输电线路绝缘子在线检测与诊断

第一章 输电线路绝缘子在线检测与 诊断
1.绝缘子电压分布在线检测 绝缘子电压分布在线检测 检测电压分布的方法很多，早期大多采用短路叉、 火花间隙或小型静电电压表等方法。其中短路叉及火 花隙法较简单，而且由于两触头之间的电容小，对绝 缘子串原有的电压分布影响很小。但短路叉法是依靠 该片绝缘子被短路时所发出的火花及放电声来检别， 当周围坏境噪声高时准确度低。火花间隙法用一可调 的放电间隙，可读出该片绝缘子所承受的电压数值， 但读数的分散性相当大。如用绝缘杆将小型静电电压 表放在靠近被测绝缘子进行测量，则可测出每片上承 受的电压值，但由于静电电压表的极间电容（30～ 50pF）与绝缘子本身的电容（35～60 pF）相近，并 联时将影响该片绝缘子原来的电压分布值，而且表头 小，绝缘杆长时更难以看清读数。现在多采用电阻杆 或电容杆分压的方法，这样处于低电位的指示仪表易 读数。
图2. 电晕脉冲式检测仪原理图
测量时对各相电晕脉冲分别进行计数，并选出最大最小 的计数值，取两者的比值（最大/最小）作为判别依据。当同 一杆塔的三相绝缘子串无不良绝缘子时，各相电晕脉冲处于 平衡状态，此时比值接近于1；当有不良绝缘子时，则各相 电晕脉冲处于不平衡状态，该比值将大于1。可以先以铁塔 为单元粗测，若判定该铁塔有不良绝缘子时，再逐个绝缘子 细测。
A 模糊推理环节: 只考虑电参数对绝缘子污秽程度的反映,即由 电参数推理出处于不同污秽程度的隶属度,暂不考虑环境因素 的影响; B 模糊评判环节: 根据测得的绝缘子电参数推理得到目前绝缘 子处于不同污秽程度的隶属度; C 模糊校正环节: 在某些情况下,环境的影响不容忽视,本环节就 是对前面得出的绝缘子污秽程度进行校正。 采用模糊报警模型的实用性及优越性。可以实现恒值报 警模型的功能。可以减小漏报几率,防止了环境湿度突然增大 时,污闪事故的发生,有效地降低漏报几率。 目前,模糊报警模型仅仅处于验证阶段,其中各输入量的 模糊化过程、制定的合理性还有待进一步的改进。
3. 电子光学探测器
由于架空输电线路绝缘子串中每片绝缘子串和电压分布 是不均匀的，离导线最近的几片绝缘子上的电压降最大。当 出现零值绝缘子时，沿绝缘子串的电压将重新分布，离导线 最近的几片绝缘子上的电压将急剧升高，会引起表面局部放 电或者增加表面局部放电的强度。而根据表面局部放电时产 生光辐射的强度，就可知道绝缘子串的绝缘性能。图3给出 了一种电子光学探测器的结构示意图。 实际检测中，有缺陷的绝缘子串中表面局部放电的光辐 射超过平均光辐射强度。但是，电子光学探测器仅能判断出 绝缘子串中是否存在零值绝缘子，不能确定到底有几片零值 绝缘子以及它们的位置。
近几年来，国内外不断探索检测电压分布和不良绝缘子 的新方法，这些方法主要有以下几种。
1.自爬式不良绝缘子检测器 自爬式不良绝缘子检测器
当绝缘子串中片数很多，每片都要手持绝缘杆进行测量， 不但劳动强度大，而且容易出错。自爬式不良绝缘子检测器 主要由自爬驱动机构和绝缘电阻测量装置组成。在对垂直绝 缘子串进行测量时，先将检测器置于最高绝缘子两端，然后 利用重力依次向下移动。它在测量时用电容器将被测绝缘子 的交流电压分量旁路，并在带电状态下测量绝缘子的绝缘电 阻，根据直流绝缘电阻的大小判断绝缘子是否良好。如用于 测量耐张串，可靠内藏的小型电动机驱动，依次测到另一侧。 图1所示为用于500kV超高压线路的自爬式不良绝缘子检测器 的检测系统框图。
由上面分析可知,恒值报警无法提高报警的可靠性,究其 原因是恒值报警采用了线性报警模型,而实际的量并非线性关 系,因此要想可靠报警,必须研究电参数(电晕脉冲电流和泄漏 电流)、环境温度、环境湿度与污秽度之间的非线性关系,进 行报警。如果我们能找到一种恰当的方式,来描述污秽程度与 电参数之间的非线性关系,并通过这种关系实现系统的报警输 出,即提出一种非线性的报警模型,那么系统报警的可靠性将 得到有效地改善。 利用由现有专家经验以及根据实验数据得出的推理规则 建立的规则库,来描述非线性关系。模糊逻辑方法具有多因素 综合分析的特点,因而适合于对受多种因素影响的具有不确定 性结论的事物或现象做出总的评价。反映高电压下运行的绝 缘子污秽状况的参数如泄漏电流、电晕电流脉冲量等都是带 有极大模糊特征的量,运用模糊逻辑方法对其进行分析是一种 非常有效的手段。
