我國高壓絕緣子在線監測技術現狀淺析

丁海波 宋子美

【摘 ?要】目前國內的絕緣子按照制造材料種類可分為瓷絕緣子，玻璃絕緣子與復合型絕緣子，且大多以盤式結構。瓷質絕緣子容易放生局部放電，傳統的紫外成像法雖然可以對故障進行確認，卻無法預知潛在的缺陷;玻璃絕緣子片容易出現自爆，常用電磁脈沖法監測，但此種方法容易受環境電磁波的影響，需要人工逐個檢測;復合絕緣子常用的傳統方法是對某一地區的絕緣子做抽樣檢測，測量其機械與電氣性能，此法的準確性值得懷疑。本文針對目前國內傳統監測技術的弊端，總結了國內較好的解決方案。

【關鍵詞】高壓絕緣子;傳統監測技術;研究進展

引言

近年來，電力系統的污閃問題越來越嚴重，全國的各大電網與電廠都曾出現過多次污閃事故，造成了很大的經濟損失。若想保證電力系統的長期穩定安全地運行，實時監測絕緣子的電氣狀況，并對潛在的污閃問題進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絕緣子在線監測技術上做出的改進與技術案例。在80年代以前，我國電網運行主要使用玻璃絕緣子與瓷質絕緣子。進入20世紀，復合絕緣子的應用逐漸普遍。中國掛網運行的復合絕緣子用量已經累計超過2000萬只以上（截止2019 年，110 k V及以上電壓等級），占全球在網運行復合絕緣子數量（截止2019年，50 k V及以上電壓等級復合絕緣子數量已超過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生。

1絕緣子分類及污穢度表示方法

目前國內的絕緣子按照制造材料種類可分為，瓷絕緣子，玻璃絕緣子與復合型絕緣子，且大多以盤式結構。不同材料的絕緣子，適用的檢測機理往往不同。如瓷質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生一定量的紫外光。雖然這種方法現象明顯，可以在遠處有明顯觀察，但是只能對故障進行確認，無法預知潛在的缺陷。玻璃絕緣子片容易出現自爆，導致掉片損傷，主要是通過檢測絕緣子放電過程中所產生一定頻段的電磁脈沖來進行監測，但此種方法容易受環境電磁波的影響，且采集設備相對復雜，需要人工逐個檢測。

復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境下具有抗污能力。目前國內主要是抽取少部分絕緣子進行機械和電氣性能測量，該法是在沒有其他有效手段而不得已采用的，結果能否準確代表整批絕緣子水平也值得懷疑。國內已有相關單位開發出復合絕緣子監、檢測儀器，主要有紅外測溫儀器、基于電場分布法的復合絕緣子帶電檢測儀和復合絕緣子憎水性在線檢測儀等，這些設備能在一定程度上了解復合絕緣子的機械和電氣特性，但大多數是分析事故發生原因的手段或用于事故過后的分析，無法做到實時監測。

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

現有的檢測技術，往往是根據以上幾種方法計算絕緣子污穢度，進而對絕緣子的在線缺陷檢測起一個決策性部署。利用光纖傳感器可以直接測量等值附鹽密，通過檢測光能參數可計算出傳感器表面鹽份多少，檢測較為準確，精密。

根據檢測到絕緣子的污穢度等級，可以進一步判斷絕緣子是否出現劣化。導致絕緣子劣化的故障機理主要是絕緣子電阻值降低，產生電暈放電，出現絕緣子外殼破損。目前國內主要采用的檢測絕緣子劣化的方法，根據接觸型與非接觸型，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象來進行判斷，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瓷質絕緣子檢測

瓷質絕緣子在長期的室外工作環境下運行，容易出現零值絕緣子的現象。瓷體與金具之間通過膠粘結而成，容易出現間隙，在高壓作用下絕緣子和金具易形成回路，導致金具過熱失去其機械強度。

目前國內的檢測方法主要有火花叉法，小球放電法，紅外熱相儀監測法，泄漏電流檢測法，激光多普勒檢測法。這些方法各有利弊，但都有一個弊端，就是都為定性檢測，無法識別每一個絕緣子的電阻值，從而無法檢測已經漏電但是還處于臨界擊穿狀態的絕緣子。遼寧電力公司丹東分公司提出了一種帶電檢測瓷質絕緣子零值的技術。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，根據采樣計算出被測絕緣子電阻值的大小，此過程由單片機來完成。此技術的關鍵是如何提取微安級脈沖電流采樣值，并且對單片機采用合理的抗干擾措施。此種技術實現了對每一片絕緣子阻值的定量檢測，并且結合上位機的數據管理系統，實現了超高壓系統對瓷質絕緣子在線監測的綜合作業管理。

此外，還有研究采用光電傳感器，對絕緣子附近電場進行檢測判斷是否符合良好運行條件電場分布，這種方法對化學穩定性好，不易潮解，檢測穩定性高，不受外部環境干擾，可根據測量結果繪圖 準確判斷絕艷子是否存在劣化情況。

3復合絕緣子檢測

對于復合型絕緣子，有研究針對復合型絕緣子的憎水性，采取了一種基于數字圖像處理的憎水性分析法，對圖像進行灰度處理與二次二值重構得到比較標準的憎水性等級，裝置利用了無線信號傳輸技術，實現了對復合絕緣子憎水性的遠程監測。

另外有基于光傳感復合絕緣子智能監測技術，是在復合絕緣子的芯棒基體內植入布拉格光柵構成智能芯棒結構，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變，以及實現與溫度和應變有關的其他許多物理量和化學量的間接測量。該技術是傳感技術發展的新階段，能夠有效克服服當前電學類傳感器在長期穩定性、耐久性和分布范圍方面存在的不足，具有傳統技術無可比擬的優勢。

該結構能在線檢測復合絕緣子內部溫度與應力的變化，從而可以實時監測復合絕緣子的運行狀態，并判斷出復合絕緣子內部缺陷，預報自身蠕變、缺陷、損傷等一系列非健康狀態的功能，實現對在網運行復合絕緣子的狀態評估及壽命預測。該技術的推廣應用可優化現有國家標準規定的抽樣試驗，無需停電或者帶電拆卸復合絕緣子，可大大降低檢測的工作量、工作時間和作業的危險程度。下圖為光纖光柵的結構示意圖與年掛網傳感器波長示意圖。

國家電網白銀供電公司研究了一種BBO優化BP神經網絡的復合絕緣子臨界污閃電壓預測模型，通過多組數據與人工污穢數據誤差做了對比性試驗，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算法優化BP神經網絡的流程圖及實驗結果誤差分析圖。

實驗結果誤差分析

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

4結論

本文通過闡述絕緣子在國內的傳統檢測技術，進出各種傳統檢測方法存在的痛點，并針對此列舉了一些比較典型的創新性檢測技術。在絕緣子污穢度表示的技術上，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的容錯率。在瓷質絕緣子領域，通過電檢測瓷質絕緣子零值檢測技術與光電傳感器的運用，實現了絕緣子的電阻值定量檢測，突破了原有技術只能定量分析的桎梏。在玻璃絕緣子檢測領域，采用機器視覺與無人機巡檢的技術，對圖像進行分割與識別，大大減少了人工的投入，提高了檢測效率與安全系數，降低了事故發生率。在復合絕緣子領域，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行分析，大大提高了檢測質量。

參考文獻：

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（作者單位：山東農業大學）