關(guān)于高壓絕緣子在線檢測與故障診斷方法的研究

多向陽 肖澤海

摘 要：在長時間的高電壓和惡劣天氣的作用下，高壓絕緣子很可能破損，導致高壓輸配電線的絕緣水平減低，進而導致電力系統(tǒng)受損，影響居民的工作生活，甚至威脅到居民的生命安全。本文簡要分析了高壓絕緣子的故障原因，并介紹了高壓絕緣子在線檢測系統(tǒng)的原理和設計方法。

關(guān)鍵詞：高壓絕緣子 檢測系統(tǒng) 故障定位

中圖分類號：TM216 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（b）-0043-02

高壓絕緣子的損壞會嚴重威脅到電力系統(tǒng)的安全和居民的正常工作生活，目前檢測高壓絕緣子故障的方法都需要工作人員爬到高壓線塔中逐一檢測，工作量大且較危險，所以如何設計出一套高壓絕緣子在線檢測系統(tǒng)是電力系統(tǒng)需要研究的，本文從高壓絕緣子的故障原因入手，分析了監(jiān)測系統(tǒng)的原理，并設計了一套監(jiān)測系統(tǒng)。

1 高壓絕緣子故障機理及檢測方法

1.1 絕緣子阻值降低

由于長期在露天環(huán)境下工作，風雨雪以及暴曬等惡劣的天氣會或多或少地對絕緣子造成一定的影響，其中發(fā)生最廣泛的就是局部絕緣子失效，進而降低了整個絕緣子的等效組織，由于這種情況不會導致絕緣子停止運行，短時間內(nèi)也不會發(fā)生其他后果，所以一般很少被發(fā)現(xiàn)，但隨著情況的不斷惡化，最終會導致絕緣子擊穿。根據(jù)絕緣子阻值降低前后的性質(zhì)差別，可以得出幾個檢測絕緣子阻值降低的方法，絕緣子阻值降低后，發(fā)生的變化有局部電壓增大、電場分布改變、電暈脈沖電流明顯、熱場分布改變，所以，可以通過檢驗對比這幾項數(shù)據(jù)，即應用電壓分布法、電場測量法、脈沖電流法、紅外成像法檢測絕緣子阻值是否降低。

1.2 絕緣子電暈放電

絕緣子電暈放電是指絕緣子表面的電暈電流頻率過大導致絕緣子局部電壓過高的現(xiàn)象，其原因是絕緣子表面的實際E值超過了合理的E值的范圍，導致絕緣子周圍的氣體介質(zhì)帶電，正負電子各自奔向負正二極，進而產(chǎn)生電流，即氣體介質(zhì)放電，絕緣子電暈放電直接導致負流注放電現(xiàn)象，若不能及時發(fā)現(xiàn)而任由負流注放電至負極時，絕緣子發(fā)生火花放電，并迅速被擊穿。由于電暈放電氣體介質(zhì)帶電，所以，可以利用紫外成像技術(shù)檢查絕緣子的氣體介質(zhì)中是否存在定向移動的電荷，進而確定絕緣子是否有電暈放電現(xiàn)象。

1.3 絕緣子破損

絕緣子破損包括絕緣子原本的質(zhì)量問題（如內(nèi)部存在電阻差、有氣泡、有夾渣等）和運行后出現(xiàn)的裂紋、脫粘等，這些問題都會導致絕緣子的機械強度降低、絕緣子斷裂等，進而導致爬電距離減小，導致高壓輸配電網(wǎng)絡出現(xiàn)故障，檢查這一問題只能用觀察法和超聲波法，超聲波法的原理是利用脈沖在絕緣子中的運動軌跡，從其折射和反射現(xiàn)象中分析絕緣子內(nèi)部是否存在質(zhì)量問題。絕緣子被污染后形成的表面污層可以導電，污物的組成中大部分是硫酸鈣，其他成分則取決于絕緣子周圍的污染源，它的電導率代表了污層的實際的電氣性能，絕緣子污染有a、b、c、d、e這5個級別，污染級別越高，絕緣子表面的泄漏電流聚集的越多，絕緣子越有可能發(fā)生閃絡現(xiàn)象，及時檢查絕緣子表面是否存在污穢可避免絕緣子擊穿。

2 高壓絕緣子在線檢測系統(tǒng)的設計

2.1 在線檢測系統(tǒng)工作原理

絕緣子阻值降低、絕緣子電暈放電、絕緣子破損和污穢是導致絕緣子故障的原因，這3種故障的共同點是都存在表面泄漏電流，所以，在線檢測系統(tǒng)以表面泄漏電流作為基本參數(shù)，在高壓輸配電網(wǎng)絡中加入實時數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)和GPRS系統(tǒng)，實時數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)要測量絕緣子電壓、電流、電阻、爬電距離、溫度、濕度、表面電流、風力、天氣狀況等數(shù)據(jù)，將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)中，并在系統(tǒng)中定義電阻計算電阻的公式Rn =dRn，根據(jù)電流、電壓、電阻、爬電距離、絕緣子直徑、功率的基本關(guān)系，得到高壓絕緣子中電阻與爬電距離和直徑的關(guān)系，定義最低絕緣子阻值，當絕緣子阻值低于達到此界限時，監(jiān)控系統(tǒng)報警，并通過GPRS系統(tǒng)對故障中心進行定位，監(jiān)控中心中設置一個數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中存儲絕緣子的各種故障的特征和發(fā)生故障時的各項數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)對比故障絕緣子與數(shù)據(jù)庫中的各項數(shù)據(jù)，判斷絕緣子故障類型。

