淺析輸電線路絕緣子泄漏電流在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

高琦 鹿洋

摘要：本文對不同環(huán)境的泄漏電流進(jìn)行了在線監(jiān)測及分析，以不同環(huán)境條件下的絕緣子在線監(jiān)測泄漏電流數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析運(yùn)行絕緣子的污穢水平，通過系統(tǒng)模塊將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)監(jiān)測中心，預(yù)測絕緣子污閃信息。通過進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計和原理分析，為電力部門實現(xiàn)自動、連續(xù)的在線監(jiān)測，實時掌握輸電設(shè)備外絕緣水平提供一種行之有效的技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：輸電線路;絕緣子;泄漏;電流;在線監(jiān)測

輸電線路包含著電纜線路與架空式輸電線路兩種。在架空式輸電線路當(dāng)中，絕緣子占據(jù)重要位置，是輸電線路當(dāng)中最為重要的電氣類絕緣件，對于架空式輸電線路實際的運(yùn)行效率可產(chǎn)生重要影響。但是，在輸電線路實際運(yùn)行期間，其內(nèi)部絕緣子通常會出現(xiàn)電流泄露問題，以至于影響到輸電線路正常地運(yùn)行。為確保輸電線路可維持著正常地運(yùn)行狀態(tài)，需廣大專業(yè)性地電力技術(shù)員提高對該問題的重視程度，并科學(xué)地運(yùn)用在線監(jiān)測該系統(tǒng)，對輸電線路實際運(yùn)行期間絕緣子電流泄漏，予以有效性地監(jiān)測，以能夠切實地降低該故障問題發(fā)生幾率，盡可能地保障輸電線路持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行。

1.輸電線路絕緣子泄漏電流在線監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

輸電在線監(jiān)測系統(tǒng)前端，主要由數(shù)據(jù)采集單元（各類傳感器）和數(shù)據(jù)處理單元（監(jiān)測主機(jī)）兩部分組成，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和轉(zhuǎn)發(fā)。處理后的監(jiān)測信息最后通過2G/3G無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)測中心，監(jiān)測中心具有接收和處理數(shù)據(jù)的功能，監(jiān)測中心的在線監(jiān)測管理平臺在收到監(jiān)測信息后，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析整理，判斷出線路設(shè)備及通道情況。數(shù)據(jù)采集單元安裝在導(dǎo)地線或絕緣子串等設(shè)備上，可對輸電線路設(shè)備和輸電線路通道環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測主機(jī)安裝在桿塔上，數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行數(shù)據(jù)測量、采集，將監(jiān)測結(jié)果通過無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，監(jiān)測主機(jī)采用低功耗的微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)。監(jiān)測主機(jī)一般由太陽能板進(jìn)行供電，一些區(qū)域根據(jù)需要可加裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)，進(jìn)行全天候作業(yè)，實時采集輸電線路導(dǎo)地線、絕緣子、桿塔等運(yùn)行過程中的信息。監(jiān)測管理平臺，是實現(xiàn)信息接收和處理的計算機(jī)或服務(wù)器，運(yùn)行人員通過操作管理平臺的軟件系統(tǒng)，對現(xiàn)場傳送過來的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、診斷，判斷出輸電線路當(dāng)前的運(yùn)行狀況，及時給出線路狀態(tài)信息，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行障礙時及早采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?，避免出現(xiàn)線路運(yùn)行事故。

