區(qū)域小氣候絕緣子泄漏電流監(jiān)測分析

張婷娟

(國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司伊春供電局,黑龍江伊春 153000)

區(qū)域小氣候絕緣子泄漏電流監(jiān)測分析

張婷娟

(國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司伊春供電局,黑龍江伊春 153000)

目前,對于輸電線路的外絕緣水平和清掃為主要手段的防污手段的傳統(tǒng)防污閃工作,已不不能很好的適應(yīng)大氣環(huán)境污染的狀況變化,原因之一是缺少關(guān)于絕緣子污穢程度的長期全面真實(shí)的信息。本項目的主要研究內(nèi)容在于,將絕緣子閃絡(luò)發(fā)生的原因與其周圍小氣候因素相結(jié)合,建立起一套完整的分析系統(tǒng),以指引今后對絕緣子閃絡(luò)原因的研究?；诖搜芯糠较?在建立起泄漏電流在線監(jiān)測的基礎(chǔ)上,加設(shè)微型氣象站系統(tǒng),將實(shí)時的環(huán)境參量傳輸回后臺軟件中去,分析并導(dǎo)出最終發(fā)生閃絡(luò)的原因,為后續(xù)其它輸電線路的閃絡(luò)研究提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

絕緣子 泄露電流 小氣候

隨著科技進(jìn)步和電力體制改革的不斷深入和發(fā)展，輸電線路的絕緣子監(jiān)測越來越趨向于智能化，沉積在絕緣子表面的固體、液體和氣體微粒與霧、毛毛雨、融冰、融雪等惡劣氣象條件的同時作用，絕緣子表面污濕狀態(tài)達(dá)到一定程度就會引起絕緣子污閃，使絕緣子的電氣強(qiáng)度大大降低，從而是輸電線路的變電站的絕緣子不僅可能在過電壓作用下發(fā)生閃絡(luò)，造成停電事故。現(xiàn)有的輸電線路的外絕緣子水平和清掃為的傳統(tǒng)的防污閃工作，已經(jīng)不能適應(yīng)大氣環(huán)境污染狀況變化，缺少關(guān)于絕緣子污穢程度的長期全面真實(shí)的信息。為此，根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行的實(shí)際需要，開發(fā)了區(qū)域小氣候絕緣子污穢電流監(jiān)測系統(tǒng)，對現(xiàn)場運(yùn)行起到了積極作用。

1 研究背景及意義

電力設(shè)備外絕緣污閃，是阻礙電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的難題之一。合成絕緣子和玻璃絕緣子的應(yīng)用，并未從根本上改變防止污閃課題在電力系統(tǒng)中的重要性。當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境濕度變化、絕緣子表面污穢物過多、絕緣子覆冰、線路遭受雷擊等原因發(fā)生閃絡(luò)。不僅會燒壞絕緣子，還引起變電站的斷路器跳閘，造成重大損失。因此，電力部門必須隨時掌握高壓輸電線路的并分析導(dǎo)致閃絡(luò)的起因，以便及時對線路進(jìn)行搶修，恢復(fù)送電。針對傳統(tǒng)輸電線路絕緣子檢測方法存在費(fèi)時、費(fèi)力、欠可靠等缺點(diǎn)，提出了一種實(shí)用的新型的絕緣子閃絡(luò)在線監(jiān)測系統(tǒng)。絕緣子在線監(jiān)測可以及時掌握絕緣子的運(yùn)行狀況，節(jié)約了成本也提高了工作人員的效率，為指導(dǎo)絕緣子狀態(tài)清掃提供了參考，能有效預(yù)防線路事故，提高線路運(yùn)行和管理水平。

2 高壓輸電線路絕緣子

2.1 高壓絕緣子

絕緣子由瓷質(zhì)部分和金具兩部分組成，中間用水泥粘合劑膠合。瓷質(zhì)部分是保證絕緣子有良好的電氣絕緣強(qiáng)度。高壓絕緣子的作用有兩個方面：一是牢固地支持和固定載流導(dǎo)體，二是將載流導(dǎo)體與地之間形成良好的絕緣。它應(yīng)具有足夠的絕緣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度，同時對化學(xué)雜質(zhì)的侵蝕具有足夠的抗御能力。

2.2 高壓絕緣子具有明顯的優(yōu)點(diǎn):

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

(1)抗污閃性強(qiáng)高壓絕緣子表面具有憎水性，水在上面呈穎粒狀，不易形成導(dǎo)電通路，加上高壓絕緣子傘盤直徑小、爬距大、表面電阻高、泄漏電流小。故有較高的污閃電壓。

(2)強(qiáng)度大、質(zhì)量輕：因?yàn)榘粜酒溆泻芨叩目箯垙?qiáng)度，故高壓絕緣子可以做得很輕便可減輕桿塔受力，減少安裝維護(hù)強(qiáng)度節(jié)約大量費(fèi)用。