2.2 在線檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

在線檢測系統(tǒng)由電塔；高壓絕緣子；電流傳感器（每個絕緣子連接一個電流傳感器），用于檢測絕緣子的電流將之轉(zhuǎn)為f；GPS模塊，用于數(shù)據(jù)處理中心接受數(shù)據(jù)；防雷擊系統(tǒng)；軟件UART；電源系統(tǒng)（主要用太陽能電池，蓄電池備用）；GPRS模塊，用于發(fā)送數(shù)據(jù)；C8051F010、RS485、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集溫度、濕度、測量風速；主要可劃分為電塔、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析4個模塊。電流傳感器裝在電塔的接地線的探頭中，用于采集漏電脈沖或電暈脈沖，由于絕緣子剛發(fā)生故障時，漏電脈沖或電暈脈沖都很小，不僅不能接入電路，而且會被其他電流（如正常的電力載波和泄漏電流）所干擾，所以探頭中要安裝放大漏電脈沖或電暈脈沖信號的放大器，數(shù)據(jù)分析模塊中也要設置過濾脈沖信號的程序，為了采集到盡量多的漏電脈沖或電暈脈沖信號，放大器的頻率范圍要設置在20～40MHz，過濾脈沖信號的程序要設置512K空間，并選擇20MHz的頻率。數(shù)據(jù)傳輸部分，在線檢測系統(tǒng)采用的是GPS與GPRS系統(tǒng)，與其他的有線和無線傳輸系統(tǒng)相比，GPS與GPRS系統(tǒng)成本低廉、工作量小，由于野外信號不穩(wěn)，所以系統(tǒng)采用了在線檢測系統(tǒng)采用了雙系統(tǒng)模式，根據(jù)網(wǎng)絡信號的覆蓋度和強度自動變換GPRS或SMS模式。除此之外，在線檢測系統(tǒng)還需要解決以下技術(shù)問題：在線監(jiān)測系統(tǒng)與高壓輸配電網(wǎng)絡連接時，輸配電網(wǎng)絡中的高電壓瞬間加到監(jiān)測系統(tǒng)上，很容易造成檢測設備損壞，為此，在設備接入之前，要對監(jiān)測系統(tǒng)進行光電隔離處理，從介質(zhì)方面減小瞬間電壓，同時采取限制電壓的措施，參考防雷擊方法，接入部分防雷擊的措施；對于數(shù)據(jù)采集中環(huán)境對數(shù)據(jù)采集的準確性、信號發(fā)射中的折損等問題，需要采用先進設備，盡量減小高壓環(huán)境的影響，測量時先模擬在測量，去除錯誤數(shù)據(jù)。

2.3 脈沖分析方法

脈沖分析是在線監(jiān)測系統(tǒng)中的重要技術(shù)，是數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析的核心，絕緣子的漏電脈沖和電暈脈沖信號微小、波動幅度也小，不僅達不到數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚〉男盘栔岛筒▌又?，還被同處于20MHz以下其他信號干擾，所以如何分析并篩選出盡量多的有效脈沖信號是研究脈沖分析方法的目的。首先，應選用20～40MHz的放大器放大所有信號，設置一個20MHz的過濾器，采集到的數(shù)據(jù)先傳輸?shù)紽FT軟件中與分析中心儲存的數(shù)據(jù)進行比對，將初步篩選出的信息以.MAT格式儲存，并在軟件內(nèi)設工具箱中分析，最終分析結(jié)果就是脈沖分析結(jié)果，可直觀反映是否存在絕緣子故障。電暈脈沖相位比較法則是根據(jù)脈沖信號的一個周期的數(shù)據(jù)繪出相位分布圖，比較電暈脈沖信號的相位，若在接近工頻信號的正、負峰值處的相位差為180°，則說明有電暈現(xiàn)象發(fā)生，進而比對這些絕緣子的相關(guān)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。小波分析則是通過分析漏電脈沖信號的波形和頻譜，繪出時間—頻率變化圖，若存在漏電脈沖的特征，則證明絕緣子故障。

3 結(jié)語

本文通過對高壓絕緣子的故障分析，從絕緣子阻值降低、絕緣子電暈放電、絕緣子破損3個故障原因入手，分析對比國內(nèi)外已投入應用的絕緣子在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理，先確定新檢測系統(tǒng)的工作原理，根據(jù)工作原理設計出研究方案，通過實驗檢測得出的數(shù)據(jù)證明，該高壓絕緣子在線監(jiān)測系統(tǒng)可行。

參考文獻

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