能源互聯網環境下的輸電線路絕緣子在線檢測方法綜述

陳星宇，楊 劍，劉浩春，章佳瑩

（1.國網浙江義烏市供電公司，浙江 義烏 322000；2.國網浙江麗水供電公司，浙江 麗水 323000；3.國網浙江紹興供電公司，浙江 紹興 312000）

0 引 言

目前，我國的電力系統仍是由發、輸、變、配以及用電等環節構成[1]。在智能電網建設中，保障輸電線路的可靠性尤為重要。絕緣子在輸電線路中大量存在，并起到電氣絕緣及機械支撐的關鍵作用，同時其污穢、裂紋以及破損等故障對電網的安全穩定運行危害極大。因此，運用人工智能技術，進行絕緣子表面智能檢測，快速及時有效地診斷出故障對電網安全穩定運行起到至關重要的作用。

泛在電力物聯網已成為國家電網發展的新趨勢，我國西電東送的基本格局勢必要與電網智能化和信息化的發展緊密聯系。然而，我國的特高壓骨干線路不僅輸電距離長，而且沿途環境惡劣[2]。絕緣子猶如輸電線路之骨架，保證了整個電網的電能的安全穩定輸送。然而，絕緣子掛網運行后，由于長期暴露于風吹日曬和雨雪等惡劣環境下，其電氣與機械性能下降，從而產生故障，大大增加了電力系統事故發生的概率，甚至給人們的生產生活造成不可挽回的損失。

本文結合國內外研究現狀，對現有的絕緣子檢測技術進行原理上的剖析和比較，結合能源互聯網發展的大趨勢，提出智能化環境下的絕緣子綜合檢測系統的思路，為電網的檢修與調控增加了智能化的技術手段。

1 現狀分析

由于長期經受高壓、風吹日曬、溫度變化以及雨雪等外界因素的作用，高壓輸電線路上的絕緣子可能出現各種故障，如老化問題、污閃問題、雷擊網絡以及零值絕緣子等[3]。因而，可以根據絕緣子表面的溫度、放電情況及破損情況進行判斷，檢測出不同類型的故障。下面介紹3種常規的檢測方法，對絕緣子不同類型的缺陷狀況與檢測方法的應用前景進行分析與對比。

1.1 絕緣子破損及超聲波檢測法

一般情況下，絕緣子的破損是指其內外受到損壞，如氣泡、裂紋以及夾渣等狀況。一旦出現類似狀況，就可能產生裂化，導致其斷裂。圖1為絕緣子超聲波檢測原理，該檢測方法運用超聲波在不同介質中的物理性能，對絕緣子存在的物理缺陷進行檢測。

圖1 絕緣子超聲波檢測原理

1.2 絕緣子低阻值檢測法

長期運行下，絕緣子串會存在失效的狀況，影響其等效電阻，使電阻減小，因此需要針對低阻絕緣子開展有效檢測。

1.2.1 絕緣子電阻測定法

由于存在缺陷的絕緣子的電阻值會出現很大程度的降低，因此絕緣子的缺陷可以通過檢測電阻的大小來實現，電阻法是應用最廣泛的方法。

1.2.2 電場測量法

正常情況下，運行中絕緣子的場強和電勢沿絕緣子軸向的變化曲線是光滑的。當導通性出現問題時，絕緣子周圍的場強分布就會發生變化，其分布曲線也產生變化。通過對比分析可以準確定位電場畸變，從而達到檢測目的。

電場分布測量法如圖2所示。正常絕緣子場強和電勢的曲線是光滑的，如曲線A所示，當出現導通性故障時，故障處電位變為一固定值，場強降低，如圖2黑色區域所示。此時，電場分布曲線如曲線B所示，產生畸變。合成絕緣子串場強分布可以準確地判斷絕緣子內導通缺陷。

圖2 電場分布測量法示意圖

1.2.3 紅外熱像儀法

一般情況下，物體溫度不同，其輻射的紅外強度也不同。紅外熱像儀正是利用這種原理實現絕緣子各部位實際溫度的測量，從而辨別缺陷區域。該方法具有較強的抗干擾能力，且可以帶電測量，但是成本高，對玻璃絕緣子或瓷絕緣子檢測效果不明顯。

