絕緣子帶電檢測(cè)方法

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上絕緣子在線檢測(cè)方法及規(guī)定摘要:評(píng)述絕緣子在線檢測(cè)的各種方法的測(cè)量原理、信號(hào)處理手 段及判別方法的特點(diǎn),并提出幾種信號(hào)處理的方法及實(shí)際測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)構(gòu)想。1引言 安裝在輸電線路上的絕緣子,在運(yùn)行過(guò)程中因長(zhǎng)期經(jīng)受機(jī)電負(fù)荷、日曬雨淋、冷熱變化等作 用,可能出現(xiàn)絕緣電阻降低、開(kāi)裂甚至擊穿等故障,對(duì)供電可靠性帶來(lái)潛在威脅,因此,絕緣子 在線檢測(cè)意義重大。線路絕緣子的在線檢測(cè),因其安裝位置的特殊性及分布區(qū)域的廣泛性,向來(lái)是絕緣在線監(jiān)測(cè)的 一 個(gè)難點(diǎn)。若干年來(lái),國(guó)內(nèi)外一直在尋找有效的解決辦法12,至今已有以超聲 波檢測(cè)法、激光多普勒振動(dòng)法及紅外熱象儀法為代表的非電量測(cè)量法和以電壓分

2、布檢測(cè)法、 絕緣電阻法及脈沖電流法為典型的電量測(cè)量法,被嘗試用于解決絕緣子在線檢測(cè)問(wèn)題。2非電量測(cè)量法激光多普勒振動(dòng)法是利用已開(kāi)裂的絕緣子的振動(dòng)中心頻率與正常時(shí)不同的特點(diǎn),通過(guò) 外力如敲擊鐵塔或?qū)⒊暡òl(fā)生器所產(chǎn)生的超聲波用拋物型反射鏡對(duì)準(zhǔn)被測(cè)絕緣子,或用激 光源對(duì)準(zhǔn)被測(cè)絕緣子,以激起絕緣子的微小振動(dòng),然后將激光多普勒儀發(fā)出的激光對(duì)準(zhǔn)被測(cè)絕 緣子,根據(jù)對(duì)反射回來(lái)的信號(hào)的頻譜的分析,從而獲得該絕緣子的振動(dòng)中心頻率值,據(jù)此判定 該絕緣子的好壞。超聲波檢測(cè)法是基于當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)進(jìn)入到另一種介質(zhì)的傳播過(guò)程中,在兩介質(zhì)的交界 面發(fā)生反射、折射和模式變換(縱、橫波轉(zhuǎn)換)的原理實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)接收超聲波發(fā)生

3、器(稱為 換能器)發(fā)出的脈沖超聲波在進(jìn)入絕緣子介質(zhì)和穿出絕緣子介質(zhì)時(shí)的反射波來(lái)限定絕緣子的 位置區(qū)間。當(dāng)絕緣子出現(xiàn)“開(kāi)裂”時(shí),則在接收到的反射波的時(shí)間軸上將出現(xiàn)該缺陷的反射 波,由時(shí)間軸上的該缺陷波的大小及位置,即可判斷出缺陷在絕緣子中的具體情況。超聲波檢測(cè)法和激光多普勒振動(dòng)儀法可檢定出開(kāi)裂絕緣子,對(duì)于具有“零值自爆”特性的玻 璃絕緣子的在線檢測(cè)確有高效。日本在這一領(lǐng)域研究較多,也取得了一定的進(jìn)展3-6;但超聲波檢測(cè)法存在的耦合和衰減及超聲波換能器的性能問(wèn)題在遠(yuǎn)距 離遙測(cè)上目前未有大的突破,尚處于摸索階段,該類設(shè)備目前主要用于企業(yè)生產(chǎn)的在線檢測(cè)及 實(shí)驗(yàn)室檢定。激光多普勒振動(dòng)儀體積龐大、笨重、使

