光傳感器檢測絕緣子鹽密法在青海電網應用前景探討

吳楊石千/.國網寧夏電力公司電力科學研究院；.國網青海省電力公司調控中心

光傳感器檢測絕緣子鹽密法在青海電網應用前景探討

吳楊1石千2/1.國網寧夏電力公司電力科學研究院；2.國網青海省電力公司調控中心

本文通過對傳統的較輸變電設備絕緣子污穢特性檢測方法優缺點的比較分析，提出了一種更適合青海電網特點及當前輸變電設備管理模式的光傳感器檢測絕緣子鹽密法，并對該方法在青海電網的應用前景進行了論述，對該方法的推廣應用及相關工作的開展具有很好的參考價值。

超高壓輸電線路；污穢特性；鹽密

引言：輸變電設備外絕緣水平理論上與電壓等級相匹配即可，但由于受環境因素影響，輸變電設備外絕緣配置需綜合考慮電壓等級、設備所處區域污穢等級以及海拔高度等因素，而輸變電設備外絕緣狀況是輸變電線路安全運行的重要參數。輸變電設備外絕緣表面所積污穢物質的化學成分是影響絕緣耐受能力的關鍵，通常以鹽密大小來定量描述。因此，快速而準確測量輸變電設備絕緣子鹽密對提升輸變電設備安全運行水平具有重要意義。

目前絕緣子鹽密測量主要使用等值鹽密法與泄漏電流法[1]，但這兩種測量方法操作復雜，測量周期較長，無法及時掌握輸變電設備絕緣子污穢情況。隨著設備外部運行環境的變化，因檢測、防范不及時，輸變電設備污閃時有發生，傳統絕緣子污穢測量方法局限性越發突出，已不適應青海電網特點，更不符合“大檢修”工作要求，急需一種全新的絕緣子鹽密測量方法。

一、絕緣子污穢情況概述

1.絕緣子污穢造成污閃的原因。輸變電設備所使用絕緣子，運行中極易積灰、受潮，而其表面一旦遭受污染并受潮將嚴重影響絕緣子絕緣性能，進而可能產生污閃事故，威脅電網安全。

青海省電力轄區部分區域按污穢所處環境類型劃分屬于沙漠型與工業粉塵型污穢區。近年絕緣子污穢檢測數據表明，沙土與工業粉塵加之長期干旱造成污穢層通常含有不易溶解的鹽類物質，而且具有較高的灰密。風力則是絕緣子染污的主要因素，雖然雨季少量降雨可以導致其自然清洗，但在我省干旱少雨地區或季節效果有限。當絕緣子表面發生凝露時，極易引起絕緣子閃絡，造成電網事故。

2.防止絕緣子污穢造成污閃的意義。運行經驗及鹽密測量數據表明，設備外絕緣配置與現場污穢度相適應時，污閃跳閘率就會很低；不相適應時，污閃跳閘率就會增多，甚至造成電網大面積污閃事故。我省地域遼闊，氣候多變，尤其是近年來工業的發展，部分地區大氣污染日益嚴重，甘河灘工業園區附近部分變電站就曾多次在初春發生過絕緣子閃絡事故，對電網安全穩定運行造成一定影響。隨著安全理念的提升及對電網事故容忍度的不斷降低，必須把電網污閃跳閘率控制在最低水平，對高電壓等級電網要盡可能避免污閃的發生[2]。

3.目前污穢測量方法概述。

（1）等值鹽密法（ESDD法）[3]。等值鹽密法一般需要在停電檢修期間將被測試的絕緣子從桿塔上拆卸至地面，然后搬運到試驗室加以測量。在取樣過程中為避免污穢損失，拆卸和搬運絕緣子時要盡量不接觸絕緣子的絕緣表面。表面污穢取樣之前，取樣容器、量筒等應保證清洗干凈，確保無任何污穢。取樣時，盡可能帶清潔的醫用手套將絕緣子傘裙表面的污穢用脫脂棉完全清洗下來等。

這種方法在取樣過程中稍不注意就會導致測量結果不準確，并且無法對同一絕緣子的積污特性進行長期監測。而飽和鹽密的測量則需要參照絕緣子連續3至5年積污進行測量，污穢取樣時間應選擇在年積污期結束時進行，但采用等值鹽密法獲取運行絕緣子的飽和鹽密則需要大量的試驗樣本及試驗周期。

