光傳感器檢測(cè)絕緣子鹽密法在青海電網(wǎng)應(yīng)用前景探討

吳楊石千/.國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司電力科學(xué)研究院；.國(guó)網(wǎng)青海省電力公司調(diào)控中心

光傳感器檢測(cè)絕緣子鹽密法在青海電網(wǎng)應(yīng)用前景探討

吳楊1石千2/1.國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司電力科學(xué)研究院；2.國(guó)網(wǎng)青海省電力公司調(diào)控中心

本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的較輸變電設(shè)備絕緣子污穢特性檢測(cè)方法優(yōu)缺點(diǎn)的比較分析，提出了一種更適合青海電網(wǎng)特點(diǎn)及當(dāng)前輸變電設(shè)備管理模式的光傳感器檢測(cè)絕緣子鹽密法，并對(duì)該方法在青海電網(wǎng)的應(yīng)用前景進(jìn)行了論述，對(duì)該方法的推廣應(yīng)用及相關(guān)工作的開(kāi)展具有很好的參考價(jià)值。

超高壓輸電線路；污穢特性；鹽密

引言：輸變電設(shè)備外絕緣水平理論上與電壓等級(jí)相匹配即可，但由于受環(huán)境因素影響，輸變電設(shè)備外絕緣配置需綜合考慮電壓等級(jí)、設(shè)備所處區(qū)域污穢等級(jí)以及海拔高度等因素，而輸變電設(shè)備外絕緣狀況是輸變電線路安全運(yùn)行的重要參數(shù)。輸變電設(shè)備外絕緣表面所積污穢物質(zhì)的化學(xué)成分是影響絕緣耐受能力的關(guān)鍵，通常以鹽密大小來(lái)定量描述。因此，快速而準(zhǔn)確測(cè)量輸變電設(shè)備絕緣子鹽密對(duì)提升輸變電設(shè)備安全運(yùn)行水平具有重要意義。

目前絕緣子鹽密測(cè)量主要使用等值鹽密法與泄漏電流法[1]，但這兩種測(cè)量方法操作復(fù)雜，測(cè)量周期較長(zhǎng)，無(wú)法及時(shí)掌握輸變電設(shè)備絕緣子污穢情況。隨著設(shè)備外部運(yùn)行環(huán)境的變化，因檢測(cè)、防范不及時(shí)，輸變電設(shè)備污閃時(shí)有發(fā)生，傳統(tǒng)絕緣子污穢測(cè)量方法局限性越發(fā)突出，已不適應(yīng)青海電網(wǎng)特點(diǎn)，更不符合“大檢修”工作要求，急需一種全新的絕緣子鹽密測(cè)量方法。

一、絕緣子污穢情況概述

1.絕緣子污穢造成污閃的原因。輸變電設(shè)備所使用絕緣子，運(yùn)行中極易積灰、受潮，而其表面一旦遭受污染并受潮將嚴(yán)重影響絕緣子絕緣性能，進(jìn)而可能產(chǎn)生污閃事故，威脅電網(wǎng)安全。

青海省電力轄區(qū)部分區(qū)域按污穢所處環(huán)境類型劃分屬于沙漠型與工業(yè)粉塵型污穢區(qū)。近年絕緣子污穢檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，沙土與工業(yè)粉塵加之長(zhǎng)期干旱造成污穢層通常含有不易溶解的鹽類物質(zhì)，而且具有較高的灰密。風(fēng)力則是絕緣子染污的主要因素，雖然雨季少量降雨可以導(dǎo)致其自然清洗，但在我省干旱少雨地區(qū)或季節(jié)效果有限。當(dāng)絕緣子表面發(fā)生凝露時(shí)，極易引起絕緣子閃絡(luò)，造成電網(wǎng)事故。

2.防止絕緣子污穢造成污閃的意義。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及鹽密測(cè)量數(shù)據(jù)表明，設(shè)備外絕緣配置與現(xiàn)場(chǎng)污穢度相適應(yīng)時(shí)，污閃跳閘率就會(huì)很低；不相適應(yīng)時(shí)，污閃跳閘率就會(huì)增多，甚至造成電網(wǎng)大面積污閃事故。我省地域遼闊，氣候多變，尤其是近年來(lái)工業(yè)的發(fā)展，部分地區(qū)大氣污染日益嚴(yán)重，甘河灘工業(yè)園區(qū)附近部分變電站就曾多次在初春發(fā)生過(guò)絕緣子閃絡(luò)事故，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成一定影響。隨著安全理念的提升及對(duì)電網(wǎng)事故容忍度的不斷降低，必須把電網(wǎng)污閃跳閘率控制在最低水平，對(duì)高電壓等級(jí)電網(wǎng)要盡可能避免污閃的發(fā)生[2]。

