能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的輸電線路絕緣子在線檢測方法綜述

陳星宇，楊 劍，劉浩春，章佳瑩

（1.國網(wǎng)浙江義烏市供電公司，浙江 義烏 322000；2.國網(wǎng)浙江麗水供電公司，浙江 麗水 323000；3.國網(wǎng)浙江紹興供電公司，浙江 紹興 312000）

0 引 言

目前，我國的電力系統(tǒng)仍是由發(fā)、輸、變、配以及用電等環(huán)節(jié)構(gòu)成[1]。在智能電網(wǎng)建設(shè)中，保障輸電線路的可靠性尤為重要。絕緣子在輸電線路中大量存在，并起到電氣絕緣及機(jī)械支撐的關(guān)鍵作用，同時其污穢、裂紋以及破損等故障對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行危害極大。因此，運(yùn)用人工智能技術(shù)，進(jìn)行絕緣子表面智能檢測，快速及時有效地診斷出故障對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)已成為國家電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢，我國西電東送的基本格局勢必要與電網(wǎng)智能化和信息化的發(fā)展緊密聯(lián)系。然而，我國的特高壓骨干線路不僅輸電距離長，而且沿途環(huán)境惡劣[2]。絕緣子猶如輸電線路之骨架，保證了整個電網(wǎng)的電能的安全穩(wěn)定輸送。然而，絕緣子掛網(wǎng)運(yùn)行后，由于長期暴露于風(fēng)吹日曬和雨雪等惡劣環(huán)境下，其電氣與機(jī)械性能下降，從而產(chǎn)生故障，大大增加了電力系統(tǒng)事故發(fā)生的概率，甚至給人們的生產(chǎn)生活造成不可挽回的損失。

本文結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對現(xiàn)有的絕緣子檢測技術(shù)進(jìn)行原理上的剖析和比較，結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大趨勢，提出智能化環(huán)境下的絕緣子綜合檢測系統(tǒng)的思路，為電網(wǎng)的檢修與調(diào)控增加了智能化的技術(shù)手段。

1 現(xiàn)狀分析

由于長期經(jīng)受高壓、風(fēng)吹日曬、溫度變化以及雨雪等外界因素的作用，高壓輸電線路上的絕緣子可能出現(xiàn)各種故障，如老化問題、污閃問題、雷擊網(wǎng)絡(luò)以及零值絕緣子等[3]。因而，可以根據(jù)絕緣子表面的溫度、放電情況及破損情況進(jìn)行判斷，檢測出不同類型的故障。下面介紹3種常規(guī)的檢測方法，對絕緣子不同類型的缺陷狀況與檢測方法的應(yīng)用前景進(jìn)行分析與對比。

1.1 絕緣子破損及超聲波檢測法

一般情況下，絕緣子的破損是指其內(nèi)外受到損壞，如氣泡、裂紋以及夾渣等狀況。一旦出現(xiàn)類似狀況，就可能產(chǎn)生裂化，導(dǎo)致其斷裂。圖1為絕緣子超聲波檢測原理，該檢測方法運(yùn)用超聲波在不同介質(zhì)中的物理性能，對絕緣子存在的物理缺陷進(jìn)行檢測。

圖1 絕緣子超聲波檢測原理

1.2 絕緣子低阻值檢測法

長期運(yùn)行下，絕緣子串會存在失效的狀況，影響其等效電阻，使電阻減小，因此需要針對低阻絕緣子開展有效檢測。

1.2.1 絕緣子電阻測定法

由于存在缺陷的絕緣子的電阻值會出現(xiàn)很大程度的降低，因此絕緣子的缺陷可以通過檢測電阻的大小來實現(xiàn)，電阻法是應(yīng)用最廣泛的方法。

1.2.2 電場測量法

正常情況下，運(yùn)行中絕緣子的場強(qiáng)和電勢沿絕緣子軸向的變化曲線是光滑的。當(dāng)導(dǎo)通性出現(xiàn)問題時，絕緣子周圍的場強(qiáng)分布就會發(fā)生變化，其分布曲線也產(chǎn)生變化。通過對比分析可以準(zhǔn)確定位電場畸變，從而達(dá)到檢測目的。

電場分布測量法如圖2所示。正常絕緣子場強(qiáng)和電勢的曲線是光滑的，如曲線A所示，當(dāng)出現(xiàn)導(dǎo)通性故障時，故障處電位變?yōu)橐还潭ㄖ?，場?qiáng)降低，如圖2黑色區(qū)域所示。此時，電場分布曲線如曲線B所示，產(chǎn)生畸變。合成絕緣子串場強(qiáng)分布可以準(zhǔn)確地判斷絕緣子內(nèi)導(dǎo)通缺陷。

圖2 電場分布測量法示意圖

1.2.3 紅外熱像儀法

一般情況下，物體溫度不同，其輻射的紅外強(qiáng)度也不同。紅外熱像儀正是利用這種原理實現(xiàn)絕緣子各部位實際溫度的測量，從而辨別缺陷區(qū)域。該方法具有較強(qiáng)的抗干擾能力，且可以帶電測量，但是成本高，對玻璃絕緣子或瓷絕緣子檢測效果不明顯。

1.3 電暈放電的紫外成像法

電暈是判斷絕緣子老化的重要依據(jù)。同時，電暈的過程可以輻射大量紫外線。根據(jù)這一原理，紫外成像儀法便可用于潮濕陰雨的天氣中，從而判斷電暈，檢測絕緣子表面缺陷。

