高壓輸電線路絕緣子在線監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究

劉 勇

（湖南省電網(wǎng)建設(shè)有限公司，湖南 衡陽(yáng) 421000）

0 引 言

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，高壓輸電線路絕緣子污閃事故發(fā)生頻率較高，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生直接影響。當(dāng)前電力部門在污閃問題預(yù)防與解決中，往往采取的是提升外絕緣水平方式和定期清掃方式等。雖然此類方式能夠起到一定的作用，但無法實(shí)現(xiàn)對(duì)絕緣子污濕狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。針對(duì)這一情況，需要應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。通過加大對(duì)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究力度，對(duì)于污閃問題的解決能夠起到良好的促進(jìn)作用。

1 高壓輸電線路絕緣子在線監(jiān)測(cè)必要性

在社會(huì)快速發(fā)展的背景下，人們的生活水平不斷提高，同時(shí)電力工業(yè)也取得了一定成果，無論是系統(tǒng)裝機(jī)容量還是輸電線路電壓等級(jí)都得到很大提升[1]。當(dāng)前很多省級(jí)區(qū)域網(wǎng)裝機(jī)容量已經(jīng)超過1 000 MW，輸電線路運(yùn)行電壓達(dá)到750 kV。在電力系統(tǒng)裝機(jī)容量不斷提升、運(yùn)行電壓等級(jí)不斷提高的背景下，系統(tǒng)運(yùn)行故障影響范圍也隨之增大。基于此，如何提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全性與可靠性是當(dāng)前電力行業(yè)發(fā)展中面臨的一個(gè)重要問題。

從電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中不難看出，高壓電網(wǎng)運(yùn)行故障問題的出現(xiàn)往往受到絕緣不良的影響。在高壓電網(wǎng)絕緣中，高壓絕緣子是其中的薄弱環(huán)節(jié)，絕緣子在電位不同的導(dǎo)電體機(jī)械相互連接中發(fā)揮著不可替代的重要作用，其性能會(huì)對(duì)整個(gè)輸電系統(tǒng)的安全產(chǎn)生直接影響。高壓絕緣子不僅要具備良好的電氣絕緣性能，同時(shí)還要能夠有效避免外界因素的影響，從而在最大程度上確保系統(tǒng)供電安全。

污閃問題的出現(xiàn)是絕緣子表面污濕狀態(tài)已經(jīng)達(dá)到一定程度，此時(shí)絕緣子表面泄漏電流會(huì)出現(xiàn)過道情況。在高壓線路與變電站當(dāng)中，污閃是較為常見的一種現(xiàn)象，這一現(xiàn)象會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成直接影響。在我國(guó)華東、華北以及東北地區(qū)等出現(xiàn)過跨省市的大面積污閃問題，造成地區(qū)網(wǎng)絡(luò)停電和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為了在最大程度上避免污閃問題的出現(xiàn)，針對(duì)絕緣子污閃情況，需要相關(guān)工作人員能夠在短時(shí)間內(nèi)做出合理判斷并采取有效預(yù)防措施與解決措施。在污閃問題的防范中，電力部門會(huì)采用不同方式，例如使用耐污絕緣子、有機(jī)合成絕緣子等，同時(shí)對(duì)絕緣子進(jìn)行定期清洗[2]。這種方式在實(shí)現(xiàn)絕緣子的安全穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用，但無法將絕緣子污染狀態(tài)真實(shí)反映出來，對(duì)于污閃事故預(yù)防無法達(dá)到良好效果?；诖耍邪l(fā)適合應(yīng)用在絕緣子監(jiān)測(cè)中的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)絕緣子運(yùn)行情況的全面監(jiān)督。在此背景下，工作人員可以結(jié)合絕緣子實(shí)際情況采取有效預(yù)防措施，盡量避免污閃問題與其他問題的出現(xiàn)，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)高壓輸電線路絕緣子在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，需要相關(guān)工作人員給予更多重視。

