我國高壓絕緣子在線監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀淺析

丁海波 宋子美

【摘 ?要】目前國內(nèi)的絕緣子按照制造材料種類可分為瓷絕緣子，玻璃絕緣子與復(fù)合型絕緣子，且大多以盤式結(jié)構(gòu)。瓷質(zhì)絕緣子容易放生局部放電，傳統(tǒng)的紫外成像法雖然可以對故障進(jìn)行確認(rèn)，卻無法預(yù)知潛在的缺陷;玻璃絕緣子片容易出現(xiàn)自爆，常用電磁脈沖法監(jiān)測，但此種方法容易受環(huán)境電磁波的影響，需要人工逐個(gè)檢測;復(fù)合絕緣子常用的傳統(tǒng)方法是對某一地區(qū)的絕緣子做抽樣檢測，測量其機(jī)械與電氣性能，此法的準(zhǔn)確性值得懷疑。本文針對目前國內(nèi)傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)的弊端，總結(jié)了國內(nèi)較好的解決方案。

【關(guān)鍵詞】高壓絕緣子;傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù);研究進(jìn)展

引言

近年來，電力系統(tǒng)的污閃問題越來越嚴(yán)重，全國的各大電網(wǎng)與電廠都曾出現(xiàn)過多次污閃事故，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。若想保證電力系統(tǒng)的長期穩(wěn)定安全地運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)測絕緣子的電氣狀況，并對潛在的污閃問題進(jìn)行有效防控十分有必要。本文主要闡述了近幾年來我國在傳統(tǒng)絕緣子在線監(jiān)測技術(shù)上做出的改進(jìn)與技術(shù)案例。在80年代以前，我國電網(wǎng)運(yùn)行主要使用玻璃絕緣子與瓷質(zhì)絕緣子。進(jìn)入20世紀(jì)，復(fù)合絕緣子的應(yīng)用逐漸普遍。中國掛網(wǎng)運(yùn)行的復(fù)合絕緣子用量已經(jīng)累計(jì)超過2000萬只以上（截止2019 年，110 k V及以上電壓等級），占全球在網(wǎng)運(yùn)行復(fù)合絕緣子數(shù)量（截止2019年，50 k V及以上電壓等級復(fù)合絕緣子數(shù)量已超過5700 萬只）的比重超過35%。與瓷絕緣子、玻璃絕緣子相比，復(fù)合絕緣子是高壓、特高壓輸電線路推薦使用的類型，可以有效抑制線路污閃的發(fā)生。

1絕緣子分類及污穢度表示方法

目前國內(nèi)的絕緣子按照制造材料種類可分為，瓷絕緣子，玻璃絕緣子與復(fù)合型絕緣子，且大多以盤式結(jié)構(gòu)。不同材料的絕緣子，適用的檢測機(jī)理往往不同。如瓷質(zhì)絕緣子容易放生局部放電，無論周圍溫度高低，均會在絕緣子的周邊產(chǎn)生一定量的紫外光。雖然這種方法現(xiàn)象明顯，可以在遠(yuǎn)處有明顯觀察，但是只能對故障進(jìn)行確認(rèn)，無法預(yù)知潛在的缺陷。玻璃絕緣子片容易出現(xiàn)自爆，導(dǎo)致掉片損傷，主要是通過檢測絕緣子放電過程中所產(chǎn)生一定頻段的電磁脈沖來進(jìn)行監(jiān)測，但此種方法容易受環(huán)境電磁波的影響，且采集設(shè)備相對復(fù)雜，需要人工逐個(gè)檢測。

復(fù)合型絕緣子具有憎水性和憎水性遷移性，使其在重度污穢的環(huán)境下具有抗污能力。目前國內(nèi)主要是抽取少部分絕緣子進(jìn)行機(jī)械和電氣性能測量，該法是在沒有其他有效手段而不得已采用的，結(jié)果能否準(zhǔn)確代表整批絕緣子水平也值得懷疑。國內(nèi)已有相關(guān)單位開發(fā)出復(fù)合絕緣子監(jiān)、檢測儀器，主要有紅外測溫儀器、基于電場分布法的復(fù)合絕緣子帶電檢測儀和復(fù)合絕緣子憎水性在線檢測儀等，這些設(shè)備能在一定程度上了解復(fù)合絕緣子的機(jī)械和電氣特性，但大多數(shù)是分析事故發(fā)生原因的手段或用于事故過后的分析，無法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測。