(3)抗老化性好：高壓支柱絕緣子具有良好的耐腐蝕、抗老化性能。

2.3 影響因素

由于東北地區(qū)是我國緯度位置最高的區(qū)域，冬季寒冷，屬溫帶、寒帶之間的大陸性季風(fēng)氣候。年平均氣溫在-4～4攝氏度。氣溫由南向北降低，南北差8攝氏度。夏季氣溫高，降水多，光照時間長，對絕緣子的老化，絕緣能的損壞極其嚴(yán)重，絕緣子表面覆冰，絕緣性能降低，就容易產(chǎn)生泄露電流，對輸電線路將是一大危害，監(jiān)測難度大。

3 區(qū)域小氣候絕緣子泄漏電流監(jiān)測原理分析

3.1 泄露電流的發(fā)展過程

絕緣子表面泄露電流是指在運(yùn)行電壓下流過絕緣子子表面的電流，它能夠?qū)崟r反映電壓、大氣環(huán)境(霧、溫度、相對濕度等)與污穢等動態(tài)參數(shù)對絕緣子的影響。由于絕緣子結(jié)構(gòu)、形狀以及表面污層分布及其受潮程度不均等因素的影響，絕緣子表面泄漏電流密度存在很大差異，在泄漏電流焦耳熱作用下，表面電壓分布隨之改變，干燥區(qū)所承受的電壓逐漸增大[1]。隨著表面干燥區(qū)放電的逐漸增多、增強(qiáng)與延伸，絕緣子表面出現(xiàn)局部電弧；當(dāng)污層電阻不斷減小而泄漏電流不斷增大時，電弧就會貫穿絕緣子兩側(cè)金具引發(fā)閃絡(luò)。

3.2 區(qū)域小氣候?qū)^緣子的影響

污穢表面的濕潤，將使泄漏電流大大增加，引起閃絡(luò)電壓值的降低。污穢絕緣子表面的濕潤由相對濕度、絕緣子表面與周圍空氣的溫差等產(chǎn)生。長期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，霧、露、毛毛雨最容易引起絕緣子的污穢放電，其中霧的威脅性最大。

霧是懸浮于空氣中的由蒸汽冷凝而成的水滴，平均半徑有5～7μm，能夠使污層充分濕潤，使污層中的電解質(zhì)成分溶解，但又不使污層被沖洗掉，在這種條件下污層的電導(dǎo)率最大，污閃電壓最低。露是空氣中水分在溫度低于周圍空氣時的冷凝物，是容易造成污閃的氣象條件，在埃及較干燥的沙漠地區(qū)曾發(fā)生由凝露引起的嚴(yán)重污閃事故。

隨著海拔增高，污閃事故也相對增多，隨著海拔升高，氣壓降低，各種線路絕緣子的直流和交流污閃電壓均有規(guī)律的降低，污閃電壓U和氣壓P之間呈現(xiàn)非線性關(guān)系[2]，可表示為：

U0為正常大氣壓P0下的污閃電壓，下降指數(shù)n反映氣壓對于污閃電壓的影響程度

3.3 小氣候與監(jiān)測泄露電流相結(jié)合的分析方法

外在環(huán)境的小氣候因素，例如溫度、濕度、風(fēng)向以及風(fēng)力大小等都將成為研究絕緣子發(fā)生閃絡(luò)的潛在原因。研究將絕緣子閃絡(luò)發(fā)生的原因與其周圍小氣候因素相結(jié)合，建立起一套完整的分析系統(tǒng)，以指引今后對絕緣子閃絡(luò)原因的研究?；诖搜芯糠较?，在建立起泄漏電流在線監(jiān)測的基礎(chǔ)上，加設(shè)微型氣象站系統(tǒng)，將實(shí)時的環(huán)境參量傳輸回后臺軟件中去，后臺軟件系統(tǒng)將服務(wù)器報表、泄漏電流與環(huán)境溫濕度變化對比曲線、泄漏電流脈沖波形等多種分析手段對運(yùn)行中絕緣子的泄漏電流進(jìn)行定性、定量分析和趨勢預(yù)測，通過采集大量的數(shù)據(jù)，建立起一個溫度、濕度、風(fēng)速等小氣候氣象參數(shù)與泄露值數(shù)值相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，使得到的數(shù)據(jù)更加的全面且準(zhǔn)確。通過大量的比對，研究，分析并導(dǎo)出最終發(fā)生閃絡(luò)的原因，為后續(xù)其它輸電線路的閃絡(luò)研究提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

4 泄露電流檢測系統(tǒng)

