絕緣子缺陷帶電檢測原理及仿真技術綜述

沈陽工程學院 于杰承 高 陽 冷雪敏

絕緣子缺陷帶電檢測原理及仿真技術綜述

沈陽工程學院 于杰承 高 陽 冷雪敏

本文介紹了絕緣子缺陷的在線檢測的機制，目前國內(nèi)常見的合成絕緣子帶電檢測方法是可視化的，并不能找到硅橡膠缺陷以下潛在的準確性。本文闡述了絕緣子內(nèi)缺陷檢測原理，通過對絕緣子串的縱向電場分布的提取，根據(jù)缺陷絕緣子絕緣子的縱向電場分布的判斷，利用無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C的地面人員，這些數(shù)據(jù)將顯示在曲線，可以用來顯示是否絕緣子內(nèi)部缺陷。為尋找輸電線路故障絕緣子提供了方便，提高了供電的可靠性，本實用新型填補了以往復合絕緣子串運行中無法檢測到的空白，具有很好的推廣價值。

合成絕緣子；故障缺陷監(jiān)測；帶電檢測設備

0.引言

在我國，復合絕緣子已廣泛應用于35kV至500kV的電壓等級。隨著我國合成絕緣子數(shù)量的不斷增加，合成絕緣子造成的經(jīng)濟損失也越來越多。目前，在中國的復合絕緣子現(xiàn)場檢驗的唯一方法是目測，它找不到準確的潛在缺陷的硅橡膠。為了發(fā)現(xiàn)復合絕緣子潛在的早期故障，防止因潛在故障而引起的故障，必須對絕緣子中的活絕緣子進行檢測。在運行過程中，隨著絕緣子老化，復合絕緣子內(nèi)部缺陷逐年增加，復合絕緣子因內(nèi)部缺陷閃絡的可能性越來越高[1]。因此，開展對復合絕緣子帶電檢測技術的研究，開發(fā)相應的帶電探測器是十分必要和迫切的。

1.絕緣子內(nèi)缺陷檢測原理

本文提供了一種帶電檢測設備的絕緣體，通過提取絕緣子串的縱向電場分布，根據(jù)缺陷絕緣子絕緣子的縱向電場分布的判斷，利用無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C的地面人員，數(shù)據(jù)將顯示為曲線，可以直觀顯示是否已在故障絕緣子缺陷。為了找到輸電線路的故障絕緣子，便于提高供電可靠性。

本文實施例中， 所述的數(shù)據(jù)接收終端機用于采用最小二乘法對接收的縱向電場數(shù)據(jù)進行曲線擬合，將擬合后的曲線與原始采集的縱向電場數(shù)據(jù)曲線進行對比，得到了兩條曲線之間的最大差值，確定了最大差值是否超過設定閾值的最大差值。如果測試絕緣子有缺陷，則需要更換或修理，否則，絕緣子正常；

本文實施例中，數(shù)據(jù)接收終端機包括絕緣子帶電檢測儀分析軟件和計算機，所述計算機及分析軟件用于處理所述絕緣子帶電檢測儀向所述數(shù)據(jù)接收終端機發(fā)送的數(shù)據(jù)，將計算分析結(jié)果通過計算機顯示出來。

2.絕緣子帶電檢測系統(tǒng)檢測步驟

步驟1、采用電場傳感器采集絕緣子的縱向電場數(shù)據(jù)，并對所采集的縱向電場數(shù)據(jù)進行無源濾波和差分放大處理；

本文實施例中，通過對所采集的縱向電場數(shù)據(jù)進行無源濾波和差分放大處理，將信號調(diào)理至采集合理范圍[2]；

步驟2、當電場傳感器接近絕緣子邊沿時觸發(fā)光電傳感器，將當前電場傳感器所采集的絕緣子縱向電場數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集單元；

本文實施例中，電場傳感器接近絕緣子邊沿時觸發(fā)光電傳感器，通知單片機電場傳感器處于最佳位置，請求測量電場數(shù)據(jù)；

步驟3、數(shù)據(jù)采集單元根據(jù)各周期內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)，求取各周期的縱向電場數(shù)據(jù)有效值，并發(fā)送至單片機中；

步驟4、單片機對接收到的每個周期的縱向電場數(shù)據(jù)的有效值進行平滑濾波，通過無線自組網(wǎng)的通信將處理后的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)接收端；