絕緣子污穢度是指絕緣子表面的積污程度，也是引起閃絡(luò)電壓降低的原因。國際大電網(wǎng)會議（CI-GRE）第33屆學(xué)術(shù)委員會推薦了5種表示污穢度的方法：等值附鹽密度（ESDD）法、污層電導(dǎo)率（SPLC）法、脈沖計(jì)數(shù)法、污閃梯度法、最大泄漏電流法等。

現(xiàn)有的檢測技術(shù)，往往是根據(jù)以上幾種方法計(jì)算絕緣子污穢度，進(jìn)而對絕緣子的在線缺陷檢測起一個(gè)決策性部署。利用光纖傳感器可以直接測量等值附鹽密，通過檢測光能參數(shù)可計(jì)算出傳感器表面鹽份多少，檢測較為準(zhǔn)確，精密。

根據(jù)檢測到絕緣子的污穢度等級，可以進(jìn)一步判斷絕緣子是否出現(xiàn)劣化。導(dǎo)致絕緣子劣化的故障機(jī)理主要是絕緣子電阻值降低，產(chǎn)生電暈放電，出現(xiàn)絕緣子外殼破損。目前國內(nèi)主要采用的檢測絕緣子劣化的方法，根據(jù)接觸型與非接觸型，帶電量型與非帶電量型分成分門別類。主要包括聲波檢測法，紅外成像法，紫外成像法，電壓分布檢測法，電暈脈沖電流法等。

傳統(tǒng)的劣化絕緣子檢測方法均有一些弊端。如紫外成像法主要通過夜間觀測絕緣子的局部放電現(xiàn)象來進(jìn)行判斷，這種方法局限性在于需要夜間觀察且，僅適用于檢測絕緣子的局部放電。

2瓷質(zhì)絕緣子檢測

瓷質(zhì)絕緣子在長期的室外工作環(huán)境下運(yùn)行，容易出現(xiàn)零值絕緣子的現(xiàn)象。瓷體與金具之間通過膠粘結(jié)而成，容易出現(xiàn)間隙，在高壓作用下絕緣子和金具易形成回路，導(dǎo)致金具過熱失去其機(jī)械強(qiáng)度。

目前國內(nèi)的檢測方法主要有火花叉法，小球放電法，紅外熱相儀監(jiān)測法，泄漏電流檢測法，激光多普勒檢測法。這些方法各有利弊，但都有一個(gè)弊端，就是都為定性檢測，無法識別每一個(gè)絕緣子的電阻值，從而無法檢測已經(jīng)漏電但是還處于臨界擊穿狀態(tài)的絕緣子。遼寧電力公司丹東分公司提出了一種帶電檢測瓷質(zhì)絕緣子零值的技術(shù)。通過對被測絕緣子施加脈沖電壓，然后再提取電壓、電流的采樣值，根據(jù)采樣計(jì)算出被測絕緣子電阻值的大小，此過程由單片機(jī)來完成。此技術(shù)的關(guān)鍵是如何提取微安級脈沖電流采樣值，并且對單片機(jī)采用合理的抗干擾措施。此種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對每一片絕緣子阻值的定量檢測，并且結(jié)合上位機(jī)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了超高壓系統(tǒng)對瓷質(zhì)絕緣子在線監(jiān)測的綜合作業(yè)管理。

此外，還有研究采用光電傳感器，對絕緣子附近電場進(jìn)行檢測判斷是否符合良好運(yùn)行條件電場分布，這種方法對化學(xué)穩(wěn)定性好，不易潮解，檢測穩(wěn)定性高，不受外部環(huán)境干擾，可根據(jù)測量結(jié)果繪圖 準(zhǔn)確判斷絕艷子是否存在劣化情況。

3復(fù)合絕緣子檢測

對于復(fù)合型絕緣子，有研究針對復(fù)合型絕緣子的憎水性，采取了一種基于數(shù)字圖像處理的憎水性分析法，對圖像進(jìn)行灰度處理與二次二值重構(gòu)得到比較標(biāo)準(zhǔn)的憎水性等級，裝置利用了無線信號傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對復(fù)合絕緣子憎水性的遠(yuǎn)程監(jiān)測。

