絕緣子缺陷帶電檢測(cè)原理及仿真技術(shù)綜述

沈陽(yáng)工程學(xué)院 于杰承 高 陽(yáng) 冷雪敏

絕緣子缺陷帶電檢測(cè)原理及仿真技術(shù)綜述

沈陽(yáng)工程學(xué)院 于杰承 高 陽(yáng) 冷雪敏

本文介紹了絕緣子缺陷的在線檢測(cè)的機(jī)制，目前國(guó)內(nèi)常見的合成絕緣子帶電檢測(cè)方法是可視化的，并不能找到硅橡膠缺陷以下潛在的準(zhǔn)確性。本文闡述了絕緣子內(nèi)缺陷檢測(cè)原理，通過對(duì)絕緣子串的縱向電場(chǎng)分布的提取，根據(jù)缺陷絕緣子絕緣子的縱向電場(chǎng)分布的判斷，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)的地面人員，這些數(shù)據(jù)將顯示在曲線，可以用來顯示是否絕緣子內(nèi)部缺陷。為尋找輸電線路故障絕緣子提供了方便，提高了供電的可靠性，本實(shí)用新型填補(bǔ)了以往復(fù)合絕緣子串運(yùn)行中無(wú)法檢測(cè)到的空白，具有很好的推廣價(jià)值。

合成絕緣子；故障缺陷監(jiān)測(cè)；帶電檢測(cè)設(shè)備

0.引言

在我國(guó)，復(fù)合絕緣子已廣泛應(yīng)用于35kV至500kV的電壓等級(jí)。隨著我國(guó)合成絕緣子數(shù)量的不斷增加，合成絕緣子造成的經(jīng)濟(jì)損失也越來越多。目前，在中國(guó)的復(fù)合絕緣子現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的唯一方法是目測(cè)，它找不到準(zhǔn)確的潛在缺陷的硅橡膠。為了發(fā)現(xiàn)復(fù)合絕緣子潛在的早期故障，防止因潛在故障而引起的故障，必須對(duì)絕緣子中的活絕緣子進(jìn)行檢測(cè)。在運(yùn)行過程中，隨著絕緣子老化，復(fù)合絕緣子內(nèi)部缺陷逐年增加，復(fù)合絕緣子因內(nèi)部缺陷閃絡(luò)的可能性越來越高[1]。因此，開展對(duì)復(fù)合絕緣子帶電檢測(cè)技術(shù)的研究，開發(fā)相應(yīng)的帶電探測(cè)器是十分必要和迫切的。

1.絕緣子內(nèi)缺陷檢測(cè)原理

本文提供了一種帶電檢測(cè)設(shè)備的絕緣體，通過提取絕緣子串的縱向電場(chǎng)分布，根據(jù)缺陷絕緣子絕緣子的縱向電場(chǎng)分布的判斷，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)的地面人員，數(shù)據(jù)將顯示為曲線，可以直觀顯示是否已在故障絕緣子缺陷。為了找到輸電線路的故障絕緣子，便于提高供電可靠性。

本文實(shí)施例中， 所述的數(shù)據(jù)接收終端機(jī)用于采用最小二乘法對(duì)接收的縱向電場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，將擬合后的曲線與原始采集的縱向電場(chǎng)數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行對(duì)比，得到了兩條曲線之間的最大差值，確定了最大差值是否超過設(shè)定閾值的最大差值。如果測(cè)試絕緣子有缺陷，則需要更換或修理，否則，絕緣子正常；

本文實(shí)施例中，數(shù)據(jù)接收終端機(jī)包括絕緣子帶電檢測(cè)儀分析軟件和計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)及分析軟件用于處理所述絕緣子帶電檢測(cè)儀向所述數(shù)據(jù)接收終端機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，將計(jì)算分析結(jié)果通過計(jì)算機(jī)顯示出來。

2.絕緣子帶電檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)步驟

步驟1、采用電場(chǎng)傳感器采集絕緣子的縱向電場(chǎng)數(shù)據(jù)，并對(duì)所采集的縱向電場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)源濾波和差分放大處理；

本文實(shí)施例中，通過對(duì)所采集的縱向電場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)源濾波和差分放大處理，將信號(hào)調(diào)理至采集合理范圍[2]；

步驟2、當(dāng)電場(chǎng)傳感器接近絕緣子邊沿時(shí)觸發(fā)光電傳感器，將當(dāng)前電場(chǎng)傳感器所采集的絕緣子縱向電場(chǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集單元；

本文實(shí)施例中，電場(chǎng)傳感器接近絕緣子邊沿時(shí)觸發(fā)光電傳感器，通知單片機(jī)電場(chǎng)傳感器處于最佳位置，請(qǐng)求測(cè)量電場(chǎng)數(shù)據(jù)；

步驟3、數(shù)據(jù)采集單元根據(jù)各周期內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)，求取各周期的縱向電場(chǎng)數(shù)據(jù)有效值，并發(fā)送至單片機(jī)中；

步驟4、單片機(jī)對(duì)接收到的每個(gè)周期的縱向電場(chǎng)數(shù)據(jù)的有效值進(jìn)行平滑濾波，通過無(wú)線自組網(wǎng)的通信將處理后的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)接收端；

