絕緣子污穢檢測(cè)方法綜述

趙全香，李紅艷，韓振，翟艷爍，趙偉靜

(三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

1 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)電力的需求和依賴(lài)越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)安全穩(wěn)定供電的要求也越來(lái)越高。絕緣子污穢引起的閃絡(luò)事故已成為影響電網(wǎng)可靠運(yùn)行的第二大危害，一旦發(fā)生污閃事故，將會(huì)造成大面積停電，這不僅會(huì)給國(guó)家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)影響到千家萬(wàn)戶(hù)的安全用電。在我國(guó)工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，大氣污染日趨嚴(yán)重、降塵量增加，酸性濕沉降頻發(fā)，運(yùn)行中的絕緣子表面染污隨之加劇，瓷絕緣子由于其表面能大，在復(fù)雜的氣象條件下(霧、露、毛毛雨及酸性濕沉降)附著在瓷絕緣子表面的水分以水膜的形式而存在，污穢物中的鹽類(lèi)物質(zhì)溶解于水中，表面電導(dǎo)增加，絕緣子的電氣強(qiáng)度急劇下降，導(dǎo)致表面形成放電甚至污閃事故，造成電力系統(tǒng)的大面積的停電，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。

及時(shí)清掃絕緣子污穢可以預(yù)防和減少故障的發(fā)生。現(xiàn)在多采用定期清除污穢，一般一年清掃一次，包括帶電或停電清掃、帶電或停電水沖洗。根據(jù)絕緣子的污穢程度確定清掃周期，不僅節(jié)省清掃費(fèi)用，還可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。檢測(cè)絕緣子污穢程度，對(duì)絕緣子及時(shí)清掃會(huì)減少事故的發(fā)生。

2 影響絕緣子絕緣性能的因素

絕緣子的污閃由兩個(gè)因素決定，一是大氣污染造成的絕緣子表面積污;二是能使積聚污穢物質(zhì)充分受潮的氣象條件。在干燥氣象條件下，表面臟污的絕緣子仍有很高的絕緣強(qiáng)度。但在大霧、凝露、毛毛雨等氣象條件下，污層中的電解質(zhì)成分會(huì)充分溶于水中，在絕緣子表面形成導(dǎo)電通路，使絕緣強(qiáng)度大大降低，在正常運(yùn)行電壓下就能導(dǎo)致絕緣子沿面閃絡(luò)，即污閃。凌晨時(shí)絕緣子表面凝露容易使污層飽和受潮，造成污閃事故，評(píng)價(jià)輸變電設(shè)備外絕緣的耐污能力，除了考慮絕緣子表面的積污程度外，還須考慮該地區(qū)使絕緣子表面積污、飽和受潮的惡劣氣象條件出現(xiàn)的幾率。我國(guó)幾次大范圍的污閃事故都發(fā)生在連續(xù)數(shù)天大霧等極其惡劣的氣候條件下。通過(guò)調(diào)整爬電距離(調(diào)爬)、更換防污型絕緣子、采用合成絕緣子以及RTV涂料等措施，較大范圍地加強(qiáng)了絕緣。

3 檢測(cè)方法

國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議第33屆學(xué)術(shù)委員會(huì)推薦了5種測(cè)定污穢的方法，即等值鹽密(ESDD)法、積分表面污層電導(dǎo)率(SPLC)法、脈沖計(jì)數(shù)法、泄露電流法和絕緣子污閃電壓梯度法。

3.1 等值鹽密法

等值附鹽密度(ESDD)是以絕緣子表面每平方厘米的面積上附著的污穢中導(dǎo)電物質(zhì)的含量所相當(dāng)?shù)腘aCl，簡(jiǎn)稱(chēng)等值鹽密。由于它只與絕緣子的污穢量、成分和性質(zhì)有關(guān)，所以稱(chēng)為污穢的靜態(tài)參數(shù)。測(cè)量時(shí)用一定量的蒸餾水，按規(guī)定的方法清洗絕緣子上的污穢后，測(cè)量含有污穢的水的電導(dǎo)率來(lái)確定ESDD。等值鹽密可直觀衡量污穢程度，不受溫度、電壓、試驗(yàn)設(shè)備容量和試驗(yàn)場(chǎng)地的限制，所以比較直觀和簡(jiǎn)單。