4、用及維修復(fù)雜、造價(jià)高等缺點(diǎn)及兩種檢 測(cè)法對(duì)未開(kāi)裂的劣值絕緣子檢測(cè)無(wú)效的問(wèn)題,限制了這兩種檢測(cè)法的適用范圍。利用絕緣子表面的熱效應(yīng)原理進(jìn)行在線檢測(cè)的紅外熱象儀法7,對(duì)于涂有半 導(dǎo)體釉 的耐污絕緣子的遙測(cè)相當(dāng)有效。因?yàn)榇祟惤^緣子在線帶電運(yùn)行時(shí),正常絕緣子的表面電流較 大、溫升較高,而劣值絕緣子的表面溫度比正常絕緣子低好幾度,用紅外熱象儀易于識(shí)別;但 對(duì)于玻璃絕緣子或普通釉的瓷絕緣子,其正常的表面溫度比劣值的表面溫度僅相差1左右, 在復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下,測(cè)量極其困難,而紅外熱象儀高昂的造價(jià)亦令眾多用戶對(duì)其性能價(jià)格比 難以接受?；诖?下面我們將重點(diǎn)討論電量法絕緣子在線檢測(cè)技術(shù)。3電量檢測(cè)法3.1電壓分

5、布檢測(cè)法電壓分布檢測(cè)法是一種傳統(tǒng)的絕緣在線檢測(cè)方法。近年來(lái)隨著傳感器技術(shù)的發(fā) 展,該法也被賦予了新的內(nèi)容?；谂菘藸査?Pockels)效應(yīng)的光纖電壓(場(chǎng)強(qiáng))傳感器能在基 本上不改變絕緣子串電場(chǎng)強(qiáng)度分布的情況下,準(zhǔn)確測(cè)定各絕緣子的電壓分布情況,克服了短路 叉法、火花間隙法測(cè)量準(zhǔn)確度低、讀數(shù)分散性大的缺點(diǎn),同時(shí)也消除了靜電電壓表法測(cè)量改 變絕緣子串電壓分布的不足。在信號(hào)處理方面,目前普遍采用將測(cè)量結(jié)果經(jīng)電光轉(zhuǎn)換后通過(guò)絕緣桿內(nèi)的光纖傳輸?shù)降蛪憾? 再轉(zhuǎn)換成電信號(hào)讀數(shù)89或直接將測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換成語(yǔ)音信號(hào)報(bào)出1011的方法。至于劣值絕緣子的判定,目前眾多的理論研究及實(shí)驗(yàn)均已證明12-14:正常絕 緣子串

6、的電壓分布呈不完全馬鞍型,即在每串絕緣子中靠近導(dǎo)線側(cè)的絕緣子承受電壓最高,約 為靠近接地端絕緣子承受電壓的1.7倍3.0倍,而以中間部分承受電壓最低;但兩相鄰絕緣 子之間承受電壓之比則大致在1.11.3之間,因此,用相鄰比較法即能較好地判斷出低劣值 絕緣子。國(guó)內(nèi)目前一般以相鄰絕緣子電壓比低于50%作為劣值絕緣子的判斷標(biāo)準(zhǔn)15,或采用縱向比較法即與該絕緣子 串上次所測(cè)電壓分布相比較的方法判別劣值絕緣子。電壓分布檢測(cè)法的特點(diǎn)在于直觀、能準(zhǔn)確地判斷絕緣子性能的變化。光學(xué)測(cè)量方法消除了以 前測(cè)量方法的準(zhǔn)確度不高、讀數(shù)困難等缺點(diǎn),雖然已研制出自爬式絕緣子檢測(cè)儀816,相對(duì)減輕了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,但