5.激光掁动检测法 激光掁动检测法
近年来国外已开始将激光技术用于对已开裂绝缘子的遥 测，如英国CERL研究过用激光多普勒掁动仪的方法来测量 绝缘子表面的微小掁动。日本研制出一种用超声源引起绝缘 子的掁动，然后再用激光来测量的方法。 因为从掁动的频谱来看，已开裂的绝缘子的中心频率与 正常时不同。如将超声发生器所产生的超声波用抛物型反射 镜对准被测绝缘子激起微小掁动，然后将激光对准此被测绝 缘子，根据反射回来的信号的频谱分析，即可判定该绝缘子 是否已开裂。图4为反射回的信号的频谱分析，已开裂的绝 缘子的频谱已产生了明显变化。目前已有可能在现场用此法 对50m以内的绝缘子实现遥测。
在以往的在线监测系统中,一般都采用恒值报警模型。所 谓恒值报警,是指系统设定一个泄漏电流限值，若现场测得的 泄漏电流值超过该限值，系统发出污秽报警。可在实际中,泄 漏电流的大小除了与污秽程度有关外,同时还受到其它因素的 影响。为了防止漏报,恒值报警中只能将监测系统报警门限电 流值定义得较低,采用较低的报警门限值导致了系统频繁误报 警,降低了系统的可靠性。
图1. 自爬式不良绝缘子检测系统原理图
2.电晕脉冲式检测器
在输电线路运行中，绝缘子串的连接金具处会产生电晕， 并形成电晕脉冲电流通过铁塔流入地中。电晕电流与各相电 压相对应，只在一定的相位范围内产生。若进一步把正负极 性的电流分开，则同极性各相的脉冲电流相位范围的宽度小 于各相电压间的相位差，采用适当的相位选择方法便可以分 别观测各相脉冲电流。利用该原理开发出一种专门在地面上 使用的检测器，如图2所示。检测系统由四部分组成：电晕 脉冲信号检测回路、周期信号发生回路、各相电晕脉冲计数 回路和显示回路、测量控制回路。这种检测器具有重量轻、 体积小、不用登杆、检测效率较高等特点。
图4. 已开裂和良好绝缘子的频谱图
二、瓷质劣质绝缘子诊断——分布电压法 瓷质劣质绝缘子诊断 分布电压法
瓷质劣质绝缘子的测量分两步进行。第1步粗测以判断 三相中是否存在以及哪一相存在劣质绝缘子。第2步详细测 量劣质绝缘子存在相的分布电压，并与该电压等级下的标准 电压进行比较，可以得出劣质绝缘子的确切位置。第1步在 现场利用专用测量仪器就可完成，但测量的数据作为查询和 统计的记录，仍然要存储在数据库中。第2步在现场完成。 专家判据采用电力系统运行经验中规定的劣质绝缘子判 断标准：绝缘子的分布电压小于正常值的50%，判为劣质； 绝缘子的分布电压小于相邻绝缘子电压、且比相邻绝缘子电 压的小者还小70%时，可判为劣质。其中，不同电压等级、 不同片数绝缘子串的分布电压标准值都存储在专家库中。数 据输入人员只需要将测量的数据输入，就可以得到专家判断 结果，不需要操作人员查运行手册、计Leabharlann Baidu、判断，这些工作 全部由计算机完成，而且输入的数据可以由计算机完整地保 存下来，以供对比、统计之用。
三、瓷质劣质绝缘子诊断——电流法 瓷质劣质绝缘子诊断 电流法
电流检测是通过测量绝缘子串的容性电流进行的。当绝 缘子内部有局部放电时，测量的波形中会出现放电脉冲，但 同时也伴有大量噪声。有时噪声可能会淹没放电脉冲。通过 小波消去噪声后，给出干净的脉冲电流波形，然后再进行判 断。
四、绝缘子模糊诊断模型
图3. 悬式绝缘子串用的电子光学探测器工作原理图 G—被测绝缘子；J—照相胶卷；H—物镜光圈；O1、O2—输入、输出 物镜；R—可调电阻；
4.红外热像仪检测法 红外热像仪检测法
不良绝缘子与良好绝缘子的表面温度存在差异，尽管这种 差异很小，但应用红外热像仪可以将绝缘子表面的温度分布以 直观、形象的热像图显示出来。 正常运行中，不良绝缘子由于电压低于正常绝缘子，导致 该不良绝缘子的表面温度低于正常绝缘子，利用红外热像仪可 以测量出这种温度的差异。对于涂有半导体釉的防污绝缘子的 遥测相当顺利，因为表面电流较大、温升较高，一出现零值绝 缘子，该片的温度将比其他正常绝缘子低几摄氏度，易于用红 外热像仪识别；而对于玻璃绝缘子或普通釉的瓷绝缘子，正常 时温升就很小，当出现不良绝缘子，其温度比其他正常者只低 约1℃左右，在现场使用时，难度有所增大。 利用红外热像法来检测不良绝缘子，简单方便、速度快、 效率高，甚至可普查每串绝缘子，还可结合检测进行巡线，是 高压、超高压及特高压输电线路不良绝缘子的检测方向。