3.2 積污表面污層電導(dǎo)率法

表面污層電導(dǎo)率定義為污穢絕緣子表面每平方厘米的電導(dǎo)，該參數(shù)是由污穢絕緣子受潮和施加低于運(yùn)行電壓條件下測(cè)得的電導(dǎo)再乘以絕緣子形狀系數(shù)得出的。測(cè)量時(shí)先使污層濕潤(rùn)，先在絕緣子上施加工頻電壓U，同時(shí)測(cè)定流過(guò)的泄漏電流I，于是絕緣子的電導(dǎo)G=I/U。由于該參數(shù)是在污穢絕緣子受潮和施加比運(yùn)行電壓低的電壓下測(cè)得的，從而把特征量與污穢和電壓直接聯(lián)系起來(lái)，比靜態(tài)參數(shù)有了很大提高，但因測(cè)試電壓低，并不能完全反映污層在高壓下的真實(shí)變化，且測(cè)量分散性較大，受污穢分布不均勻的影響較大，另外測(cè)量不能直接得到污層電導(dǎo)，所以測(cè)量比較麻煩，故稱(chēng)為表征污穢絕緣子運(yùn)行狀態(tài)的半動(dòng)態(tài)參數(shù)。

3.3 泄漏電流法

泄漏電流是指在運(yùn)行電壓下絕緣子受潮時(shí)所測(cè)得的流過(guò)表面污層到達(dá)地的電流。泄漏電流法是電壓、污穢程度、氣候條件三要素綜合作用的結(jié)果，是動(dòng)態(tài)參數(shù)，適宜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。試驗(yàn)作為表示污穢程度的參數(shù)較多:運(yùn)行電壓下泄漏電流的最大脈沖幅值、超過(guò)一定幅值的泄漏電流脈沖數(shù)、臨閃前最大泄漏電流值。并且泄漏電流的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量必須進(jìn)行很長(zhǎng)時(shí)間，同時(shí)，測(cè)試設(shè)備的造價(jià)也比較高，在絕緣檢測(cè)中，報(bào)警電流的確定必須根據(jù)大量的現(xiàn)場(chǎng)記錄結(jié)果作統(tǒng)計(jì)計(jì)算，并結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)才能得出合理的結(jié)果。

3.4 污閃電壓梯度法

污閃電壓及污閃梯度是表征絕緣子性能的最直接最理想的污穢參數(shù)，是絕緣子污閃電壓與絕緣子串長(zhǎng)的比值。污閃電位梯度該方法直接以絕緣子的最短耐受串長(zhǎng)或最大污閃電位梯度來(lái)表征當(dāng)?shù)氐奈鄯x度，應(yīng)用該方法的優(yōu)點(diǎn)是在真實(shí)情況下測(cè)定真實(shí)絕緣子串的耐污性能和它們之間的優(yōu)劣順序，直接給出絕緣水平。顯然，將污閃電位梯度作為特征量最合理，但測(cè)量該參數(shù)所用的設(shè)備造價(jià)高且耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備容量大，實(shí)驗(yàn)不方便，現(xiàn)場(chǎng)不具備條件。因而存在一個(gè)如何正確判定絕緣子串是否存在劣值絕緣子，即如何確立判斷標(biāo)準(zhǔn)(判據(jù))的問(wèn)題。

4 微波輻射法和紫外脈沖法

微波輻射法和紫外脈沖法都是非接觸式帶電檢測(cè)的方法。

4.1 微波輻射法

微波輻射法利用絕緣子在微波段的輻射特性差異來(lái)檢測(cè)污穢程度。任何高于絕對(duì)零度的物體都在不斷輻射能量，輻射的頻率范圍非常寬，當(dāng)物體表面有污穢物時(shí)，發(fā)射率會(huì)隨著污穢量和污穢性質(zhì)發(fā)生變化，污層濕潤(rùn)時(shí)變化更明顯，而物體所輻射的電磁波可以通過(guò)普朗克定律來(lái)測(cè)量。微波輻射計(jì)能實(shí)現(xiàn)高靈敏度的物體熱電磁輻射測(cè)量，微波輻射計(jì)天線(xiàn)接受的總功率與溫度有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此可采用天線(xiàn)溫度來(lái)度量物體的輻射強(qiáng)度。根據(jù)以上原理，先在實(shí)驗(yàn)室中根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取ESDD來(lái)與發(fā)射率對(duì)應(yīng)得到與一定量的污穢對(duì)應(yīng)著的特定天線(xiàn)溫度，進(jìn)而在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)測(cè)量絕緣子的天線(xiàn)溫度來(lái)判斷絕緣子的運(yùn)行狀況。