3.目前污穢測(cè)量方法概述。

（1）等值鹽密法（ESDD法）[3]。等值鹽密法一般需要在停電檢修期間將被測(cè)試的絕緣子從桿塔上拆卸至地面，然后搬運(yùn)到試驗(yàn)室加以測(cè)量。在取樣過(guò)程中為避免污穢損失，拆卸和搬運(yùn)絕緣子時(shí)要盡量不接觸絕緣子的絕緣表面。表面污穢取樣之前，取樣容器、量筒等應(yīng)保證清洗干凈，確保無(wú)任何污穢。取樣時(shí)，盡可能帶清潔的醫(yī)用手套將絕緣子傘裙表面的污穢用脫脂棉完全清洗下來(lái)等。

這種方法在取樣過(guò)程中稍不注意就會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，并且無(wú)法對(duì)同一絕緣子的積污特性進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。而飽和鹽密的測(cè)量則需要參照絕緣子連續(xù)3至5年積污進(jìn)行測(cè)量，污穢取樣時(shí)間應(yīng)選擇在年積污期結(jié)束時(shí)進(jìn)行，但采用等值鹽密法獲取運(yùn)行絕緣子的飽和鹽密則需要大量的試驗(yàn)樣本及試驗(yàn)周期。

（2）污層電導(dǎo)率法。此法優(yōu)點(diǎn)在于電導(dǎo)率與污閃電壓之間存在直接關(guān)系，這種關(guān)系能從絕緣子絕緣性能方面綜合反映污層的污穢及潮濕程度，是反映污穢影響的一個(gè)較好參數(shù)。然而電導(dǎo)率的測(cè)量要有容量較大的電源以及短時(shí)加壓的控制設(shè)備，這給測(cè)量操作帶來(lái)不確定性，并且此類方法在對(duì)試驗(yàn)設(shè)備布置安全措施方面較為困難，使得此法在推廣應(yīng)用方面受到了一定的限制，目前一般應(yīng)用于人工污穢試驗(yàn)室。

（3）基于泄漏電流的污穢度檢測(cè)方法[4]。基于泄露電流的污穢度檢測(cè)是在一參照盤(pán)形絕緣子串上，連續(xù)測(cè)量其表面泄露電流，并加以記錄。由于泄漏電流的大小不僅取決于污穢程度，而且還與絕緣子受潮程度、絕緣子的串長(zhǎng)、幾何形狀等因素有關(guān)，且不適合在干旱少雨地區(qū)使用。

二、適應(yīng)青海電網(wǎng)污穢環(huán)境特點(diǎn)的鹽密測(cè)量方法

1.各種絕緣子污穢度測(cè)量方法的優(yōu)、缺點(diǎn)比較。

2.適應(yīng)青海電網(wǎng)的鹽密測(cè)量的方法。

根據(jù)表1（詳見(jiàn)文后）分析可知，傳統(tǒng)的等值鹽密法、泄漏電流法雖然直觀易懂，但在操作上不僅存在著等價(jià)性問(wèn)題，而且在獲取飽和鹽密方面也存在不足，并且無(wú)法準(zhǔn)確獲得實(shí)時(shí)鹽密值用來(lái)指導(dǎo)清掃，不利于“大檢修”模式下?tīng)顟B(tài)檢修工作的開(kāi)展。目前為止，如何根據(jù)測(cè)得的泄漏電流值評(píng)價(jià)絕緣子的污穢程度尚無(wú)明確的標(biāo)準(zhǔn)。再者，泄露電流的測(cè)量?jī)H限于在潮濕的氣象條件下，這在潮濕多雨的南方尚可使用，而在青海部分干旱少雨地區(qū)應(yīng)用大有困難。因此，采用表面泄漏電流的測(cè)量方法由于技術(shù)本身存在的缺陷，目前仍沒(méi)有出現(xiàn)取代人工測(cè)量鹽密的趨勢(shì)。而人工測(cè)量鹽密對(duì)于青海這樣一個(gè)地域廣闊，電網(wǎng)覆蓋范圍廣，地形復(fù)雜、氣候復(fù)雜多變的區(qū)域，需要耗費(fèi)大量的人力物力。

相比而言，光傳感器輸變電設(shè)備鹽密監(jiān)測(cè)法[5]無(wú)需停運(yùn)所測(cè)量鹽密的線路或設(shè)備，無(wú)需拆卸、搬運(yùn)絕緣子，且能夠自動(dòng)進(jìn)行鹽密監(jiān)測(cè)，無(wú)需人工參與測(cè)量工作，結(jié)果準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單，可遠(yuǎn)程讀取監(jiān)測(cè)值，省時(shí)省力，還可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)絕緣子鹽密，能夠滿足“大檢修”模式下輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修工作需求，適合在青海這樣一個(gè)地域廣袤、地形發(fā)雜、部分地區(qū)風(fēng)沙較大，個(gè)別地區(qū)工業(yè)發(fā)展迅速污染嚴(yán)重，污穢分布不均勻的地區(qū)推廣使用。