2 高壓輸電線路絕緣子污閃過程分析

對(duì)于污閃絕緣子表面放電機(jī)理，目前并沒有一個(gè)統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。很多學(xué)者認(rèn)為，絕緣子閃絡(luò)現(xiàn)象并不是單純的空氣擊穿，而是與化學(xué)因素、熱因素以及電因素有關(guān)的污穢表面氣體電離、局部電弧發(fā)生熱動(dòng)力平衡的過程。絕緣子濕潤(rùn)時(shí)期表面導(dǎo)電性能被強(qiáng)化，那么通過絕緣子表面的泄漏電流會(huì)增加，導(dǎo)電薄層發(fā)熱。發(fā)熱通常情況下會(huì)對(duì)絕緣子表面導(dǎo)電性能產(chǎn)生影響，該影響從正面與反面兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)。絕緣子表面層烘干會(huì)造成電導(dǎo)率的減少，同時(shí)受到表面層中正溫度系數(shù)電解質(zhì)影響致使溫度升高，從而導(dǎo)致絕緣電導(dǎo)率增加。污穢會(huì)在絕緣子表面不均勻分布，即便污穢分布較為均勻，絕緣子沿著泄漏路徑的直徑也會(huì)發(fā)生一定轉(zhuǎn)變?；诖?，絕緣子各個(gè)區(qū)域的泄漏電流密度存在一定的不同，表面層自身加熱也存在不均勻情況。在潮濕程度較輕的區(qū)域和某些污層較薄的區(qū)域，尤其是在絕緣子表面泄漏電流密度較大的區(qū)域中，會(huì)承受較大外加電壓，從而導(dǎo)致絕緣子電壓分布發(fā)生變化。在絕緣子表面形成烘干區(qū)后，受到電壓大小的影響致使其表面物理過程繼續(xù)發(fā)展且存在差異。如果從宏觀角度分析，可以將絕緣子污閃過程看作絕緣子表面積污、表面濕潤(rùn)、具備放電、局部電弧發(fā)生并完成閃絡(luò)。

絕緣子表面積污是受到不同力的影響致使微粒朝著絕緣子移動(dòng)，在這一過程中力包括重力、風(fēng)力以及電場(chǎng)作用力[3]。風(fēng)力是影響微粒移動(dòng)的主要因素，電力對(duì)于微粒移動(dòng)的影響相對(duì)較小，并且不會(huì)對(duì)微粒移動(dòng)方向與移動(dòng)速度造成影響。污穢沉積往往是由于絕緣子對(duì)于此類顆粒具有一定附著性，同時(shí)在絕緣子表面會(huì)存在電場(chǎng)。對(duì)于此類內(nèi)容，需要相關(guān)工作人員有足夠的正確認(rèn)識(shí)，這樣才能結(jié)合實(shí)際情況給出針對(duì)性解決措施，保證高壓輸電線路絕緣子的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 高壓輸電線路絕緣子在線監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1 中央控制模式技術(shù)設(shè)計(jì)

中央處理器（Central Processing Unit，CPU）是前端機(jī)系統(tǒng)的重點(diǎn)與核心，結(jié)合系統(tǒng)要求，處理器自身要具備更快的處理速度，同時(shí)具備低功耗特點(diǎn)?；诖?，系統(tǒng)CPU可以選擇16位數(shù)字處理器MSP430F149。該單片機(jī)的功能較為強(qiáng)大，而且性價(jià)比較高，集成了豐富的外圍模塊，包括定時(shí)器、硬件乘法器等。其中內(nèi)部12位A/D轉(zhuǎn)換器擁有4個(gè)內(nèi)部通道與8個(gè)外部通道，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)絕緣子多個(gè)不同污穢特征量進(jìn)行采集。該單片機(jī)使用當(dāng)前流行的精簡(jiǎn)指令結(jié)構(gòu)，不僅執(zhí)行速度較快，而且整個(gè)指令系統(tǒng)工作效率更高，能夠充分滿足信號(hào)數(shù)據(jù)處理要求。單片機(jī)中的Flash存儲(chǔ)器容量較大，可以將其應(yīng)用在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與程序存儲(chǔ)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化。