7、每次測(cè)量必須登高才能完成,操 作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度依然較大、工作安全性較差的缺點(diǎn)仍然令這種方法難以得到廣泛應(yīng)用。如何解決好這一 問(wèn)題將是該法今后應(yīng)用研究的主要課題。3.2絕緣電阻法絕緣子在線檢測(cè)中,絕緣電阻的測(cè)量是通過(guò)泄漏電流的測(cè)量得以實(shí)現(xiàn)的。眾所周知,高壓輸電線路絕緣子一般都采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械強(qiáng)度高、老化率低的盤形懸式絕 緣子串接成串后,可在任意電壓等級(jí)的輸電線上使用,其等效電路可用RC串并聯(lián)電路表示17,如圖1所示。 圖1絕緣子串等效電路圖正常時(shí),泄漏電流為毫安級(jí),當(dāng)絕緣子串中有零值或低值絕緣子時(shí),其對(duì)地泄漏電流的 值將發(fā)生較大的變化。該變化值依絕緣子劣化的程度及個(gè)數(shù)而異,但通過(guò)檢測(cè)

8、靈敏度及準(zhǔn)確 度較高的電流傳感器是完全可以準(zhǔn)確判斷的,文獻(xiàn)18在實(shí)驗(yàn)室證明了這一點(diǎn)。文獻(xiàn)19介紹了一種輸電線路絕緣子在線監(jiān)測(cè)的方法。它將測(cè)量到的泄漏電流值以無(wú)線通 訊的方式傳送到處理中心進(jìn)行信息處理,實(shí)現(xiàn)了對(duì)線路絕緣子的遙測(cè);但該法存在的一個(gè)重大 缺陷在于要在每個(gè)絕緣子串上安裝一套檢測(cè)裝置,成本過(guò)高,在實(shí)際應(yīng)用中推廣是用戶難以承 受的,且裝置的維護(hù)、檢修需停電才能進(jìn)行。目前已研制出多種適用于泄漏電流測(cè)量的實(shí)用的電流傳感器2021。它們?cè)谛?漏電流的測(cè)量準(zhǔn)確度方面毫無(wú)問(wèn)題,但絕緣電阻法存在的問(wèn)題并非完全在于電流的準(zhǔn)確測(cè)量, 它還取決于以下幾個(gè)因素:輸電線路的電壓變化直接影響到泄漏電流的大小,且電

9、壓的變化引起的電流改變值在理論 上足以與一至二個(gè)絕緣子劣化時(shí)的電流改變值相當(dāng)。絕緣子的泄漏電流與其表面的污穢程度密切相關(guān)22-24。桿塔結(jié)構(gòu)25、絕緣子老化程度26、絕緣子形狀27及天氣狀況2829如溫度、濕度甚至風(fēng)速風(fēng)向?qū)^緣子泄漏電流的大小都有影響,因而泄 漏電流值在正常情況下亦是一個(gè)隨時(shí)間變化的量,存在一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)(判據(jù))的問(wèn)題。通過(guò)橫向或縱向比較的方法判斷顯然不足以令人信服,用模糊理論的隸屬度函數(shù)的概念賦 予使用年限、氣候及污穢以不同的隸屬度,通過(guò)對(duì)氣象參數(shù)、污穢等量的綜合測(cè)試然后結(jié)合 各變電站電壓互感器的測(cè)量值,用離線校正的方法消除

10、這些因素的影響,達(dá)到檢測(cè)絕緣子的目 的應(yīng)該是一個(gè)較好的解決問(wèn)題的途徑。但隸屬度函數(shù)的建立需要大量的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)作參考, 這將是一個(gè)長(zhǎng)期、艱苦的工作,而絕緣電阻法勿需登高測(cè)量、原理簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn) 使該法仍值得人們?nèi)ヌ剿?。?guó)外在這方面利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)已做了一些嘗試,取得了 一定程度的進(jìn)展3031。3.3脈沖電流法所謂脈沖電流法就是通過(guò)測(cè)量絕緣子電暈脈沖電流的方法來(lái)判斷絕緣子的絕緣 狀況,其原理是:存在劣值絕緣子的絕緣子串中,由于劣化絕緣子的絕緣電阻很低,它在絕緣子 串中承擔(dān)的電壓也較小,于是其它正常絕緣子在絕緣子串上的承受電壓必然明顯大于正常情 況時(shí)的承受電壓,而因回路阻抗變小、絕緣子電暈