三、光傳感器法測(cè)量絕緣子鹽密污穢的技術(shù)措施

經(jīng)過(guò)對(duì)各種絕緣子鹽密污穢測(cè)量方法比較后，我們可以得出在對(duì)輸變電設(shè)備的污穢狀況評(píng)估中，鹽密是唯一的可以定量的參數(shù)這一結(jié)論。在進(jìn)行鹽密測(cè)量過(guò)程中，采用光傳感技術(shù)，能夠在輸變電設(shè)備不停電情況下實(shí)時(shí)高效測(cè)量絕緣子鹽密，且不受高壓電磁場(chǎng)干擾及環(huán)境氣候的影響。這就為輸變電設(shè)備運(yùn)行管理提供了實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的輸變電設(shè)備外絕緣設(shè)備的積污情況方面數(shù)據(jù)，從而能科學(xué)指導(dǎo)輸變電外絕緣設(shè)備清掃工作，為輸變電外絕緣設(shè)備的狀態(tài)檢修提供依據(jù)，進(jìn)而提高我省在“防污閃”工作的管理水平，為輸電線路及變電站設(shè)備的安全運(yùn)行提供保障。

1.光傳感器法測(cè)量絕緣子鹽密污穢的技術(shù)關(guān)鍵。

（1）準(zhǔn)確性。該技術(shù)通過(guò)監(jiān)測(cè)光傳感器的光能參數(shù)變化測(cè)量出鹽份的多少，再通過(guò)換算得出絕緣子表面的鹽密，因此需要對(duì)系統(tǒng)測(cè)得的大量鹽密值與采用等值鹽密法測(cè)得的大量鹽密值進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，再通過(guò)試驗(yàn)室與現(xiàn)場(chǎng)的對(duì)比，進(jìn)而判定光傳感器測(cè)量輸變電設(shè)備表面鹽密的準(zhǔn)確性。

（2）穩(wěn)定性。采用光傳感器輸變電設(shè)備鹽密在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)超高壓輸電線路鹽密基本不受電磁場(chǎng)及各種環(huán)境氣候因素的干擾，并且在采用目前已成熟的“蓄電池+太陽(yáng)能電池”供電方式后能夠保證系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作。

（3）數(shù)據(jù)傳輸、接收及存儲(chǔ)的穩(wěn)定性。本系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)終端和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中心兩部分組成，是一種智能化大范圍遠(yuǎn)程分布式鹽密實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[6]。系統(tǒng)利用現(xiàn)場(chǎng)安裝的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)終端，采集現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度、以及光能參數(shù)等，通過(guò)GSM的數(shù)據(jù)通信模塊，將現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到鹽密監(jiān)測(cè)中心，鹽密監(jiān)測(cè)中心的工作站根據(jù)鹽密數(shù)學(xué)模型的計(jì)算、得到鹽密數(shù)據(jù)，并采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、連續(xù)在線監(jiān)測(cè)線路絕緣子鹽密，灰密。

本系統(tǒng)可采用GSM/GPRS/CDMA進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，利用監(jiān)測(cè)終端和監(jiān)測(cè)中心的雙重?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)備份功能，可以在主機(jī)斷電3個(gè)月內(nèi)，自動(dòng)保存數(shù)據(jù)，充分保障了數(shù)據(jù)的安全性。

本系統(tǒng)可利用通訊數(shù)據(jù)自動(dòng)篩選功能及指定號(hào)碼接收功能，可以有效屏蔽垃圾短信及冗余數(shù)據(jù)的干擾問(wèn)題，充分保障了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及有效性。

2.光傳感器法測(cè)量絕緣子鹽密污穢的技術(shù)實(shí)施。在青海電網(wǎng)污穢較嚴(yán)重的地區(qū)選取一個(gè)變電站，作為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)場(chǎng)所。采用1臺(tái)光傳感器輸變電設(shè)備鹽密在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施本項(xiàng)目。具體實(shí)施步驟：

（1）研制系統(tǒng)樣機(jī)，在實(shí)驗(yàn)室完成系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試及校準(zhǔn)；

（2）在330kV輸電線路的桿塔安裝光傳感器輸變電設(shè)備鹽密在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)樣機(jī)；

（3）樣機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行三個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間，驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

四、.光傳感器法在線測(cè)量鹽密的預(yù)期效果

根據(jù)已有研究成果及該方法在其他網(wǎng)省公司的試驗(yàn)情況，結(jié)合青海電網(wǎng)污區(qū)分布特點(diǎn)，若在青海電網(wǎng)采用光傳感器技術(shù)監(jiān)測(cè)輸變電設(shè)備污穢情況可達(dá)到如下預(yù)期效果：

