絕緣子污穢檢測方法綜述

趙全香，李紅艷，韓振，翟艷爍，趙偉靜

(三峽大學電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443002)

1 引言

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對電力的需求和依賴越來越強，對安全穩(wěn)定供電的要求也越來越高。絕緣子污穢引起的閃絡(luò)事故已成為影響電網(wǎng)可靠運行的第二大危害，一旦發(fā)生污閃事故，將會造成大面積停電，這不僅會給國家造成巨大的經(jīng)濟損失，還會影響到千家萬戶的安全用電。在我國工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的同時，大氣污染日趨嚴重、降塵量增加，酸性濕沉降頻發(fā)，運行中的絕緣子表面染污隨之加劇，瓷絕緣子由于其表面能大，在復雜的氣象條件下(霧、露、毛毛雨及酸性濕沉降)附著在瓷絕緣子表面的水分以水膜的形式而存在，污穢物中的鹽類物質(zhì)溶解于水中，表面電導增加，絕緣子的電氣強度急劇下降，導致表面形成放電甚至污閃事故，造成電力系統(tǒng)的大面積的停電，嚴重威脅電網(wǎng)的可靠運行。

及時清掃絕緣子污穢可以預防和減少故障的發(fā)生。現(xiàn)在多采用定期清除污穢，一般一年清掃一次，包括帶電或停電清掃、帶電或停電水沖洗。根據(jù)絕緣子的污穢程度確定清掃周期，不僅節(jié)省清掃費用，還可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。檢測絕緣子污穢程度，對絕緣子及時清掃會減少事故的發(fā)生。

2 影響絕緣子絕緣性能的因素

絕緣子的污閃由兩個因素決定，一是大氣污染造成的絕緣子表面積污;二是能使積聚污穢物質(zhì)充分受潮的氣象條件。在干燥氣象條件下，表面臟污的絕緣子仍有很高的絕緣強度。但在大霧、凝露、毛毛雨等氣象條件下，污層中的電解質(zhì)成分會充分溶于水中，在絕緣子表面形成導電通路，使絕緣強度大大降低，在正常運行電壓下就能導致絕緣子沿面閃絡(luò)，即污閃。凌晨時絕緣子表面凝露容易使污層飽和受潮，造成污閃事故，評價輸變電設(shè)備外絕緣的耐污能力，除了考慮絕緣子表面的積污程度外，還須考慮該地區(qū)使絕緣子表面積污、飽和受潮的惡劣氣象條件出現(xiàn)的幾率。我國幾次大范圍的污閃事故都發(fā)生在連續(xù)數(shù)天大霧等極其惡劣的氣候條件下。通過調(diào)整爬電距離(調(diào)爬)、更換防污型絕緣子、采用合成絕緣子以及RTV涂料等措施，較大范圍地加強了絕緣。

3 檢測方法

國際大電網(wǎng)會議第33屆學術(shù)委員會推薦了5種測定污穢的方法，即等值鹽密(ESDD)法、積分表面污層電導率(SPLC)法、脈沖計數(shù)法、泄露電流法和絕緣子污閃電壓梯度法。

3.1 等值鹽密法

等值附鹽密度(ESDD)是以絕緣子表面每平方厘米的面積上附著的污穢中導電物質(zhì)的含量所相當?shù)腘aCl，簡稱等值鹽密。由于它只與絕緣子的污穢量、成分和性質(zhì)有關(guān)，所以稱為污穢的靜態(tài)參數(shù)。測量時用一定量的蒸餾水，按規(guī)定的方法清洗絕緣子上的污穢后，測量含有污穢的水的電導率來確定ESDD。等值鹽密可直觀衡量污穢程度，不受溫度、電壓、試驗設(shè)備容量和試驗場地的限制，所以比較直觀和簡單。

3.2 積污表面污層電導率法

表面污層電導率定義為污穢絕緣子表面每平方厘米的電導，該參數(shù)是由污穢絕緣子受潮和施加低于運行電壓條件下測得的電導再乘以絕緣子形狀系數(shù)得出的。測量時先使污層濕潤，先在絕緣子上施加工頻電壓U，同時測定流過的泄漏電流I，于是絕緣子的電導G=I/U。由于該參數(shù)是在污穢絕緣子受潮和施加比運行電壓低的電壓下測得的，從而把特征量與污穢和電壓直接聯(lián)系起來，比靜態(tài)參數(shù)有了很大提高，但因測試電壓低，并不能完全反映污層在高壓下的真實變化，且測量分散性較大，受污穢分布不均勻的影響較大，另外測量不能直接得到污層電導，所以測量比較麻煩，故稱為表征污穢絕緣子運行狀態(tài)的半動態(tài)參數(shù)。

3.3 泄漏電流法

泄漏電流是指在運行電壓下絕緣子受潮時所測得的流過表面污層到達地的電流。泄漏電流法是電壓、污穢程度、氣候條件三要素綜合作用的結(jié)果，是動態(tài)參數(shù)，適宜在線監(jiān)測。試驗作為表示污穢程度的參數(shù)較多:運行電壓下泄漏電流的最大脈沖幅值、超過一定幅值的泄漏電流脈沖數(shù)、臨閃前最大泄漏電流值。并且泄漏電流的現(xiàn)場測量必須進行很長時間，同時，測試設(shè)備的造價也比較高，在絕緣檢測中，報警電流的確定必須根據(jù)大量的現(xiàn)場記錄結(jié)果作統(tǒng)計計算，并結(jié)合運行經(jīng)驗才能得出合理的結(jié)果。