另外有基于光傳感復(fù)合絕緣子智能監(jiān)測技術(shù)，是在復(fù)合絕緣子的芯棒基體內(nèi)植入布拉格光柵構(gòu)成智能芯棒結(jié)構(gòu)，光纖光柵傳感器是用光纖布拉格光柵作為敏感元件的功能型光纖傳感器，可以直接測量傳感溫度和應(yīng)變，以及實(shí)現(xiàn)與溫度和應(yīng)變有關(guān)的其他許多物理量和化學(xué)量的間接測量。該技術(shù)是傳感技術(shù)發(fā)展的新階段，能夠有效克服服當(dāng)前電學(xué)類傳感器在長期穩(wěn)定性、耐久性和分布范圍方面存在的不足，具有傳統(tǒng)技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢。

該結(jié)構(gòu)能在線檢測復(fù)合絕緣子內(nèi)部溫度與應(yīng)力的變化，從而可以實(shí)時(shí)監(jiān)測復(fù)合絕緣子的運(yùn)行狀態(tài)，并判斷出復(fù)合絕緣子內(nèi)部缺陷，預(yù)報(bào)自身蠕變、缺陷、損傷等一系列非健康狀態(tài)的功能，實(shí)現(xiàn)對在網(wǎng)運(yùn)行復(fù)合絕緣子的狀態(tài)評估及壽命預(yù)測。該技術(shù)的推廣應(yīng)用可優(yōu)化現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抽樣試驗(yàn)，無需停電或者帶電拆卸復(fù)合絕緣子，可大大降低檢測的工作量、工作時(shí)間和作業(yè)的危險(xiǎn)程度。下圖為光纖光柵的結(jié)構(gòu)示意圖與年掛網(wǎng)傳感器波長示意圖。

國家電網(wǎng)白銀供電公司研究了一種BBO優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合絕緣子臨界污閃電壓預(yù)測模型，通過多組數(shù)據(jù)與人工污穢數(shù)據(jù)誤差做了對比性試驗(yàn)，得到了3.25%的較低平均相對誤差，可以更快的確定全局。下圖為BBO算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的流程圖及實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差分析圖。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差分析

目前我國傳統(tǒng)的復(fù)合絕緣子監(jiān)測方法，大多是不帶電檢測。而對電力系統(tǒng)來說，停電檢測會嚴(yán)重影響電網(wǎng)與電力設(shè)備的安全運(yùn)行。中科院電科所采用水囊柔性耦合裝置進(jìn)行耦合檢測，并通過超聲波相控陣線性掃描硅橡膠復(fù)合絕緣子傘群，對絕緣子傘裙護(hù)套與芯棒粘接強(qiáng)度的在線無損檢測有重要作用。

4結(jié)論

本文通過闡述絕緣子在國內(nèi)的傳統(tǒng)檢測技術(shù)，進(jìn)出各種傳統(tǒng)檢測方法存在的痛點(diǎn)，并針對此列舉了一些比較典型的創(chuàng)新性檢測技術(shù)。在絕緣子污穢度表示的技術(shù)上，提出用光線傳感器直接檢測絕緣子的等值鹽密，提高了絕緣子污穢度檢測時(shí)的容錯(cuò)率。在瓷質(zhì)絕緣子領(lǐng)域，通過電檢測瓷質(zhì)絕緣子零值檢測技術(shù)與光電傳感器的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了絕緣子的電阻值定量檢測，突破了原有技術(shù)只能定量分析的桎梏。在玻璃絕緣子檢測領(lǐng)域，采用機(jī)器視覺與無人機(jī)巡檢的技術(shù)，對圖像進(jìn)行分割與識別，大大減少了人工的投入，提高了檢測效率與安全系數(shù)，降低了事故發(fā)生率。在復(fù)合絕緣子領(lǐng)域，利用光纖光柵傳感器、水囊柔性耦合裝置對絕緣子憎水性進(jìn)行分析，大大提高了檢測質(zhì)量。

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（作者單位：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)）