絕緣子在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)針對(duì)泄漏電流進(jìn)行有效采集處理后會(huì)將數(shù)據(jù)傳輸給后臺(tái)控制中心，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)記錄時(shí)間等。軟時(shí)鐘需要通過程序設(shè)定時(shí)間，即便不需要額外增加部件，但程序添加流程較為復(fù)雜，在這一過程中不能出現(xiàn)斷電情況[4]?；诖?，在數(shù)據(jù)采集間隔內(nèi)對(duì)低功耗時(shí)鐘芯片DS1302進(jìn)行合理應(yīng)用，最大程度上滿足系統(tǒng)要求。該芯片擁有7個(gè)時(shí)標(biāo)，包括秒、分、時(shí)、日、星期、月以及年，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)閏年調(diào)整。芯片在主工作電源掉電情況下能夠發(fā)揮保護(hù)電路作用，同時(shí)備份電源能夠自動(dòng)切換到控制電路中。

3.2 數(shù)據(jù)采集模塊電路設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集模塊電路設(shè)計(jì)是高壓輸電線路絕緣子在線監(jiān)測(cè)中的一項(xiàng)重點(diǎn)工作，相關(guān)工作人員需要給予足夠的重視。當(dāng)前泄漏電流采集過程中主要采用的方式有3種，分別是電流互感器采集方式、侵入式分布電位導(dǎo)入方式、集流環(huán)式屏蔽方式。其中電流互感器采集方式通常是在最后一片絕緣子上方球頭掛環(huán)位置設(shè)置電流互感器或者在倒數(shù)第二片絕緣子與最后一片絕緣子之間進(jìn)行信號(hào)提取，促使絕緣子表面一次電流能夠被轉(zhuǎn)化為二次電流，并將其傳輸給中央處理單元[5]。該方式主要使用的是穿芯式環(huán)形互感器，此時(shí)無法實(shí)現(xiàn)互感器的完全屏蔽，在抗干擾中仍然難以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)要求。而在兩片絕緣子之間進(jìn)行信號(hào)提取，會(huì)對(duì)線路安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生直接影響。在安裝過程中需要取下整串絕緣子進(jìn)行互感器安裝，實(shí)際工作強(qiáng)度較大，而且安裝工作較為困難。侵入式分布電位導(dǎo)入方式需要結(jié)合絕緣子串進(jìn)行電壓梯度分布。在過電壓時(shí)或者絕緣串內(nèi)存在零值絕緣子時(shí)將會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)情況，運(yùn)行一段時(shí)間后最后一片隔離絕緣子染污，泄漏電流會(huì)出現(xiàn)分流，對(duì)最終數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性造成影響。針對(duì)此類情況，可以采取集流環(huán)式屏蔽方式對(duì)絕緣子表面泄漏電流進(jìn)行采集。在這一過程中要設(shè)置金屬引流環(huán)，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏電流信號(hào)的有效收集。利用穿芯式電流傳感器，確保泄漏電流能夠被引入到電流引入裝置的數(shù)據(jù)處理單元中。集流環(huán)使用新型硅橡膠材料，耐高溫、防積水且防污漬，不會(huì)對(duì)電容電流與雜散電流進(jìn)行采集，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏電流的準(zhǔn)確采集。將其安裝在地電位端的第一片絕緣子上部，可以保證絕緣子串的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

絕緣子的整個(gè)閃絡(luò)過程中，泄漏電流范圍會(huì)增加。泄漏電流傳感器的主要作用是對(duì)安全與泄漏電流情況與預(yù)報(bào)區(qū)泄漏電流情況進(jìn)行全面測(cè)量。如果出現(xiàn)采集范圍過大的情況，那么傳感器靈敏度會(huì)受到很大影響，閑置很多量程[6]。如果采集范圍過小，那么無法將信號(hào)完整反應(yīng)出來?；诖?，可以使用BCT-3型穿芯式泄漏電流傳感器來采集0～100 mA的泄漏電流。該類型傳感器使用零磁通技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償，能夠處于零磁通工作狀態(tài)。

4 結(jié) 論

綜上所述，通過對(duì)高壓輸電線路絕緣子在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)^緣子實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行全面監(jiān)督。一旦發(fā)現(xiàn)其中存在異常情況，那么工作人員就可以根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的解決措施，避免問題影響范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)。