1.3 電暈放電的紫外成像法

電暈是判斷絕緣子老化的重要依據。同時，電暈的過程可以輻射大量紫外線。根據這一原理，紫外成像儀法便可用于潮濕陰雨的天氣中，從而判斷電暈，檢測絕緣子表面缺陷。

紫外檢測法可以帶電作業，同時其監測狀態下的設備運行情況也不會發生改變，因此使用該方法檢測不用對其直接接觸，具有時效性和高效性等優點，可用于在局部放電的情況下進行規模化的定期區域性巡檢，但是該方法只能在陰雨天氣進行，而且檢測成本較高。

2 能源互聯網環境下絕緣子在線智能檢測

2.1 絕緣子污穢在線監測系統

目前，無人機巡線技術得到廣泛應用，它主要結合了紫外成像法等非電類方法。通過無人機作為運載工具，結合多種檢測方法進行綜合判斷，同時采用傳統定位手段對故障絕緣子準確定位。在基于智能電網的環境下，綜合無人機巡檢系統逐步受到人們關注。

輸電線路的安全防護措施也需要高度重視。因此需要建立以單片機（或DSP）為中心控制單元的桿塔線路綜合在線檢測系統，用以對桿塔的短路電流進行判斷檢測，保障輸電工人的人生安全。該系統需要通信系統將檢測結果發往控制中心，可以及時有效地對綜合輸電線路進行綜合評價。

當前，基于絕緣狀態的特征量在線檢測技術也日趨成熟，很多地區已經投入運行，并且取得了很大的成功。

陜西某公司運用無線通信網絡研制出了一種基于GPRS的絕緣子遠距離在線監測系統，如圖3所示。通過對系統化的通信網絡進行無線切分，實現了在智能電網環境下遠距離監控與遙感測量絕緣子的狀態。

圖3 絕緣子污穢在線監測系統

要實現智能電網環境下綜合檢測系統的發展，首先應重點考慮統一接口的規模化生產，其次需要選取合適的特征量作為檢測的特征量，避免高速數據采集，最后可以根據不同地方的特點有選擇性地架入通信網絡，減小運行成本。

2.2 便攜式絕緣子在線檢測系統的提出

上述檢測方法雖可以在線檢測，但僅僅只是單方面的集中測量，若要全面精準測出絕緣子的故障和狀況，需要更綜合的在線檢測手段。為此本文提出了便攜式在線檢測系統的設計方案，在節約成本的前提下豐富其檢測功能，基本設計框架如圖4所示。

圖4 便攜式在線檢測系統的總體框圖

由圖4可見，該系統主要包括網絡化在線檢測模塊和便攜式檢測模塊兩個模塊。其中，網絡化在線檢測模塊通過低成本的圖像傳輸模塊，實現零值絕緣子的在線檢測，同時也實現了線路總體的在線監測。便攜式檢測模塊通過物理學檢測系統做成便攜式配置，實現絕緣子物理狀態和故障以及表面污穢度的測量。這種便攜裝置可以作為無人機的載體開展輸電線路巡檢，通過現場測量全面分析線路絕緣子的狀況。

便攜式絕緣子在線檢測系統方案的提出，為綜合分析絕緣子的絕緣狀態提供了技術支持，也滿足了不同檢測系統靈活匹配的需求，從而節約了檢測成本，充分發揮系統各配置的性能優勢，達到在智能電網環境下檢測網絡化和系統化的目的。

3 結 論

輸電線路絕緣子故障的有效檢測對電網的安全運行起到至關重要的作用，只有及時有效地發現并消除絕緣子缺陷，才能保證輸電線路的安全運行。本文通過對線路絕緣子在線和帶電檢測方法對比分析，提出絕緣子污穢在線監測系統和便攜式在線檢測系統的概念，給出了總體設計思路。所提出的各類檢測手段都能夠通過人工智能的方法實現在線網絡化測量，對于能源互聯網環境下綜合評價線路絕緣子的絕緣狀況有很大的參考作用。

隨著泛在電力物聯網建設進一步深化，利用綜合無人機系統和智能飛行機器人等手段對輸電線路進行智能巡檢將得到更廣泛的應用。由于能源互聯網發展的特殊性，智能化和集成化的檢測與終端通信的水平要求需要進一步提高，也需要進一步提高各類智能設備的識別率與實時同步率。