本文實施例中，單片機采集20周期有效值數(shù)據(jù)，進行平滑濾波處理，減少誤采樣概率，提高采樣準確率；

步驟5、反復執(zhí)行步驟1至步驟5，直至絕緣子串所有絕緣子均完成測量；

步驟6、數(shù)據(jù)接收終端機采用最小二乘法對接收的縱向電場數(shù)據(jù)進行曲線擬合；

步驟7、將擬合后的曲線與原始采集的縱向電場數(shù)據(jù)曲線進行對比，獲得兩曲線之間的最大差值；

步驟8、確定最大差值是否超過設定閾值，如果是這樣，則測試絕緣子中存在需要更換或修理的缺陷，否則，絕緣子正常[3]。

本文實施例中，將最小二乘法計算處理結(jié)果和原采集數(shù)據(jù)進行對比做差值，根據(jù)預先設定閾值可以判斷出對應絕緣子內(nèi)部缺陷；絕緣子正常情況下電場縱向分布曲線是平滑曲線，出現(xiàn)局部絕緣子缺陷會造成電場曲線有較大畸變率。在本項目中控制系統(tǒng)是單片機系統(tǒng)，采用Atmega公司高性能16位簡指令集的MCU，可以實現(xiàn)20M/s的數(shù)據(jù)處理頻率，該MCU的外圍接口豐富，單電源供電，擴展方便，并且具有體積小和極低功耗，具有工業(yè)級的指標符合室外的高低溫等環(huán)境和高抗干擾特性，這些在電力行業(yè)都是很重要的特性。電場傳感器系統(tǒng)是指利用耦合電極方法測量絕緣子縱向電場的相關傳感器和外圍電路，是本產(chǎn)品的核心系統(tǒng)之一；通信系統(tǒng)采用了Zigbee技術實現(xiàn)無線傳輸網(wǎng)絡，方便了數(shù)據(jù)傳輸。整個設備的供電采用可充電的蓄能電池[4]。

3.檢測轉(zhuǎn)置通信設計

無線自組織網(wǎng)絡是移動通信與計算機網(wǎng)絡相結(jié)合的網(wǎng)絡，每個節(jié)點在網(wǎng)絡中可以簡單地計算感知周圍的環(huán)境，實現(xiàn)每個節(jié)點在無線通信中與鄰居節(jié)點的通信半徑。通過Ad hoc網(wǎng)絡，這些節(jié)點形成低功耗和高度靈活的網(wǎng)絡。每個用戶終端有兩個功能：路由器和主機。作為主機，終端需要運行各種應用程序的用戶；作為一個路由器，終端需要運行一個路由協(xié)議，根據(jù)路由策略和路由表的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)和路由維護工作，節(jié)點實現(xiàn)合適的路由協(xié)議的要求[5]。Ad hoc網(wǎng)絡路由協(xié)議的目標是快速、準確、高效，找到準確的路由信息，可以在最短的時間內(nèi)調(diào)查，并能適應快速變化的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構，同時減少了額外的延遲和維護控制信息的路由，減少路由協(xié)議的開銷，以滿足移動終端的計算能力，限制存儲空間和權力。

4.結(jié)論

根據(jù)理論分析，復合絕緣子的最大電場強度沿軸線測量，沿軸向逐漸減小，在塔的中心達到最小值，然后隨著缺陷的增加，對應的波形失真曲線將出現(xiàn)的位置。復合絕緣子的實測電場分布曲線與良好的復合絕緣子的曲線形狀一致，表明這些絕緣子不存在缺陷。根據(jù)分布曲線的凸變，可以判斷運行中絕緣子的好壞，填補了原復合絕緣子串運行中無法檢測到的空白。從用于測試的效率，只有20分鐘，基于66kV級絕緣子的電場分布檢測。根據(jù)以上分析，準確可靠，操作簡便，本實用新型填補了以往復合絕緣子串運行中無法檢測到的空白，具有很好的推廣價值。

[1]楊哲,鐘宏宇,高陽,賀瑞斌,戴菁．關于合成絕緣子內(nèi)缺陷帶電檢測技術的研究[J]．山東工業(yè)技術,2015(20):184-186．

[2]李世林,李特,張湘．復合絕緣子帶電檢測技術研究及應用現(xiàn)狀[J]．電工電氣,2013(6):7-10．

[3]王少華,葉自強,羅盛．500kV復合絕緣子斷裂機理及檢測方法[J]．中國電力,2011(8):19-21．

[4]朱振池．支柱絕緣子缺陷檢測裝置的研究[D]．東南大學,2015．

[5]段軍鵬,艾上美．架空輸電線路絕緣子檢測機器人的設計與研究[A]．云南電網(wǎng)有限責任公司、云南省電機工程學會．2015年云南電力技術論壇論文集(上冊)[C]．云南電網(wǎng)有限責任公司、云南省電機工程學會,2015:3．