本文實(shí)施例中，單片機(jī)采集20周期有效值數(shù)據(jù)，進(jìn)行平滑濾波處理，減少誤采樣概率，提高采樣準(zhǔn)確率；

步驟5、反復(fù)執(zhí)行步驟1至步驟5，直至絕緣子串所有絕緣子均完成測(cè)量；

步驟6、數(shù)據(jù)接收終端機(jī)采用最小二乘法對(duì)接收的縱向電場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合；

步驟7、將擬合后的曲線與原始采集的縱向電場(chǎng)數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行對(duì)比，獲得兩曲線之間的最大差值；

步驟8、確定最大差值是否超過設(shè)定閾值，如果是這樣，則測(cè)試絕緣子中存在需要更換或修理的缺陷，否則，絕緣子正常[3]。

本文實(shí)施例中，將最小二乘法計(jì)算處理結(jié)果和原采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比做差值，根據(jù)預(yù)先設(shè)定閾值可以判斷出對(duì)應(yīng)絕緣子內(nèi)部缺陷；絕緣子正常情況下電場(chǎng)縱向分布曲線是平滑曲線，出現(xiàn)局部絕緣子缺陷會(huì)造成電場(chǎng)曲線有較大畸變率。在本項(xiàng)目中控制系統(tǒng)是單片機(jī)系統(tǒng)，采用Atmega公司高性能16位簡(jiǎn)指令集的MCU，可以實(shí)現(xiàn)20M/s的數(shù)據(jù)處理頻率，該MCU的外圍接口豐富，單電源供電，擴(kuò)展方便，并且具有體積小和極低功耗，具有工業(yè)級(jí)的指標(biāo)符合室外的高低溫等環(huán)境和高抗干擾特性，這些在電力行業(yè)都是很重要的特性。電場(chǎng)傳感器系統(tǒng)是指利用耦合電極方法測(cè)量絕緣子縱向電場(chǎng)的相關(guān)傳感器和外圍電路，是本產(chǎn)品的核心系統(tǒng)之一；通信系統(tǒng)采用了Zigbee技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，方便了數(shù)據(jù)傳輸。整個(gè)設(shè)備的供電采用可充電的蓄能電池[4]。

3.檢測(cè)轉(zhuǎn)置通信設(shè)計(jì)

無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)是移動(dòng)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中可以簡(jiǎn)單地計(jì)算感知周圍的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)在無(wú)線通信中與鄰居節(jié)點(diǎn)的通信半徑。通過Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，這些節(jié)點(diǎn)形成低功耗和高度靈活的網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)用戶終端有兩個(gè)功能：路由器和主機(jī)。作為主機(jī)，終端需要運(yùn)行各種應(yīng)用程序的用戶；作為一個(gè)路由器，終端需要運(yùn)行一個(gè)路由協(xié)議，根據(jù)路由策略和路由表的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)和路由維護(hù)工作，節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)合適的路由協(xié)議的要求[5]。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的目標(biāo)是快速、準(zhǔn)確、高效，找到準(zhǔn)確的路由信息，可以在最短的時(shí)間內(nèi)調(diào)查，并能適應(yīng)快速變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)減少了額外的延遲和維護(hù)控制信息的路由，減少路由協(xié)議的開銷，以滿足移動(dòng)終端的計(jì)算能力，限制存儲(chǔ)空間和權(quán)力。

4.結(jié)論

根據(jù)理論分析，復(fù)合絕緣子的最大電場(chǎng)強(qiáng)度沿軸線測(cè)量，沿軸向逐漸減小，在塔的中心達(dá)到最小值，然后隨著缺陷的增加，對(duì)應(yīng)的波形失真曲線將出現(xiàn)的位置。復(fù)合絕緣子的實(shí)測(cè)電場(chǎng)分布曲線與良好的復(fù)合絕緣子的曲線形狀一致，表明這些絕緣子不存在缺陷。根據(jù)分布曲線的凸變，可以判斷運(yùn)行中絕緣子的好壞，填補(bǔ)了原復(fù)合絕緣子串運(yùn)行中無(wú)法檢測(cè)到的空白。從用于測(cè)試的效率，只有20分鐘，基于66kV級(jí)絕緣子的電場(chǎng)分布檢測(cè)。根據(jù)以上分析，準(zhǔn)確可靠，操作簡(jiǎn)便，本實(shí)用新型填補(bǔ)了以往復(fù)合絕緣子串運(yùn)行中無(wú)法檢測(cè)到的空白，具有很好的推廣價(jià)值。

[1]楊哲,鐘宏宇,高陽(yáng),賀瑞斌,戴菁．關(guān)于合成絕緣子內(nèi)缺陷帶電檢測(cè)技術(shù)的研究[J]．山東工業(yè)技術(shù),2015(20):184-186．

[2]李世林,李特,張湘．復(fù)合絕緣子帶電檢測(cè)技術(shù)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J]．電工電氣,2013(6):7-10．

[3]王少華,葉自強(qiáng),羅盛．500kV復(fù)合絕緣子斷裂機(jī)理及檢測(cè)方法[J]．中國(guó)電力,2011(8):19-21．

[4]朱振池．支柱絕緣子缺陷檢測(cè)裝置的研究[D]．東南大學(xué),2015．

[5]段軍鵬,艾上美．架空輸電線路絕緣子檢測(cè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究[A]．云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司、云南省電機(jī)工程學(xué)會(huì)．2015年云南電力技術(shù)論壇論文集(上冊(cè))[C]．云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司、云南省電機(jī)工程學(xué)會(huì),2015:3．