基于現(xiàn)場的簡易絕緣子故障指示器的設(shè)計

摘 要：絕緣子故障是長期以來影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要因素之一，針對現(xiàn)有絕緣子故障監(jiān)測裝置無法準(zhǔn)確快速監(jiān)測復(fù)合絕緣子故障的不足，提出一種基于現(xiàn)場的簡易絕緣子故障指示器，解決橡膠絕緣子和復(fù)合絕緣子故障時難以被發(fā)現(xiàn)的問題，提高人工巡查絕緣子故障的效率。

關(guān)鍵詞：絕緣子；故障指示器；故障監(jiān)測

引言

伴隨著社會和科技的發(fā)展，電力消費也在逐漸增加，同時電能質(zhì)量問題也變得更加嚴(yán)峻，可靠的供電越來越受到大家的關(guān)注。在配電網(wǎng)故障中，單相故障占80%，而絕緣子故障是導(dǎo)致單相接地故障的主要原因之一；在輸電網(wǎng)中，絕緣子是高壓架空輸電線路的關(guān)鍵部件，易受到風(fēng)力、冰雪、雷電、粉塵等因素影響，造成絕緣子故障，導(dǎo)致電網(wǎng)跳閘等停電事故；因此，研究能夠準(zhǔn)確快速對絕緣子故障進(jìn)行定位的裝置具有重要意義[1-2]。

1 絕緣子故障檢測研究現(xiàn)狀

絕緣子作為一種特殊的絕緣控件，在架空線路中發(fā)揮著巨大的作用。隨著科技的不斷發(fā)展，絕緣子由直接應(yīng)用于電線桿發(fā)展成為高型高壓輸電鐵塔上由很多盤式絕緣子組成的絕緣子串，在電力輸電線路上發(fā)揮越來越重要的作用。

絕緣子串通常由玻璃或陶瓷制作而成，可以有效地增加爬電距離，近年來出現(xiàn)了具有抗污閃能力強(qiáng)、維護(hù)少等優(yōu)點的橡膠絕緣子、復(fù)合絕緣子等，在現(xiàn)場中得到廣泛應(yīng)用。絕緣子在架空輸電線路中起著兩個基本作用：支撐導(dǎo)線和防止電流回地。絕緣子的這兩個作用必須得到保證，不應(yīng)該由于環(huán)境和電負(fù)荷條件發(fā)生變化導(dǎo)致的各種機(jī)電應(yīng)力而失效，若絕緣子頻繁出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致接地短路等各類故障，損害線路的使用和運行壽命，進(jìn)而危及整個系統(tǒng)的安全，因此，對絕緣子故障的監(jiān)測是非常有必要的。

絕緣子的檢測，主要依據(jù)是劣化絕緣子的電氣性能、溫度分布、局部放電等與良好絕緣子相比存在著差異。根據(jù)這些特征和差異，研制了很多不同的檢測方法。多年來，電力線路及變電站絕緣子的絕緣狀況檢測方法主要有離線檢測和在線檢測兩種[3]。

1.1 離線檢測

劣質(zhì)絕緣子的絕緣密度下降，其主要表現(xiàn)為絕緣電阻降低、甚至為零，分擔(dān)電壓下降、甚至為零，耐受電壓水平也降低，根據(jù)此特征出現(xiàn)了絕緣電阻測定法、分布電壓測定法、交流耐壓法，其中交流耐壓法是最直接、最權(quán)威、也是檢驗其他方法有效性和檢出劣質(zhì)絕緣子真?zhèn)蔚囊罁?jù)。

除了上述三種方法，離線檢測還有離線鹽密度測量和超聲波檢測法。離線鹽密度測量是把絕緣子表面的導(dǎo)電污物密度轉(zhuǎn)化等值為單位面積上含有多少毫克的鹽，是劃分污穢等級的依據(jù)，也是選擇絕緣水平和確定維護(hù)措施的依據(jù)。超聲波檢測法利用聲電傳感器，探測劣質(zhì)絕緣子發(fā)生局部放電時發(fā)出的超聲波來確定劣質(zhì)部位。

在評估絕緣子的性能方面，以上方法是有效可行的，但是也存在一些不足：工作量比較大，測量精度也不夠高，并且離線測試并不能反映絕緣子在現(xiàn)場實際運行時的狀態(tài)和情況。

1.2 在線檢測

為了獲取絕緣子在實際運行下的狀況和情態(tài)，絕緣子在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究在最近幾年逐漸引起國內(nèi)外電力工作者的重視。目前，國內(nèi)外絕緣子在線監(jiān)測多是基于全球移動通信網(wǎng)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及傳感器技術(shù)的檢測等，通過調(diào)理電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換等獲得電氣量信息，實時監(jiān)測絕緣子的污穢以及老化狀況，然后由專家系統(tǒng)做出準(zhǔn)確的評估和預(yù)測，以實現(xiàn)故障警告。

