絕緣子污穢狀態在線監測的探討與分析

池榮輝

摘 要：文章介紹絕緣子污穢閃絡形成、發展過程，提出了一種基于絕緣子泄漏電流監測的絕緣子污穢狀態在線監測系統，分析了絕緣子污穢狀態與泄露電流有效值與波形間的關系，為及時發現污穢絕緣子提供可靠的預警。

關鍵詞：絕緣子；泄漏電流；污穢；在線監測；閃絡

中圖書分類號：TM855 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）32-0041-02

絕緣子作為電力系統極為常見的設備，在日常電力生產中發揮著極為重要的作用，這些年來，環境污染越來越嚴重，絕緣子污穢閃絡事故污閃時有發生，嚴重時成為局部電網的安全隱患，因此，及時發現污穢絕緣子消除缺陷對電網安全起著極大的作用。在眾多絕緣子故障類型中，污穢閃絡事故是發生最為頻繁且造成后果也較為嚴重的。而絕緣子的泄漏電流能夠較為準確反應絕緣子污穢嚴重程度，本文主要探討基于泄露電流監測的絕緣子污穢狀態在線監測系統。

1 絕緣子污閃原理

由于空氣中的粉塵較多，絕緣子表面上的污穢物不斷沉積。當遇到較為濕潤天氣時，污穢物吸收空氣中的水分，污穢物中的電解質溶解并電離，使絕緣子表層污穢物電阻降低，絕緣子表面的泄漏電流隨之變大，泄漏電流流經產污穢物將產生的熱量，使得絕緣子表層污穢物溫度升高，在泄漏電流密度較大的地方形成干燥帶。絕緣子表面干燥帶相對于濕潤地方承擔著更多的電壓。這也使得干燥帶的電場長度增大，當電場強度足夠大時并會產生輝光放電，可能逐步轉變為局部電弧。局部電弧大部分時候會熄滅，但也可能進一步發展。隨著絕緣子表面污穢程度不斷增加，泄漏電流也將隨之增大，局部電弧就會不斷向另一極發展直到貫穿絕緣子兩極，造成絕緣子的閃絡。

2 表征絕緣子污穢程度的特征參數

絕緣子串表面狀態主要是由其特性參數來表征的，以下介紹幾種表征絕緣子的特性參數。

2.1 等值鹽密度

2.2 表面污層的電導率

污穢絕緣子表面單位面積的電導稱之為表面污層電導率。與等值鹽密度相比它無須將污物清洗下來再進行檢測。表面污層電導率是在絕緣子是施放較低電壓下測出的，無法全面反映在全電壓運行條件下的情況。

2.3 泄漏電流

流過絕緣子表面污層的電流稱為絕緣子泄漏電流，它是個動態參數，受運行電壓、環境氣候、污穢程度等因素影響。污穢越嚴重、運行電壓越大，泄漏電流越大。

在以上三種特征參數中，只有泄漏電流更能反映污穢絕緣子在運行狀態下的實際情況，并且該參數也較為容易獲取，我們的絕緣子污穢狀態在線監測系統也正是基于絕緣子泄露電流設計的。

3 絕緣子泄漏電流在線監測系統的設計方案

污穢絕緣子表面局部放電的強度決定了泄漏電流幅值的大小、泄漏電流的脈沖數目、泄漏電流波形的畸變程度，他們之間有著良好地正相關關系。圖1為該系統的設計方案。

首先通過傳感器測量出泄漏電流和環境參數，傳感器輸出的信號經調理電路元采集和處理除去除噪聲和干擾外后，并經A/D進行模數轉換后送入微機進行數據處理，經專家系統診斷后，如發現絕緣子有任何異常，可以即時發出報警信號，并經通信裝置將絕緣子位置信號及異常信息發往集控站或調控中心。

3.1 泄漏電流的采集

為了采集絕緣子串表面泄漏電流，減少外部干擾的影響，利用泄漏電流沿面形成的原理，考慮在地端最后一片瓷上安裝一開口式泄漏電流收集環。集流環通過雙層屏蔽電纜引出信號，與地之間串一個檢測電阻采集信號。