11、現(xiàn)象的加劇,電暈脈沖電流必將變大;根據(jù) 線路上存在劣值絕緣子時(shí)電暈脈沖個(gè)數(shù)的增多、幅值的增大的現(xiàn)象,利用寬頻帶電暈脈沖電 流傳感器套入桿塔接地引線取出電暈脈沖電流信號(hào),通過(guò)一定的信號(hào)處理手段,從而達(dá)到在低 壓端檢出不良絕緣子的目的。該法存在的主要問(wèn)題在于傳感器的選擇、信號(hào)的提取及辨識(shí)、現(xiàn)場(chǎng)干擾的排除等。由于電暈 脈沖電流在絕緣子正常時(shí)亦可能產(chǎn)生,且隨著輸電線路電壓的波動(dòng)其值也在變化,故如何消除 這些因素的影響、建立絕緣子劣化判斷標(biāo)準(zhǔn)也是該法能否成功的關(guān)鍵。近來(lái)不少研究者在這 方面都做了很多有益的探索。文獻(xiàn)32在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)對(duì)單相絕緣子脈沖電流的測(cè)量得出如下結(jié)論:不良絕緣子的阻值、 不良絕緣子在串

12、中的位置、絕緣子串的長(zhǎng)度及正常絕緣子的電暈起始電壓都對(duì)脈沖電流法檢 測(cè)不良絕緣子的分辨率產(chǎn)生影響。文獻(xiàn)33針對(duì)在實(shí)際檢測(cè)中現(xiàn)場(chǎng)外界干擾很大且信號(hào)錯(cuò)綜復(fù)雜的特點(diǎn),提出了一種在線檢測(cè)絕緣子電暈脈沖電流 的數(shù)據(jù)處理方法:通過(guò)濾波電路抑制工頻電磁場(chǎng)干擾,再采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理手段,即建立數(shù) 學(xué)模型提取信號(hào)之特征量的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)絕緣子劣化狀況的辨識(shí)。文獻(xiàn)34報(bào)道了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電暈放電分析法用于檢測(cè)故障絕緣子的設(shè)想。在實(shí)驗(yàn) 室證明了通過(guò)對(duì)電暈電流沖擊次數(shù)、振幅、極性參數(shù)的檢測(cè),對(duì)不同長(zhǎng)度的絕緣子串采用了 不同層數(shù)、不同節(jié)點(diǎn)數(shù)的BP網(wǎng)絡(luò)可獲得在不同電壓等級(jí)下對(duì)故障絕緣子的滿意的分辨率。絕緣子的起暈電壓雖然

13、與絕緣子的污穢程度無(wú)關(guān)22,但電暈電流的大小與測(cè)量時(shí) 的氣候條件及氣候的歷史條件有關(guān),故在信號(hào)處理過(guò)程中亦應(yīng)注意消除這些因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。4對(duì)絕緣子在線檢測(cè)的一些看法及構(gòu)想由于在線絕緣子的特殊性,其在線檢測(cè)極其困難。非電量檢測(cè)法雖然具有不與被測(cè)量 直接接觸、沒(méi)有高壓絕緣問(wèn)題困擾的優(yōu)點(diǎn),但由于其測(cè)量受種種外在條件如造價(jià)、設(shè)備本身 條件、外在因素影響及設(shè)備操作復(fù)雜等的限制,在實(shí)際中廣泛使用困難重重。電量檢測(cè)法中,分布電壓法雖然具有直觀、能準(zhǔn)確地判斷絕緣子性能變化的特點(diǎn),但其需要登 高測(cè)量、工作危險(xiǎn)程度高的弱點(diǎn)也使其應(yīng)用潛力受到限制;絕緣電阻法測(cè)量在低壓端進(jìn)行,能 準(zhǔn)確地測(cè)量出絕緣電阻的變化情況