4.1 區(qū)域小氣候輸電線路閃絡(luò)系統(tǒng)主要研究內(nèi)容

區(qū)域小氣候輸電線路閃絡(luò)系統(tǒng)主要研究內(nèi)容在于，將絕緣子閃絡(luò)發(fā)生的原因與其周圍小氣候因素相結(jié)合，建立起一套完整的分析系統(tǒng)，以指引今后對絕緣子閃絡(luò)原因的研究?；诖搜芯糠较颍诮⑵鹦孤╇娏髟诰€監(jiān)測的基礎(chǔ)上，加設(shè)微型氣象站系統(tǒng)，將實(shí)時的環(huán)境參量傳輸回后臺軟件中去，分析并導(dǎo)出最終發(fā)生閃絡(luò)的原因，為后續(xù)其它輸電線路的閃絡(luò)研究提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

區(qū)域小氣候輸電線路閃絡(luò)系統(tǒng)是將傳感器與絕緣連接器的一端連接于絕緣子串從上到下的第一個絕緣子的低端，主保護(hù)單元安裝在絕緣子串的頂端鐵架上面，并與絕緣子串的另一端相連接，數(shù)據(jù)采集器與太陽能電池同時安裝在鐵塔上面，利用連接線將它們相連。

通過傳感器測得的數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器利用天線將數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機(jī)，通過專家診斷軟件進(jìn)行分析泄漏電流值、局部放電強(qiáng)度，從而及時了解絕緣子的受污染程度(圖1)。

4.2 泄露電流信號處理

為確定絕緣子的污穢程度，定量地劃分污穢水平，表征污穢絕緣子運(yùn)行狀態(tài)的特征量，提出了很多污穢參數(shù)。目前，常用的測量絕緣子表面污穢程度的方法有等值附鹽密度法＜ESDD＞[3]。測量污層電導(dǎo)率法和測量絕緣子表面泄漏電流法[2]，而污穢絕緣子的泄漏電流是指在運(yùn)行電壓作用下污穢受潮時測得的流過絕緣子表面污層的電流，它是電壓、氣候、污穢3個要素的綜合反映了因此該系統(tǒng)采用測量泄漏電流方法來衡量絕緣子污穢程度。

4.3 防電磁干擾技術(shù)

輸電線路高壓實(shí)時在線檢測必須有效的防止電磁干擾因素對檢測結(jié)果造成的影響。此系統(tǒng)采用了多層屏蔽技術(shù)建造，機(jī)殼及傳感器外殼采用防磁金屬材料，有效屏蔽電磁干擾。數(shù)據(jù)傳輸線纜采用3層屏蔽室外線纜，各種接頭采用金屬航空頭，屏蔽、防水、防塵、連接可靠。極強(qiáng)的抗干擾、抗雷擊、確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。采用系統(tǒng)接地抗干擾設(shè)計，數(shù)據(jù)采集信號雙端差分輸入[4]，模擬信號及數(shù)字信號全部采用嚴(yán)格的工業(yè)過程優(yōu)化控制技術(shù)，可確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確和可靠。

5 結(jié)語

本文采用本文設(shè)計了一種區(qū)域小氣候絕緣子泄露電流檢測系統(tǒng)，將泄漏電流通過雙層屏蔽線引入到數(shù)據(jù)采集單元中。分析了泄漏電流峰值處受干擾現(xiàn)象表現(xiàn)明顯的原因，同時也為研究污閃提供了一種可行的方法，采用該引流器，不影響線路正常運(yùn)行。設(shè)計了適用于泄漏電流采集的傳感器之后，采用一種基于高速數(shù)據(jù)采集卡的計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)的特點(diǎn)是采集和處理都由上位機(jī)完成。

該系統(tǒng)現(xiàn)已在黑龍江地區(qū)輸電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)行，性能穩(wěn)定，滿足對高壓輸電線絕緣子污穢程度的檢測要求。

[1]微波干涉儀技術(shù)儀技術(shù)說明書.

[2]蔡偉,李敏,楊顏紅.污穢絕緣子再線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[期刊論文].電力系統(tǒng)自動化,2002(17).

[3]王建賾,冉啟文,紀(jì)延超.基于泄漏電流的時變諧波檢測[期刊論文].電力系統(tǒng)自動化,1998(08).

[4]任震,黃群古,何建軍.小波分析及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用,2003.

At present,for the transmission line of external insulation level and cleaning antifouling method as the main method and the traditional anti pollution flashover work, has not well adapted to the change of atmospheric environment pollution situation, one of the reasons is the lack of comprehensive information about the real long-term contaminated degree of insulator.The main research contents of this project is to combine the reason, and the surrounding microclimate factors of insulator flashover occurs, establish a complete analysis system, to guide future research on insulator flashover reason.This research direction based on leakage current online monitoring, based on established, adding Mini weather station system, the environment parameter transmission realtime backstage software, analyzed and derived ultimately cause flashover, flashover for other research and provide scientific data for transmission line.

I Insulator;leakage current;microclimate.

張婷娟(1981—),女,本科,研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)輸電管理等。