紫外檢測法可以帶電作業(yè)，同時其監(jiān)測狀態(tài)下的設(shè)備運(yùn)行情況也不會發(fā)生改變，因此使用該方法檢測不用對其直接接觸，具有時效性和高效性等優(yōu)點(diǎn)，可用于在局部放電的情況下進(jìn)行規(guī)?；亩ㄆ趨^(qū)域性巡檢，但是該方法只能在陰雨天氣進(jìn)行，而且檢測成本較高。

2 能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下絕緣子在線智能檢測

2.1 絕緣子污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)

目前，無人機(jī)巡線技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，它主要結(jié)合了紫外成像法等非電類方法。通過無人機(jī)作為運(yùn)載工具，結(jié)合多種檢測方法進(jìn)行綜合判斷，同時采用傳統(tǒng)定位手段對故障絕緣子準(zhǔn)確定位。在基于智能電網(wǎng)的環(huán)境下，綜合無人機(jī)巡檢系統(tǒng)逐步受到人們關(guān)注。

輸電線路的安全防護(hù)措施也需要高度重視。因此需要建立以單片機(jī)（或DSP）為中心控制單元的桿塔線路綜合在線檢測系統(tǒng)，用以對桿塔的短路電流進(jìn)行判斷檢測，保障輸電工人的人生安全。該系統(tǒng)需要通信系統(tǒng)將檢測結(jié)果發(fā)往控制中心，可以及時有效地對綜合輸電線路進(jìn)行綜合評價。

當(dāng)前，基于絕緣狀態(tài)的特征量在線檢測技術(shù)也日趨成熟，很多地區(qū)已經(jīng)投入運(yùn)行，并且取得了很大的成功。

陜西某公司運(yùn)用無線通信網(wǎng)絡(luò)研制出了一種基于GPRS的絕緣子遠(yuǎn)距離在線監(jiān)測系統(tǒng)，如圖3所示。通過對系統(tǒng)化的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線切分，實現(xiàn)了在智能電網(wǎng)環(huán)境下遠(yuǎn)距離監(jiān)控與遙感測量絕緣子的狀態(tài)。

圖3 絕緣子污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)

要實現(xiàn)智能電網(wǎng)環(huán)境下綜合檢測系統(tǒng)的發(fā)展，首先應(yīng)重點(diǎn)考慮統(tǒng)一接口的規(guī)模化生產(chǎn)，其次需要選取合適的特征量作為檢測的特征量，避免高速數(shù)據(jù)采集，最后可以根據(jù)不同地方的特點(diǎn)有選擇性地架入通信網(wǎng)絡(luò)，減小運(yùn)行成本。

2.2 便攜式絕緣子在線檢測系統(tǒng)的提出

上述檢測方法雖可以在線檢測，但僅僅只是單方面的集中測量，若要全面精準(zhǔn)測出絕緣子的故障和狀況，需要更綜合的在線檢測手段。為此本文提出了便攜式在線檢測系統(tǒng)的設(shè)計方案，在節(jié)約成本的前提下豐富其檢測功能，基本設(shè)計框架如圖4所示。

圖4 便攜式在線檢測系統(tǒng)的總體框圖

由圖4可見，該系統(tǒng)主要包括網(wǎng)絡(luò)化在線檢測模塊和便攜式檢測模塊兩個模塊。其中，網(wǎng)絡(luò)化在線檢測模塊通過低成本的圖像傳輸模塊，實現(xiàn)零值絕緣子的在線檢測，同時也實現(xiàn)了線路總體的在線監(jiān)測。便攜式檢測模塊通過物理學(xué)檢測系統(tǒng)做成便攜式配置，實現(xiàn)絕緣子物理狀態(tài)和故障以及表面污穢度的測量。這種便攜裝置可以作為無人機(jī)的載體開展輸電線路巡檢，通過現(xiàn)場測量全面分析線路絕緣子的狀況。

便攜式絕緣子在線檢測系統(tǒng)方案的提出，為綜合分析絕緣子的絕緣狀態(tài)提供了技術(shù)支持，也滿足了不同檢測系統(tǒng)靈活匹配的需求，從而節(jié)約了檢測成本，充分發(fā)揮系統(tǒng)各配置的性能優(yōu)勢，達(dá)到在智能電網(wǎng)環(huán)境下檢測網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化的目的。

3 結(jié) 論

輸電線路絕緣子故障的有效檢測對電網(wǎng)的安全運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用，只有及時有效地發(fā)現(xiàn)并消除絕緣子缺陷，才能保證輸電線路的安全運(yùn)行。本文通過對線路絕緣子在線和帶電檢測方法對比分析，提出絕緣子污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)和便攜式在線檢測系統(tǒng)的概念，給出了總體設(shè)計思路。所提出的各類檢測手段都能夠通過人工智能的方法實現(xiàn)在線網(wǎng)絡(luò)化測量，對于能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下綜合評價線路絕緣子的絕緣狀況有很大的參考作用。

隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)進(jìn)一步深化，利用綜合無人機(jī)系統(tǒng)和智能飛行機(jī)器人等手段對輸電線路進(jìn)行智能巡檢將得到更廣泛的應(yīng)用。由于能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的特殊性，智能化和集成化的檢測與終端通信的水平要求需要進(jìn)一步提高，也需要進(jìn)一步提高各類智能設(shè)備的識別率與實時同步率。