絕緣子在線監(jiān)測方法主要有激光多普勒振動法、紅外熱像儀法、紫外成像法為代表的非電量測量法和以電場法、脈沖電流法為典型的電量測量法[4-6]。

目前，在線監(jiān)測系統(tǒng)存在以下缺點：（1）僅以設(shè)定泄漏電流報警閥值為主要手段，報警方式單一；（2）監(jiān)測數(shù)據(jù)量較大，中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)較為復(fù)雜，處理數(shù)據(jù)的時候會產(chǎn)生誤差，影響判斷結(jié)果；（3）不能進(jìn)行故障定位，無法直接提供故障點的坐標(biāo)；（4）無線傳輸系統(tǒng)的成本較高。

現(xiàn)有的絕緣子除玻璃和陶瓷制品之外，逐漸發(fā)展出橡膠絕緣子、復(fù)合絕緣子等。復(fù)合絕緣子具有耐污閃能力強(qiáng)、維護(hù)少等優(yōu)點，得到很多供電單位的青睞。目前，大部分復(fù)合絕緣子在線運行時間較長，很多地方已出現(xiàn)復(fù)合絕緣子劣化問題，并且由復(fù)合絕緣子老化引起的事故數(shù)量也在不斷增多。但是由于發(fā)生事故的復(fù)合絕緣子無法快速有效的檢測出來，極有可能引起其他復(fù)合絕緣子故障，并且復(fù)合絕緣子上電壓分布的非線性程度要比陶瓷絕緣子大，使得復(fù)合絕緣子的檢測更加困難。

2 基于現(xiàn)場的絕緣子故障指示器

針對現(xiàn)有絕緣子故障檢測方法的不足，提出一種基于現(xiàn)場的簡易絕緣子故障指示器，用以解決橡膠絕緣子和復(fù)合絕緣子故障時難以被發(fā)現(xiàn)的問題，提高人工巡查絕緣子故障的效率及準(zhǔn)確度。

基于現(xiàn)場的絕緣子故障指示器結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。整個故障指示裝置由電流互感器、靜鐵芯、動鐵芯、楔形棒、彈簧、指示板和支撐部分組成。

故障指示器的工作原理是通過電流互感器獲取絕緣子下方接地電流，并將其通入靜鐵芯中，根據(jù)故障下的電流突增使得鐵芯接觸導(dǎo)致指示板彈出來顯示絕緣子故障與否。在電力系統(tǒng)正常運行時，系統(tǒng)的三相基本是對稱的，通過靜鐵芯的絕緣子接地電流非常小，基本沒有磁場產(chǎn)生，此時，動鐵芯是靜止的，楔形棒將指示板串套在一起，觀測口處無顏色顯示。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，絕緣子沿面放電被擊穿時，絕緣子接地電流會突然增大，在靜鐵芯中產(chǎn)生較大磁場，動鐵芯在磁力的吸引下向上移動，楔形棒隨之向上移動，使原本串套在一起的指示板在彈簧的作用力下彈開，觀測口處顯示為紅色，即故障狀態(tài)。

裝置外殼選擇有機(jī)透明材質(zhì)，可以方便觀察絕緣子狀態(tài)指示板的變化，同時有效支撐鐵芯及指示板。

絕緣子的電氣性故障主要有擊穿和閃絡(luò)兩種。擊穿是在絕緣子內(nèi)部發(fā)生的，是絕緣子通過鐵腳間瓷體與鐵帽之間進(jìn)行放電，從外表上看基本是不可能發(fā)現(xiàn)的，也不會產(chǎn)生痕跡，但是絕緣子本身已經(jīng)失去了絕緣性能，甚至絕緣子有可能被完全破壞；而閃絡(luò)則是發(fā)生在絕緣子表面，從外表上可以看見明顯的燒痕，但是這種情況下有可能不會失掉絕緣性能。因此，通過電氣量來判斷絕緣子故障與否是可行的。

與常規(guī)的絕緣子故障檢測方法相比，基于現(xiàn)場的絕緣子故障指示器裝置具有以下優(yōu)勢：（1）裝置工藝簡單，施工方便，降低生產(chǎn)成本；（2）故障時接地電流變化明顯，可以有效判別故障的發(fā)生，提高準(zhǔn)確度；（3）不需要進(jìn)行實質(zhì)的數(shù)據(jù)采集與處理，從理論上減小誤差的影響；（4）故障指示清晰明了，有利于提高人工巡查效率。

本裝置利用電力系統(tǒng)正常運行與故障時絕緣子接地電流的劇烈變化，迅速而有效地做出反應(yīng)，指示故障狀態(tài)，有利于提高人工尋找故障的效率。同時，楔形棒與指示板的組合易于實現(xiàn)且靈敏度較高，判斷結(jié)果準(zhǔn)確，解決人工巡查時容易誤判的問題。

3 結(jié)束語

絕緣子在電力輸電線路中發(fā)揮著重要作用，絕緣子故障的不及時排除會引起電力系統(tǒng)的一系列事故。文章簡要總結(jié)絕緣子故障的離線檢測方法和在線檢測方法并簡要分析其優(yōu)劣，針對復(fù)合絕緣子難以被發(fā)現(xiàn)的問題，提出一種基于在線的簡易絕緣子故障指示器，通過簡潔明了的指示，提高人工巡查絕緣子故障的效率，并提高故障判斷的準(zhǔn)確率。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：康嘉睿（2000-），女，漢族，四川安岳人，單位：山東省青島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)第一中學(xué)。