1.采用光傳感器技術(shù)測(cè)量超高壓輸變電設(shè)備鹽密，不受高海拔、地形、風(fēng)沙等環(huán)境氣候及電場(chǎng)干擾等因素的影響；

2.采用光傳感器技術(shù)在特殊氣候條件下可準(zhǔn)確測(cè)量超高壓輸變電設(shè)備表面鹽密；

3.通過(guò)光傳感器輸變電設(shè)備鹽密監(jiān)測(cè)方法可完成輸變電線路輸電設(shè)備鹽密數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與分析；

4.通過(guò)獲取實(shí)時(shí)飽和鹽密，可為調(diào)整輸變電線路輸變電設(shè)備外絕緣爬比電距提供科學(xué)依據(jù)，指導(dǎo)輸變電線路外絕緣設(shè)備的狀態(tài)檢修工作。

五、經(jīng)濟(jì)效益

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電網(wǎng)容量、輸電電壓等級(jí)提高，特別是空氣環(huán)境的逐步惡化，我省因高壓輸變電設(shè)備的外絕緣受污染而產(chǎn)生的污閃事故時(shí)有發(fā)生，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此通過(guò)實(shí)施本項(xiàng)目可預(yù)防、減少污閃事故，將為電網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行提供有力的保證。同時(shí)，也可為檢修策略由定期維修過(guò)渡到狀態(tài)維修及以可靠性為中心的維修創(chuàng)造重要條件，節(jié)省了人力物力，從而實(shí)現(xiàn)較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[7]。

六、.結(jié)論

1.光傳感器法在線測(cè)量鹽密是適應(yīng)“大檢修”模式下青海地域、氣候氣象條件下最為有效的鹽密測(cè)量手段。

2.在輸電線路開(kāi)展光傳感器輸變電設(shè)備實(shí)時(shí)鹽密檢測(cè)，能及時(shí)測(cè)取輸變電設(shè)備實(shí)時(shí)鹽密值，掌握超高壓輸變電設(shè)備的積污規(guī)律，發(fā)揮光傳感器的優(yōu)越性，提高輸變電設(shè)備的可靠性。

3.在輸電線路上廣泛開(kāi)展光傳感器輸變電設(shè)備鹽密檢測(cè)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鹽密，進(jìn)而適應(yīng)狀態(tài)檢修對(duì)輸變電設(shè)備絕緣子清掃工作要求，減少不必要的定期清掃，避免污閃事故的發(fā)生。

4.通過(guò)逐步建立光傳感器檢測(cè)傳輸系統(tǒng)，可以基本實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)獲取實(shí)時(shí)鹽密地圖、飽和（最大）鹽密地圖以及鹽密曲線圖，提高輸電設(shè)備的污閃在線監(jiān)控指標(biāo)。

[1]孫才新.電力系統(tǒng)污穢絕緣[M].四川：重慶大學(xué)出版社，1990.

[2]宿志一.用飽和鹽密確定污穢等級(jí)及繪制污區(qū)分布圖的探討 [J].電網(wǎng)技術(shù)，2004.28（8），16-19.

[3]宿志一，范建斌，楊迎建，等.Q/GDW 152-2006,電力系統(tǒng)污區(qū)分級(jí)與外絕緣選擇標(biāo)準(zhǔn)[S].電力出版社，2006. [4]李曉暉.提高線路絕緣子防污閃及抗泄漏性能的新方法.電網(wǎng)技術(shù)，2001，25（10），69-72.

[5]宿志一.防止大面積污染的根本出路是提高電網(wǎng)的基本外絕緣水平-對(duì)我國(guó)電網(wǎng)大面積污閃事故的反思 [J].中國(guó)電力，2003，36（12）：57-61.

[6]章宗禳.光化學(xué)傳感器理論與方法.化學(xué)傳感器，1996（1）.

[7]吳尚.光傳感器在絕緣子鹽密測(cè)試中的應(yīng)用 [J].華北電力技術(shù)，2012，12（9）：38-43.

[8]張銳，吳光亞，劉亞新，等.光技術(shù)在線監(jiān)測(cè)絕緣子鹽密和灰密的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用[J].高電壓技術(shù)，2010.36（6），1513-1519.

[9]焦尚彬，劉丁.基于最小二乘支持向量機(jī)的絕緣子鹽密光纖在線檢測(cè)木[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2008.29（11），2235-2240.

[10]王樹(shù)軍，雒文博，劉樹(shù)清.輸電線路絕緣子鹽密灰密測(cè)量誤差分析及控制措施[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011.12（7），14-16.

表1.三種鹽密測(cè)量方法特性比較

吳 楊（1982-），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)化學(xué)試驗(yàn)研究工作.

石 千（1983-），男，工程師，主要從事電力調(diào)度控制工作.