4.2 紫外脈沖法

絕緣子放電時(shí)伴有光現(xiàn)象，其中含有一定的紫外光，清潔絕緣子的放電非常少，而污穢絕緣子則經(jīng)常在濕度較大時(shí)伴有放電現(xiàn)象。絕緣子污穢過(guò)程中伴有放電情況的變化，可以利用絕緣子的放電差異來(lái)檢測(cè)污穢程度。紫外成像技術(shù)作為非接觸帶電檢測(cè)方法，能方便快捷的檢測(cè)到絕緣子外部放電，但因絕緣子放電的原因很多，有必要通過(guò)大規(guī)模、系統(tǒng)的試驗(yàn)，利用紫外成像技術(shù)研究的絕緣子的電暈特性變化，研究這些變化與絕緣子絕緣特性之間的關(guān)系，找出能較準(zhǔn)確反映放電強(qiáng)弱及變化的紫外圖像參量，做到能定量的判斷絕緣子放電水平強(qiáng)弱，以及用來(lái)評(píng)估絕緣子的運(yùn)行狀態(tài)，因此利用紫外成像技術(shù)來(lái)研究絕緣子放電無(wú)論從學(xué)術(shù)還是實(shí)際應(yīng)用，都具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。

圖1 紫外成像檢測(cè)原理圖

紫外成像原理如圖1所示，紫外成像技術(shù)是利用特殊的儀器接受信號(hào)源(包括可見(jiàn)光、紫外光和紅外光)照射，從信號(hào)源傳輸?shù)匠上耒R頭的有信號(hào)源自身輻射的紫外光，也有信號(hào)源反射的背景光。紫外成像儀利用分光鏡將入射光線(xiàn)分成兩部分，其中一部分是可見(jiàn)光信號(hào)，直接由CCD采集形成數(shù)字圖像;而另一部分經(jīng)過(guò)紫外“日盲”濾光鏡后，只保留其中的紫外部分，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、MCP增益放大后在熒光屏上形成放電圖像，然后同樣經(jīng)CCD采集形成數(shù)字圖像，最后，通過(guò)圖像融合算法實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光圖像與紫外圖像的疊加生成顯示設(shè)備及其表面電暈放電的合成圖像，達(dá)到確定電暈位置和強(qiáng)度的目的，為評(píng)價(jià)設(shè)備的運(yùn)行情況提供依據(jù)。

紫外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為塔機(jī)、GPRS無(wú)線(xiàn)通道、主站3大部分，其中塔機(jī)是實(shí)現(xiàn)的核心。塔機(jī)由電源模塊、紫外傳感器驅(qū)動(dòng)電路、控制及信號(hào)處理模塊、通信模塊構(gòu)成(見(jiàn)圖2)。其中電源模塊采用太陽(yáng)能電源帶2個(gè)蓄電池，一主一備可以穩(wěn)定供電。紫外傳感器驅(qū)動(dòng)電路的靈敏度與電源電壓大小有關(guān)，可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。

塔機(jī)端通過(guò)GPRS模塊把數(shù)據(jù)傳遞到互聯(lián)網(wǎng)，主站端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收。考慮到后期變換域數(shù)據(jù)分析的需要，塔機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)應(yīng)該帶有時(shí)標(biāo)，把單位時(shí)間段等分為N個(gè)采樣點(diǎn)，把有放電脈沖到來(lái)的采樣點(diǎn)標(biāo)記為1，無(wú)放電脈沖的采樣點(diǎn)標(biāo)記為0。由于絕緣子放電是偶發(fā)現(xiàn)象且發(fā)生放電時(shí)候較為集中，數(shù)據(jù)冗余很大?？紤]到這個(gè)數(shù)據(jù)特性，壓縮采用了一維行程編碼。編碼后原始放電數(shù)據(jù)被壓縮，由GPRS模塊以無(wú)線(xiàn)方式傳輸?shù)街髡尽?/p>

圖2 絕緣子紫外在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖

主站部分通過(guò)GPRS或者固定網(wǎng)絡(luò)從因特網(wǎng)接收各塔機(jī)的數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)放電數(shù)據(jù)的分析處理以判定絕緣子的污穢情況。

5 結(jié)論

絕緣子污閃事故的損失是雷電閃絡(luò)事故的十倍，通過(guò)及時(shí)檢測(cè)絕緣子的表面積污程度并及時(shí)清掃可降低事故的發(fā)生。本文介紹了絕緣子絕緣性能降低兩大因素和絕緣子污穢的檢測(cè)方法，保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

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