2.系統(tǒng)運(yùn)行原理分析

2.1系統(tǒng)監(jiān)測機(jī)理

從絕緣子的污閃機(jī)理可以看出，局部電弧放電并最終發(fā)展成為閃絡(luò)，在這一過程中，泄漏電流和電弧脈沖是造成污閃的直接原因。泄漏電流在不同環(huán)境（溫濕度、污穢度不同）影響下，幅值不同。如絕緣子未閃絡(luò)時，存在高頻脈沖信號。絕緣子臨近閃絡(luò)時，出現(xiàn)個別幅值較大的脈沖。絕緣子閃絡(luò)時，出現(xiàn)大量脈沖且幅值較大。因此，可以對絕緣子泄漏電流的各種參量，以及超過某一幅值的脈沖數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和記錄，以此判斷絕緣子污穢狀況。泄漏電流在線監(jiān)測系統(tǒng)通過傳感器對絕緣子進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)測量，然后利用無線網(wǎng)絡(luò)送至監(jiān)測中心，最后對絕緣子的泄漏電流值和放電脈沖進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，判定污穢狀態(tài)。通過使用絕緣子污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)，可及時準(zhǔn)確的判斷出絕緣表面的污穢狀況，同時對積污嚴(yán)重、臨閃設(shè)備進(jìn)行預(yù)警。

2.2在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

泄漏電流在線監(jiān)測系統(tǒng)由兩部分組成，分別是數(shù)據(jù)采集終端（包括太陽能供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和通信系統(tǒng)等）以及后端數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)。采集前端進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，其供電電源為太陽能板和蓄電池聯(lián)合供電（太陽能板不能在夜間工作），有些地區(qū)還可根據(jù)實際情況采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)，進(jìn)行全天候作業(yè)。通過預(yù)先設(shè)定的程序，不間斷地對周圍的各種數(shù)據(jù)，如溫濕度、風(fēng)向等進(jìn)行收集分析，同時對周圍環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測，對所收集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過無線傳輸方式，及時傳輸至后臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。后端監(jiān)測中心用于整理分析所收集的數(shù)據(jù)，工作人員根據(jù)分析結(jié)果采取有針對性地的防范措施。泄漏電流監(jiān)測系統(tǒng)工作原理：通過傳感器測量被測絕緣子的泄漏電流及其他環(huán)境信息，傳感器輸出的信號送入監(jiān)測主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)濾波、放大，去除干擾，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測信息發(fā)往監(jiān)測中心，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。各部分具體功能介紹如下：

2.2.1泄漏電流的信息采集

泄漏電流在線監(jiān)測裝置利用傳感器測量泄漏電流以及運(yùn)行環(huán)境參數(shù)。為了采集絕緣表面的泄漏電流，泄漏電流傳感器安裝在絕緣子串上離桿塔最近的絕緣子表面。傳感器安裝時需涂導(dǎo)電膠，根據(jù)泄漏電流沿面形成的特點，傳感器將采集絕緣表面泄漏電流，截取的電流信號由雙層屏蔽絞線引出，與泄漏電流采集裝置相連。泄漏電流采集裝置需具有過電壓保護(hù)，保護(hù)硬件電路。

2.2.2泄漏電流監(jiān)測主機(jī)

泄漏電流監(jiān)測主機(jī)安裝在靠近絕緣子串的位置，通過傳感器獲取泄漏電流，對泄漏電流信號進(jìn)行處理及A/D轉(zhuǎn)換后，通過無線傳輸方式，傳輸數(shù)據(jù)至監(jiān)測中心。電流不能直接測量，需將電流轉(zhuǎn)換為電壓，電流電壓轉(zhuǎn)換后的信號，需要進(jìn)一步進(jìn)行轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號處理器能夠處理和運(yùn)算的通訊信號。由于泄漏電流采樣后，得到的工頻電壓信號和高頻脈沖電壓信號，幅值和頻率不同，因此分別設(shè)計兩種濾波器將兩類信號分離，使工頻電壓信號能等幅值通過低通濾波器，而高頻脈沖電壓信號相應(yīng)地等幅值通過高通濾波器，同時抑制外部干擾信號。由于絕緣子泄漏電流變化較大，因此對信號進(jìn)行濾波處理后，需再經(jīng)過二次放大電路對輸入信號進(jìn)行放大調(diào)整，調(diào)整輸入信號的幅值，使輸入信號的幅值位于A/D轉(zhuǎn)換器允許范圍內(nèi)，以取得較好的采樣精度。