3.4 污閃電壓梯度法

污閃電壓及污閃梯度是表征絕緣子性能的最直接最理想的污穢參數(shù)，是絕緣子污閃電壓與絕緣子串長的比值。污閃電位梯度該方法直接以絕緣子的最短耐受串長或最大污閃電位梯度來表征當?shù)氐奈鄯x度，應(yīng)用該方法的優(yōu)點是在真實情況下測定真實絕緣子串的耐污性能和它們之間的優(yōu)劣順序，直接給出絕緣水平。顯然，將污閃電位梯度作為特征量最合理，但測量該參數(shù)所用的設(shè)備造價高且耗費時間長。實驗設(shè)備容量大，實驗不方便，現(xiàn)場不具備條件。因而存在一個如何正確判定絕緣子串是否存在劣值絕緣子，即如何確立判斷標準(判據(jù))的問題。

4 微波輻射法和紫外脈沖法

微波輻射法和紫外脈沖法都是非接觸式帶電檢測的方法。

4.1 微波輻射法

微波輻射法利用絕緣子在微波段的輻射特性差異來檢測污穢程度。任何高于絕對零度的物體都在不斷輻射能量，輻射的頻率范圍非常寬，當物體表面有污穢物時，發(fā)射率會隨著污穢量和污穢性質(zhì)發(fā)生變化，污層濕潤時變化更明顯，而物體所輻射的電磁波可以通過普朗克定律來測量。微波輻射計能實現(xiàn)高靈敏度的物體熱電磁輻射測量，微波輻射計天線接受的總功率與溫度有一一對應(yīng)的關(guān)系，因此可采用天線溫度來度量物體的輻射強度。根據(jù)以上原理，先在實驗室中根據(jù)國家標準選取ESDD來與發(fā)射率對應(yīng)得到與一定量的污穢對應(yīng)著的特定天線溫度，進而在現(xiàn)場通過測量絕緣子的天線溫度來判斷絕緣子的運行狀況。

4.2 紫外脈沖法

絕緣子放電時伴有光現(xiàn)象，其中含有一定的紫外光，清潔絕緣子的放電非常少，而污穢絕緣子則經(jīng)常在濕度較大時伴有放電現(xiàn)象。絕緣子污穢過程中伴有放電情況的變化，可以利用絕緣子的放電差異來檢測污穢程度。紫外成像技術(shù)作為非接觸帶電檢測方法，能方便快捷的檢測到絕緣子外部放電，但因絕緣子放電的原因很多，有必要通過大規(guī)模、系統(tǒng)的試驗，利用紫外成像技術(shù)研究的絕緣子的電暈特性變化，研究這些變化與絕緣子絕緣特性之間的關(guān)系，找出能較準確反映放電強弱及變化的紫外圖像參量，做到能定量的判斷絕緣子放電水平強弱，以及用來評估絕緣子的運行狀態(tài)，因此利用紫外成像技術(shù)來研究絕緣子放電無論從學術(shù)還是實際應(yīng)用，都具有重要的科學意義和實用價值。

圖1 紫外成像檢測原理圖

紫外成像原理如圖1所示，紫外成像技術(shù)是利用特殊的儀器接受信號源(包括可見光、紫外光和紅外光)照射，從信號源傳輸?shù)匠上耒R頭的有信號源自身輻射的紫外光，也有信號源反射的背景光。紫外成像儀利用分光鏡將入射光線分成兩部分，其中一部分是可見光信號，直接由CCD采集形成數(shù)字圖像;而另一部分經(jīng)過紫外“日盲”濾光鏡后，只保留其中的紫外部分，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、MCP增益放大后在熒光屏上形成放電圖像，然后同樣經(jīng)CCD采集形成數(shù)字圖像，最后，通過圖像融合算法實現(xiàn)可見光圖像與紫外圖像的疊加生成顯示設(shè)備及其表面電暈放電的合成圖像，達到確定電暈位置和強度的目的，為評價設(shè)備的運行情況提供依據(jù)。

紫外監(jiān)測系統(tǒng)分為塔機、GPRS無線通道、主站3大部分，其中塔機是實現(xiàn)的核心。塔機由電源模塊、紫外傳感器驅(qū)動電路、控制及信號處理模塊、通信模塊構(gòu)成(見圖2)。其中電源模塊采用太陽能電源帶2個蓄電池，一主一備可以穩(wěn)定供電。紫外傳感器驅(qū)動電路的靈敏度與電源電壓大小有關(guān)，可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。

塔機端通過GPRS模塊把數(shù)據(jù)傳遞到互聯(lián)網(wǎng)，主站端通過網(wǎng)絡(luò)接收。考慮到后期變換域數(shù)據(jù)分析的需要，塔機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)應(yīng)該帶有時標，把單位時間段等分為N個采樣點，把有放電脈沖到來的采樣點標記為1，無放電脈沖的采樣點標記為0。由于絕緣子放電是偶發(fā)現(xiàn)象且發(fā)生放電時候較為集中，數(shù)據(jù)冗余很大。考慮到這個數(shù)據(jù)特性，壓縮采用了一維行程編碼。編碼后原始放電數(shù)據(jù)被壓縮，由GPRS模塊以無線方式傳輸?shù)街髡尽?/p>

圖2 絕緣子紫外在線監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)圖

主站部分通過GPRS或者固定網(wǎng)絡(luò)從因特網(wǎng)接收各塔機的數(shù)據(jù)，并負責放電數(shù)據(jù)的分析處理以判定絕緣子的污穢情況。

5 結(jié)論

絕緣子污閃事故的損失是雷電閃絡(luò)事故的十倍，通過及時檢測絕緣子的表面積污程度并及時清掃可降低事故的發(fā)生。本文介紹了絕緣子絕緣性能降低兩大因素和絕緣子污穢的檢測方法，保證電力系統(tǒng)安全運行。

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