结构，套在屏蔽电缆 的芯线上，安装于现场单元的屏蔽箱中（见图2）。整个检测系统的前 台部分均置于屏蔽箱中。固定在输电线路的杆塔上。泄露电流在线监测的基本步骤由于绝缘子的泄漏和脉冲电流分开采集，不需要从泄漏电流中 分离出高频的脉冲电流，因此对泄漏电流传感器在频率方面无太高 要求（一般穿芯式小电流传感器即可），而脉冲电流传感器工作在高 频段，其性能基本上由磁芯高频特性决定，应损耗小、频带宽。超 微晶体磁芯材料适于这种微小高频电流的测量：积分电阻100欧、 匝数约10匝的传感器灵敏度可达10 V/A,频率范围7 kHz25 MHz,可用于测量绝缘子脉
18、冲电流。由于电流传感器输出信号十分微弱，在确保抗干扰措施的前提下须行调理，如放大和滤波（其电路要求频带宽、输入阻抗高、足够 的放大倍数）等，再经高速A/D单元转换，然后送数据处理中心处 理。（二）数据处理数据处理中心由TMS320F206型的DSP芯片构成，芯片单周期指令 执行时间50 ns,即速度达20义10。条/s,在此参数下消耗功率可 低到0.05 mWo数据处理分以下几部： 信号去噪电流传感器输出的微弱信号极易被周围的强电信号及高频噪声 干扰，故除传感器引线采用屏蔽电缆外，还采取自适应噪声对消法 去干扰”原理（见图3）是将一个或几个传感器放在绝缘子周围的噪声 场中，保存采集的噪声信号，
19、然后将从测得的带噪声的电流信号减 去噪声信号。蟆始输出林波器图3自适应噪声对消的原理图泄漏电流信号的处理处理泄漏电流需耍记录它平均值及最大值，据其随时间的变化 可看出该地区绝缘子污秽程度随时间的变化，并为确定其绝缘子污秽水平和及时清扫提供依据。测得的数据放入DSP的存储区等待无线发送。（3）脉冲电流信号的处理及其仿真据试验及现场测得的数据，局部放电脉冲、电晕脉冲和泄漏电 流脉冲群3种脉冲电流的幅值分别在pA级、pAmA级和几十几百mA 级。采集到的电流脉冲可按幅值大小设定多个阔值并记录各阈值范 围内的电流脉冲数，根据指定周期内出现的脉冲数量即可判断绝缘 子是否出现故障以及故障的类型。所测数据同
20、样放入DSP的储存区， 等待无线发送。脉冲电流信号的处理仿真过程如下：真高压绝缘子各种故障对应的脉冲电流（见图4） .设定5个阀值（即1； to - % ）来处理各种类型的脉冲电流，分别记录“，且”：，%且”,，%。的 脉冲数。根据各阈值范围内脉冲数的变化判断绝缘子是否出现故 障以及故障类型，信号处理结果见表1 （h为电流脉冲幅值）O表1仿真处理结果（不同幅值脉冲数及判断）处理图uJiah /Our.故造类那图4a00绝缘子正常图4b252735表的话将的程序危险图4c381152可能存在怨值绝缘子图4d19530绝缘子内部仃能有裂隙匏缘口之空脉冲。卜rSVrSYa2j_00.050.10.1
21、57/ 52r（3纶缘于局部族老林即I - I -）L _ 00.Q50 10.15J C总结：经过这次论文的的撰写，让我们对高压绝缘子的工作环境、常 见问题以及一些常用的在线检测方法有了更深的认识。自己动手收 集资料、阅读资料、发现问题、实验和总结和撰写论文。在此，非常感谢张飞老师在此过程中的指导和帮助！参考文献：1严璋1电力绝缘在线检测技术M 1北京：中国电力出版社， 1995.【2】王 雪,张冠军，严 璋国内高压绝缘子在线检测方法综述B（西安交通大学电气工程学院,陕西西安）.【3】张冠军1, 2,王雪1,莫娟1,严璋1高压绝缘子远程在线检测诊断系统的初步研究B4吴继平，李跃年红外热成像仪
22、应用于电力设备故障诊断B【5】严文婷，文习山，王建武，张宏艳 绝缘子表面泄露电流在线监测的研究综述A6黄新波2 ,刘家兵/ ,章云2 ,王向利/ ,张杰/绝缘子污秽在线监测技术与系统构成A （1西安金源电气有限公司，陕西西安710075; 21西安电子科技大学机电工程学院，陕西西安710071）7聂一雄，尹项根 绝缘子在线检测方法的探讨B（华中理工大学电力工程系，湖北武汉430074）8康春霞 章云黄新波樊康旗泄露电流在线监测技术理论与应用（西安电子科技大学机电匚程学院西安710071）小组成员及具体分工表姓名学号写作任 务台上演 讲其他备注邓佃毅0867130216构思、 收集资 料、汇 总资料 等是制作 PPT、撰 写论文组长士琦0867130201声脉冲检 测法是组员凌子龙0867130202电晕脉冲 式捡测器组员王超0867130203电子光学 探测器组员苏冀博0867130204光电检测 杆法组员夏彦魁0867130205激光震动 检测法组员李洋0867130206红外热像 仪检测器是组员张雷0867130207污秽度的 报警是组员冯文龙0867130208绝缘子表 面污秽度 参数量的 选择与测量制作PPT组员童爱静0867130209高压绝 缘子的组员概述曹蕾0867130210绝缘子表 面泄露电 流测量撰写论 文组员许凤岭0867130211脉冲电 流检测 法组员