（2）污層電導率法。此法優點在于電導率與污閃電壓之間存在直接關系，這種關系能從絕緣子絕緣性能方面綜合反映污層的污穢及潮濕程度，是反映污穢影響的一個較好參數。然而電導率的測量要有容量較大的電源以及短時加壓的控制設備，這給測量操作帶來不確定性，并且此類方法在對試驗設備布置安全措施方面較為困難，使得此法在推廣應用方面受到了一定的限制，目前一般應用于人工污穢試驗室。

（3）基于泄漏電流的污穢度檢測方法[4]。基于泄露電流的污穢度檢測是在一參照盤形絕緣子串上，連續測量其表面泄露電流，并加以記錄。由于泄漏電流的大小不僅取決于污穢程度，而且還與絕緣子受潮程度、絕緣子的串長、幾何形狀等因素有關，且不適合在干旱少雨地區使用。

二、適應青海電網污穢環境特點的鹽密測量方法

1.各種絕緣子污穢度測量方法的優、缺點比較。

2.適應青海電網的鹽密測量的方法。

根據表1（詳見文后）分析可知，傳統的等值鹽密法、泄漏電流法雖然直觀易懂，但在操作上不僅存在著等價性問題，而且在獲取飽和鹽密方面也存在不足，并且無法準確獲得實時鹽密值用來指導清掃，不利于“大檢修”模式下狀態檢修工作的開展。目前為止，如何根據測得的泄漏電流值評價絕緣子的污穢程度尚無明確的標準。再者，泄露電流的測量僅限于在潮濕的氣象條件下，這在潮濕多雨的南方尚可使用，而在青海部分干旱少雨地區應用大有困難。因此，采用表面泄漏電流的測量方法由于技術本身存在的缺陷，目前仍沒有出現取代人工測量鹽密的趨勢。而人工測量鹽密對于青海這樣一個地域廣闊，電網覆蓋范圍廣，地形復雜、氣候復雜多變的區域，需要耗費大量的人力物力。

相比而言，光傳感器輸變電設備鹽密監測法[5]無需停運所測量鹽密的線路或設備，無需拆卸、搬運絕緣子，且能夠自動進行鹽密監測，無需人工參與測量工作，結果準確，操作簡單，可遠程讀取監測值，省時省力，還可實時在線監測絕緣子鹽密，能夠滿足“大檢修”模式下輸變電設備狀態檢修工作需求，適合在青海這樣一個地域廣袤、地形發雜、部分地區風沙較大，個別地區工業發展迅速污染嚴重，污穢分布不均勻的地區推廣使用。

三、光傳感器法測量絕緣子鹽密污穢的技術措施

經過對各種絕緣子鹽密污穢測量方法比較后，我們可以得出在對輸變電設備的污穢狀況評估中，鹽密是唯一的可以定量的參數這一結論。在進行鹽密測量過程中，采用光傳感技術，能夠在輸變電設備不停電情況下實時高效測量絕緣子鹽密，且不受高壓電磁場干擾及環境氣候的影響。這就為輸變電設備運行管理提供了實時、準確的輸變電設備外絕緣設備的積污情況方面數據，從而能科學指導輸變電外絕緣設備清掃工作，為輸變電外絕緣設備的狀態檢修提供依據，進而提高我省在“防污閃”工作的管理水平，為輸電線路及變電站設備的安全運行提供保障。

1.光傳感器法測量絕緣子鹽密污穢的技術關鍵。

（1）準確性。該技術通過監測光傳感器的光能參數變化測量出鹽份的多少，再通過換算得出絕緣子表面的鹽密，因此需要對系統測得的大量鹽密值與采用等值鹽密法測得的大量鹽密值進行數據對比，再通過試驗室與現場的對比，進而判定光傳感器測量輸變電設備表面鹽密的準確性。

（2）穩定性。采用光傳感器輸變電設備鹽密在線監測系統監測超高壓輸電線路鹽密基本不受電磁場及各種環境氣候因素的干擾，并且在采用目前已成熟的“蓄電池+太陽能電池”供電方式后能夠保證系統長時間工作。

（3）數據傳輸、接收及存儲的穩定性。本系統主要由數據監測終端和數據監測中心兩部分組成，是一種智能化大范圍遠程分布式鹽密實時監測系統[6]。系統利用現場安裝的數據監測終端，采集現場的溫度、濕度、以及光能參數等，通過GSM的數據通信模塊，將現場采集的數據發送到鹽密監測中心，鹽密監測中心的工作站根據鹽密數學模型的計算、得到鹽密數據，并采用數據庫技術進行數據管理，可實現自動、連續在線監測線路絕緣子鹽密，灰密。

