高壓輸電線路絕緣子在線監測關鍵技術研究

劉 勇

（湖南省電網建設有限公司，湖南 衡陽 421000）

0 引 言

隨著社會的快速發展，高壓輸電線路絕緣子污閃事故發生頻率較高，對電網的安全穩定運行產生直接影響。當前電力部門在污閃問題預防與解決中，往往采取的是提升外絕緣水平方式和定期清掃方式等。雖然此類方式能夠起到一定的作用，但無法實現對絕緣子污濕狀態的實時監測。針對這一情況，需要應用在線監測技術。通過加大對在線監測技術的研究力度，對于污閃問題的解決能夠起到良好的促進作用。

1 高壓輸電線路絕緣子在線監測必要性

在社會快速發展的背景下，人們的生活水平不斷提高，同時電力工業也取得了一定成果，無論是系統裝機容量還是輸電線路電壓等級都得到很大提升[1]。當前很多省級區域網裝機容量已經超過1 000 MW，輸電線路運行電壓達到750 kV。在電力系統裝機容量不斷提升、運行電壓等級不斷提高的背景下，系統運行故障影響范圍也隨之增大。基于此，如何提升電力系統的運行安全性與可靠性是當前電力行業發展中面臨的一個重要問題。

從電力系統實際運行中不難看出，高壓電網運行故障問題的出現往往受到絕緣不良的影響。在高壓電網絕緣中，高壓絕緣子是其中的薄弱環節，絕緣子在電位不同的導電體機械相互連接中發揮著不可替代的重要作用，其性能會對整個輸電系統的安全產生直接影響。高壓絕緣子不僅要具備良好的電氣絕緣性能，同時還要能夠有效避免外界因素的影響，從而在最大程度上確保系統供電安全。

污閃問題的出現是絕緣子表面污濕狀態已經達到一定程度，此時絕緣子表面泄漏電流會出現過道情況。在高壓線路與變電站當中，污閃是較為常見的一種現象，這一現象會對電網的安全穩定運行造成直接影響。在我國華東、華北以及東北地區等出現過跨省市的大面積污閃問題，造成地區網絡停電和嚴重的經濟損失。為了在最大程度上避免污閃問題的出現，針對絕緣子污閃情況，需要相關工作人員能夠在短時間內做出合理判斷并采取有效預防措施與解決措施。在污閃問題的防范中，電力部門會采用不同方式，例如使用耐污絕緣子、有機合成絕緣子等，同時對絕緣子進行定期清洗[2]。這種方式在實現絕緣子的安全穩定運行中發揮著重要作用，但無法將絕緣子污染狀態真實反映出來，對于污閃事故預防無法達到良好效果。基于此，研發適合應用在絕緣子監測中的在線監測系統，能夠實現對絕緣子運行情況的全面監督。在此背景下，工作人員可以結合絕緣子實際情況采取有效預防措施，盡量避免污閃問題與其他問題的出現，保證電網的安全穩定運行。針對高壓輸電線路絕緣子在線監測技術的應用，需要相關工作人員給予更多重視。

2 高壓輸電線路絕緣子污閃過程分析

對于污閃絕緣子表面放電機理，目前并沒有一個統一認識。很多學者認為，絕緣子閃絡現象并不是單純的空氣擊穿，而是與化學因素、熱因素以及電因素有關的污穢表面氣體電離、局部電弧發生熱動力平衡的過程。絕緣子濕潤時期表面導電性能被強化，那么通過絕緣子表面的泄漏電流會增加，導電薄層發熱。發熱通常情況下會對絕緣子表面導電性能產生影響，該影響從正面與反面兩個方面實現。絕緣子表面層烘干會造成電導率的減少，同時受到表面層中正溫度系數電解質影響致使溫度升高，從而導致絕緣電導率增加。污穢會在絕緣子表面不均勻分布，即便污穢分布較為均勻，絕緣子沿著泄漏路徑的直徑也會發生一定轉變。基于此，絕緣子各個區域的泄漏電流密度存在一定的不同，表面層自身加熱也存在不均勻情況。在潮濕程度較輕的區域和某些污層較薄的區域，尤其是在絕緣子表面泄漏電流密度較大的區域中，會承受較大外加電壓，從而導致絕緣子電壓分布發生變化。在絕緣子表面形成烘干區后，受到電壓大小的影響致使其表面物理過程繼續發展且存在差異。如果從宏觀角度分析，可以將絕緣子污閃過程看作絕緣子表面積污、表面濕潤、具備放電、局部電弧發生并完成閃絡。