14、,但該值并非只反映絕緣子的劣化程度,而且與很多其他因 素密切相關(guān),故也難于準(zhǔn)確反映絕緣子的劣化狀況,且難于直接判斷出劣值絕緣子的準(zhǔn)確位置 ,實(shí)際單獨(dú)廣泛應(yīng)用的可能性也不大;脈沖電流法基于電暈放電的原理,受外在因素的影響較 小,隨著人工智能技術(shù)發(fā)展的日益完善,通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊辨識(shí)方法解決受損絕緣子定位 問(wèn)題已成為可能;其可在低壓端檢測(cè)的特點(diǎn)亦為其廣泛使用提供了條件。用脈沖電流法在線檢測(cè)絕緣子運(yùn)行狀況首先必須考慮傳感器的設(shè)計(jì)。由于電暈電流本身具有 高頻 、信號(hào)弱的特點(diǎn),測(cè)量傳感器應(yīng)該滿足頻率范圍寬、信號(hào)放大倍數(shù)大的基本要求。利用電磁 感應(yīng)原理設(shè)計(jì)傳感器,則傳感器內(nèi)芯磁性材料必須具有頻率范圍寬、

15、相對(duì)磁導(dǎo)率高、剩磁小 的特點(diǎn),即必須從軟磁材料中選擇最佳;而軟磁材料中,坡-莫合金、非晶態(tài)合金等金屬型軟 磁材料由于生產(chǎn)工藝的限制,目前在滿足高導(dǎo)磁率條件下其頻響范圍最高只能達(dá)到20kHz左右35,但脈沖電暈電流的頻率可達(dá)到兆赫茲;非金屬材料鐵氧體雖然滿足高頻 響的要求,但目前產(chǎn)品的最高磁導(dǎo)率也只能達(dá)到104數(shù)量級(jí),因此,如何選擇合適的材料做傳 感器磁芯是設(shè)計(jì)的第一個(gè)問(wèn)題。綜合考慮,作者認(rèn)為以鐵氧體為佳。其次,外界干擾的排除是信號(hào)處理必須考慮的重大問(wèn)題。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境異常惡劣、各種干擾 情況迥異,電磁兼容問(wèn)題必須妥善處理;除了要注意高頻無(wú)線電干擾之外,中、低頻干擾的影 響也不容忽視。通過(guò)圖2所示

16、雙傳感器線路對(duì)于克服中、低頻干擾應(yīng)該大有幫助:在測(cè)量電暈 電流的傳感器旁邊并聯(lián)一只不穿過(guò)被測(cè)電流支路的傳感器,以獲取外界雜散干擾信號(hào)作為參 考通路,通過(guò)必要的信號(hào)處理后能較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)外界干擾的克服;而高頻干擾則可通過(guò)靜電屏 蔽的方法加以消除。圖2雙通道測(cè)量法示意圖第三,從傳感器獲得的信號(hào)包含了三相輸電線中各相電暈電流的總和,必須對(duì)其進(jìn)行分 解方能準(zhǔn)確地檢測(cè)出各相絕緣子的絕緣情況。根據(jù)三相泄漏電流的相差情況給電暈脈沖檢測(cè) 器配以電子開(kāi)關(guān),依傳輸線交流電壓的三相互差120°電角度關(guān)系,用電子開(kāi)關(guān)每隔120°依次 記錄下瞬間內(nèi)的電暈脈沖信號(hào),從而在低壓端分別采集到相應(yīng)于A、B、C三相的正峰值(或負(fù) 峰值)脈沖的波形及幅值,進(jìn)而通過(guò)信號(hào)處理網(wǎng)絡(luò)對(duì)三相絕緣子串分別加以分析,以獲取絕緣 子串絕緣狀況的方法,顯然是一種可取的構(gòu)思。為進(jìn)一步提高檢測(cè)的可靠性,用泄漏電流值的大小對(duì)絕緣子串的絕緣狀況進(jìn)行初步檢測(cè)的設(shè) 計(jì)方案,亦可考慮同時(shí)設(shè)計(jì)在該套絕緣子在線檢測(cè)系統(tǒng)中:在測(cè)量脈沖電暈電流的同時(shí)測(cè)量絕