2.2.3系統(tǒng)電源

使用蓄電池和太陽能板組成的供電系統(tǒng)，有日照的情況下，控制電路控制蓄電池充放電;在沒有日照的情況下，電能由蓄電池提供。系統(tǒng)電源，可提供+12V的電源電壓，供在線監(jiān)測裝置連續(xù)12天的正常工作。

2.2.4時鐘芯片

監(jiān)測系統(tǒng)的基準(zhǔn)時鐘，用于表征獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)的時間，繪制泄漏電流各時間點泄漏電流值曲線圖，觀察泄漏電流變化趨勢，提供絕緣子運(yùn)行狀態(tài)評定參考。

2.2.5無線通信網(wǎng)絡(luò)

將泄漏電流參量、環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)，發(fā)送到監(jiān)測中心。

2.2.6監(jiān)測中心

絕緣子表面發(fā)生局部電弧放電時產(chǎn)生泄漏電流脈沖群，泄漏電流脈沖群的出現(xiàn)時間間隔與絕緣子表面污穢度間存在一定的關(guān)聯(lián)，絕緣子表面的污穢越嚴(yán)重，脈沖群出現(xiàn)的時間間隔越短。監(jiān)測系統(tǒng)軟件以泄漏電流各狀態(tài)參量作為輸入，利用模糊理論等智能算法，判斷絕緣子運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)軟件根據(jù)絕緣子表面泄漏電流的幅值大小及波形特點，實時判斷絕緣子的運(yùn)行狀況和污穢情況，并給出報警信息。軟件數(shù)據(jù)庫集中管理數(shù)據(jù)，有助于電網(wǎng)的統(tǒng)計規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)度以及統(tǒng)一指揮。

2.3監(jiān)測分機(jī)軟件設(shè)計

在現(xiàn)場使用中，為延長監(jiān)測終端供電系統(tǒng)的工作時間，系統(tǒng)在不工作時處于休眠狀態(tài)，關(guān)斷無線網(wǎng)絡(luò)模塊以及外圍放大電路等，自動定時啟動，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析和無線傳輸?shù)裙ぷ鳎@樣能有效提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。同時，軟件采用模塊化設(shè)計，獨立性好，設(shè)定看門狗子程序杜絕系統(tǒng)死機(jī)。

3.數(shù)據(jù)分析

該在線式監(jiān)測系統(tǒng)實際運(yùn)行期間，每間隔1min便會性一條反饋數(shù)據(jù)信息，并實時化地記錄該時間區(qū)間內(nèi)所監(jiān)測到絕緣子最大的泄露電流數(shù)值、溫度值及相對的濕度值等。分析度值及相對的濕度值，其對于絕緣子其表面污穢所產(chǎn)生的相關(guān)影響期間，技術(shù)員需充分地考慮到該時間區(qū)間內(nèi)潤濕性作用，可擇選1h為最小的時間單位，也就是擇選1h區(qū)間內(nèi)相對濕度的平均數(shù)值為相對濕度值，并擇選1h時間段內(nèi)溫度的平均數(shù)值為該時間區(qū)間內(nèi)溫度數(shù)值。為了能夠更加深層次地研究輸電線路內(nèi)部絕緣子其電流泄露問題在線式監(jiān)測系統(tǒng)實際應(yīng)用情況。

4.結(jié)語

通過在線式監(jiān)測系統(tǒng)合理化地應(yīng)用，對輸電線路內(nèi)部絕緣子實際運(yùn)行期間電流泄漏問題，予以實時化地監(jiān)測，切實地避免輸電線路內(nèi)部絕緣子運(yùn)行期間有電流泄漏問題出現(xiàn)，讓輸電線路可一直維持著良好地、安全地運(yùn)行狀態(tài)，保證輸電線路實際運(yùn)行效率

參考文獻(xiàn)

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