本系統可采用GSM/GPRS/CDMA進行數據通訊，利用監測終端和監測中心的雙重數據存儲備份功能，可以在主機斷電3個月內，自動保存數據，充分保障了數據的安全性。

本系統可利用通訊數據自動篩選功能及指定號碼接收功能，可以有效屏蔽垃圾短信及冗余數據的干擾問題，充分保障了數據的準確性及有效性。

2.光傳感器法測量絕緣子鹽密污穢的技術實施。在青海電網污穢較嚴重的地區選取一個變電站，作為現場試驗場所。采用1臺光傳感器輸變電設備鹽密在線監測系統實施本項目。具體實施步驟：

（1）研制系統樣機，在實驗室完成系統實驗室測試及校準；

（2）在330kV輸電線路的桿塔安裝光傳感器輸變電設備鹽密在線監測系統樣機；

（3）樣機系統運行三個月或更長時間，驗證系統的穩定性。

四、.光傳感器法在線測量鹽密的預期效果

根據已有研究成果及該方法在其他網省公司的試驗情況，結合青海電網污區分布特點，若在青海電網采用光傳感器技術監測輸變電設備污穢情況可達到如下預期效果：

1.采用光傳感器技術測量超高壓輸變電設備鹽密，不受高海拔、地形、風沙等環境氣候及電場干擾等因素的影響；

2.采用光傳感器技術在特殊氣候條件下可準確測量超高壓輸變電設備表面鹽密；

3.通過光傳感器輸變電設備鹽密監測方法可完成輸變電線路輸電設備鹽密數據的實時采集與分析；

4.通過獲取實時飽和鹽密，可為調整輸變電線路輸變電設備外絕緣爬比電距提供科學依據，指導輸變電線路外絕緣設備的狀態檢修工作。

五、經濟效益

隨著經濟的發展，電網容量、輸電電壓等級提高，特別是空氣環境的逐步惡化，我省因高壓輸變電設備的外絕緣受污染而產生的污閃事故時有發生，造成很大的經濟損失。因此通過實施本項目可預防、減少污閃事故，將為電網設備的安全運行提供有力的保證。同時，也可為檢修策略由定期維修過渡到狀態維修及以可靠性為中心的維修創造重要條件，節省了人力物力，從而實現較好的社會效益和經濟效益[7]。

六、.結論

1.光傳感器法在線測量鹽密是適應“大檢修”模式下青海地域、氣候氣象條件下最為有效的鹽密測量手段。

2.在輸電線路開展光傳感器輸變電設備實時鹽密檢測，能及時測取輸變電設備實時鹽密值，掌握超高壓輸變電設備的積污規律，發揮光傳感器的優越性，提高輸變電設備的可靠性。

3.在輸電線路上廣泛開展光傳感器輸變電設備鹽密檢測，可以實時監測鹽密，進而適應狀態檢修對輸變電設備絕緣子清掃工作要求，減少不必要的定期清掃，避免污閃事故的發生。

4.通過逐步建立光傳感器檢測傳輸系統，可以基本實現遠程自動獲取實時鹽密地圖、飽和（最大）鹽密地圖以及鹽密曲線圖，提高輸電設備的污閃在線監控指標。

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[5]宿志一.防止大面積污染的根本出路是提高電網的基本外絕緣水平-對我國電網大面積污閃事故的反思 [J].中國電力，2003，36（12）：57-61.

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[7]吳尚.光傳感器在絕緣子鹽密測試中的應用 [J].華北電力技術，2012，12（9）：38-43.

[8]張銳，吳光亞，劉亞新，等.光技術在線監測絕緣子鹽密和灰密的實現及應用[J].高電壓技術，2010.36（6），1513-1519.

[9]焦尚彬，劉丁.基于最小二乘支持向量機的絕緣子鹽密光纖在線檢測木[J].儀器儀表學報，2008.29（11），2235-2240.

[10]王樹軍，雒文博，劉樹清.輸電線路絕緣子鹽密灰密測量誤差分析及控制措施[J].電網技術，2011.12（7），14-16.

表1.三種鹽密測量方法特性比較

吳 楊（1982-），男，工程師，主要從事電力系統化學試驗研究工作.

石 千（1983-），男，工程師，主要從事電力調度控制工作.