泄漏電流大小在不同環境下測得的泄漏電流相差大幾十甚至上百倍，主要因為空氣潮濕時污層電導增大，從而導致泄漏電流大大僅增加，也就是說我們所采取的測量設備要能夠在如此大的范圍內進行測量，對于采集信號的放大我們要采取靈活的措施，使得無論多大的電流信號都能得到準確地測量與表達。

3.2 泄漏電流信號處理

采樣出來的泄漏電流首先要經過濾波放大，經二次隔離后進行A/D轉換。絕緣子泄漏電流變化區間很大，因此需要對輸入的信號進行調整及放大，調整輸入模擬信號的幅值到A/D轉換器的輸入電壓范圍內，以取得較高的采樣精度。

3.3 專家診斷系統

污穢絕緣子的表面發生的局部放電產生的泄漏電流脈沖往往以集群的方式出現，而絕緣子表面污穢程度同脈沖群之間的時間間隔有著他們之間有著良好地反相關關系，即絕緣子表面污穢越嚴重，脈沖群之間時間間隔越短。因此我們的專家系統可以根據泄漏電流有效值大小及波形特性作為診斷依據。

3.3.1 污閃過程中泄露電流有效值特性

一般將絕緣子整個污穢閃絡的全部過程劃分為四個區間，即：安全區、預報區、危險區、閃絡區。正常在在安全區時，絕緣子泄漏電流很小，無放電現象；當將要進入預報區時，泄漏電流明顯增大，并伴有較為微弱的電暈聲，同時會出現放電現象；預報區內泄漏電流很大，一般在50 mA以上，而且電暈聲越來越大，并出現小火花；快進入危險區時將出現小電弧；進入危險區后泄露電流迅速增大，電弧逐漸密集，同時有較大的放電聲音；污閃發生時，電弧貫穿絕緣子表面，污閃過后，泄露電流急劇下降，整個過程如圖2、圖3所示。

泄漏電流有效值同污穢狀態有著極大地相關關系，長期運行及試驗分析表明當泄露電流有效值在50 mA以下時，此時絕緣子處于安全區；當泄漏電流增大到50～150 mA區間時，絕緣子處于預報區；當增大到150 mA以上時，絕緣子進入危險區域。專家系統可以根據泄漏電流有效值及時發出預警。

3.3.2 污閃過程中泄露電流波形特性

試驗分析絕緣子泄露電流不同階段波形特性，發現處于安全區時，波形基本上為周期正弦波，隨著泄漏電流變大逐漸畸變為三角波；當處于預報區時，泄漏電流的波形中出現大量高頻率脈沖，且波形逐漸無明顯周期特性；危險區泄漏電流波形峰值急劇增大，并重新恢復為正弦波，但波形不均勻。不同階段波形如圖4、圖5、圖6所示。

通過對泄漏電流波形分析我們可以發現其與絕緣子污穢狀態有著極大地相關關系，這也為絕緣子污穢程度提供了極有價值的參量，結合泄漏電流有效值數據和泄漏電流波形數據，我們對絕緣子污穢狀態診斷將更為可靠，這也為絕緣子污穢狀態預警提供了極為有效地指導，便于工作人員即時的發現存在隱患的絕緣子。

4 結 語

智能電網作為電網的發展方向，它為設備在線監測系統的發展提供了廣闊的平臺，而絕緣子污穢狀態在線監測也將提高電網的智能化，同時為絕緣子狀態檢修提供了極為可靠的依據，能夠及時發現絕緣子存在的隱患，降低設備停電時間和設備停電率，極大地提高勞動生產率和供電可靠性。

參考文獻：

[1] 趙子玉，彭宗仁，謝恒.懸式絕緣子污層電導率與泄漏電流的現場測試技術研究[J].電工技術學報，1997，（3）.

[2] 黃超鋒，張仁豫.絕緣子污閃性能與污穢度表示方法的關系[J].電瓷避雷器，1992，（2）.