絕緣子表面積污是受到不同力的影響致使微粒朝著絕緣子移動，在這一過程中力包括重力、風力以及電場作用力[3]。風力是影響微粒移動的主要因素，電力對于微粒移動的影響相對較小，并且不會對微粒移動方向與移動速度造成影響。污穢沉積往往是由于絕緣子對于此類顆粒具有一定附著性，同時在絕緣子表面會存在電場。對于此類內容，需要相關工作人員有足夠的正確認識，這樣才能結合實際情況給出針對性解決措施，保證高壓輸電線路絕緣子的安全穩定運行。

3 高壓輸電線路絕緣子在線監測技術設計

3.1 中央控制模式技術設計

中央處理器（Central Processing Unit，CPU）是前端機系統的重點與核心，結合系統要求，處理器自身要具備更快的處理速度，同時具備低功耗特點。基于此，系統CPU可以選擇16位數字處理器MSP430F149。該單片機的功能較為強大，而且性價比較高，集成了豐富的外圍模塊，包括定時器、硬件乘法器等。其中內部12位A/D轉換器擁有4個內部通道與8個外部通道，能夠實現對絕緣子多個不同污穢特征量進行采集。該單片機使用當前流行的精簡指令結構，不僅執行速度較快，而且整個指令系統工作效率更高，能夠充分滿足信號數據處理要求。單片機中的Flash存儲器容量較大，可以將其應用在數據存儲與程序存儲中，實現對電路設計的簡化。

絕緣子在線監測系統針對泄漏電流進行有效采集處理后會將數據傳輸給后臺控制中心，傳輸的數據包括數據記錄時間等。軟時鐘需要通過程序設定時間，即便不需要額外增加部件，但程序添加流程較為復雜，在這一過程中不能出現斷電情況[4]。基于此，在數據采集間隔內對低功耗時鐘芯片DS1302進行合理應用，最大程度上滿足系統要求。該芯片擁有7個時標，包括秒、分、時、日、星期、月以及年，同時還可以實現閏年調整。芯片在主工作電源掉電情況下能夠發揮保護電路作用，同時備份電源能夠自動切換到控制電路中。

3.2 數據采集模塊電路設計

數據采集模塊電路設計是高壓輸電線路絕緣子在線監測中的一項重點工作，相關工作人員需要給予足夠的重視。當前泄漏電流采集過程中主要采用的方式有3種，分別是電流互感器采集方式、侵入式分布電位導入方式、集流環式屏蔽方式。其中電流互感器采集方式通常是在最后一片絕緣子上方球頭掛環位置設置電流互感器或者在倒數第二片絕緣子與最后一片絕緣子之間進行信號提取，促使絕緣子表面一次電流能夠被轉化為二次電流，并將其傳輸給中央處理單元[5]。該方式主要使用的是穿芯式環形互感器，此時無法實現互感器的完全屏蔽，在抗干擾中仍然難以實現相應要求。而在兩片絕緣子之間進行信號提取，會對線路安全穩定運行產生直接影響。在安裝過程中需要取下整串絕緣子進行互感器安裝，實際工作強度較大，而且安裝工作較為困難。侵入式分布電位導入方式需要結合絕緣子串進行電壓梯度分布。在過電壓時或者絕緣串內存在零值絕緣子時將會出現危險情況，運行一段時間后最后一片隔離絕緣子染污，泄漏電流會出現分流，對最終數據的準確性造成影響。針對此類情況，可以采取集流環式屏蔽方式對絕緣子表面泄漏電流進行采集。在這一過程中要設置金屬引流環，這樣可以實現對泄漏電流信號的有效收集。利用穿芯式電流傳感器，確保泄漏電流能夠被引入到電流引入裝置的數據處理單元中。集流環使用新型硅橡膠材料，耐高溫、防積水且防污漬，不會對電容電流與雜散電流進行采集，同時可以實現對泄漏電流的準確采集。將其安裝在地電位端的第一片絕緣子上部，可以保證絕緣子串的安全穩定運行。

絕緣子的整個閃絡過程中，泄漏電流范圍會增加。泄漏電流傳感器的主要作用是對安全與泄漏電流情況與預報區泄漏電流情況進行全面測量。如果出現采集范圍過大的情況，那么傳感器靈敏度會受到很大影響，閑置很多量程[6]。如果采集范圍過小，那么無法將信號完整反應出來。基于此，可以使用BCT-3型穿芯式泄漏電流傳感器來采集0～100 mA的泄漏電流。該類型傳感器使用零磁通技術實現自動補償，能夠處于零磁通工作狀態。

4 結 論

綜上所述，通過對高壓輸電線路絕緣子在線監測技術的應用，能夠對絕緣子實際運行情況進行全面監督。一旦發現其中存在異常情況，那么工作人員就可以根據具體情況采取相應的解決措施，避免問題影響范圍進一步擴大，為電網安全穩定運行奠定良好基礎。