劣质绝缘子检测方法

劣质绝缘子检测方法
从绝缘子的劣化特征、劣化原因的分析中可知，劣化绝缘子在电气性能、局部放电、温度分布等多个方面与良好绝缘子相比，存在着差异。

依据这些特征和差异，研制
了相应的仪器或装置，研究了不同的测量方法。

从现行的检测方式来看，有带电检
测和停电检测；有接触式检测和非接触式检测。

从测量方法的依据来分，大致有如
下几个方面：
1．绝缘电阻测定法
良好绝缘子的绝缘电阻一般在数千兆欧以上，劣质绝缘子，其表现为绝缘电阻降低、甚至为零。

该方法可停电、也可带电测量，属接触式。

测量时，空气相对湿度不能
太大，否则，易误判。

另外，输电线路的大量检测不易进行。

2．分布电压测定法
劣质绝缘子的特征是绝缘降低，分担电压低，甚至为零。

利用这一特征和良好绝缘
子串的标准电压分布相比较，可以检测出劣质绝缘子。

该方法需带电测量，35～220kV 输电线路上常用的工具有短路叉、电阻分压杆、电容分压杆和火花间隙操作杆等，
均属接触式测量。

该方法同测量绝缘电阻一样，需在良好的天气下进行。

3．交流耐压法
交流耐压法，也是利用劣质绝缘子的绝缘特性下降，耐受电压降低来判断劣质绝缘子的。

这种方法判断绝缘子的优劣最直接、最权威、也是检验其他方法有效性和检出劣质绝缘子真讳的依据。

但该方法难以现场测量。

目前，500kV输电线路已成为国家电网的主干线。

500kV线路，电场强，绝缘子串长，对检测装置干扰大，且检测和判断都十分困难。

近年来，利用劣质绝缘子的绝缘电阻降低和分担电压降低这一特性，又研制开发出《超声波劣质绝缘子检测仪》、《自爬式不良绝缘子检测器》等，已经开始用于500kV输电线路的零值绝缘子的检测。

4．红外热像仪检测绝缘子劣化
红外热像仪检测绝缘子的基本原理是根据绝缘子串的分布电压所在各片绝缘子上反映的热分布，进行成像处理来检测绝缘子的，该仪器可在远距目标的地面或航空测量，且不受高压电磁场的干扰。

为用户所欢迎。

近年来，我国华北电力科学研究院以及华东、河南等地已经开展了这方面的工作，取得了可喜的成绩。

该测量方法的缺点在于需要一个天气稍微阴暗的背景。

5．声和超声法
声和超声测量法是利用声一电传感器，探测劣质绝缘子发生局部放电时发出的声波和超声波来确定劣质部位的。

属非接触式测量，它在强大的高压电磁场下，区别劣化局放信号，有一定难度。

绝缘电阻测定法
对于单元件的绝缘子，只能在停电的情况测其绝缘电阻。

使用的仪表多为绝缘电阻表，《电力设备预防性试验规程》规定，采用2500V及以上的绝缘电阻表。

目前，使用比较多的是2500V和 5000V绝缘电阻表，也有电压更高的专门仪器。

但实际上，在1×104MΩ以内，精度相同的2500V和5000V绝缘电阻表，在相同的湿度下测量的绝缘电阻基本相同。

在所测绝缘电阻大于1×104MΩ时， 2500V绝缘电阻表无法读出准确的绝缘电阻值，只能按∞记数，而5000V绝缘电阻表可测取的最大绝缘电阻可达2× 105MΩ。

对于多元件组合的绝缘子，可停电、也可带电测量其绝缘电阻。

其方法是用高电阻接至带电的绝缘子上，使测量绝缘电阻的绝缘电阻表处于地电位，从测得的绝缘电阻中减去高电阻杆的电阻值，即为被测绝缘子的绝缘电阻值。

带电测量绝缘子的绝缘电阻的原理接线如图11－l所示。

图中R为高电阻杆中的电阻值按10～20kΩ／V、长度按0．5～1.5kV／cm选择，每单位电阻容量为1～2W；C为接地电容，可使绝缘电阻表处于地电位，C的绝缘电阻应达到绝缘电阻表的最大量限，以保证测量的准确度。

C的电容量为0．01～0．05μF，电压应能承受直流3000V以上。

图 11-1 带电测绝缘子绝缘电阻的原理图
利用绝缘电阻表检测“零”或“低”值绝缘子有相当的准确性。

有资料介绍，用电压分布法，检出运行线路上的劣质悬式绝缘子，并再对其进行绝缘电阻测定和击穿电压试验。

证明了劣质绝缘子在表面清洁、干燥的状态下，其绝缘电阻多低于300MΩ，当绝缘电阻大于300MΩ时，其交流击穿电压一般在56kV以上。

然而，利用绝缘电阻表检测零值或低值绝缘子也有一些限制和弊病。

它对个别或少数绝缘子进行检测尚较方便，但对大量绝缘子进行检测则工作量太大，很难进行。

另外，绝缘电阻的测量必须在空气相对湿度低于80%的良好天气且绝缘子表面无凝露的条件下进行。

否则，空气相对湿度较高（例如 80%以上），且绝缘子表面有污物和凝露时，良好绝缘子的绝缘电阻值也很低，容易把良好绝缘子误判为劣质绝缘子。

分布电压测定法
在正常情况下，由于绝缘子的体积电阻和表面电阻较工频下的容抗大得多，所以绝缘子串也就相当于由许多电容器组成的链形回路。

也就是说，悬式绝缘子串和变电所用支柱绝缘子，其工作电压的分配与各元件的电容量成反比，同时，也受到各元件对地及对导线间的电容量的影响。

对地电容CE使靠近导线的绝缘子分担更高的电压，而对导线的电容C L，又使远离导线的绝缘子分担较高的电压。

其等值电路图如图11－2（a）所示通常每个悬式绝缘子两电极间的电容C（约50～100PF），大于对地电容 C E（约 4～5PF），而对地电容C E又大于对导线的电容CL（约0.5～1PF）。

其结果，使得最靠近导线的绝缘子分担最高的电压，依次递减至串中或支柱的中部绝缘分担的电压最低，在靠近接地的横担端，分担的电压又略升高。

如图11－2（b）所示。

如果绝缘子本身的电容C越大，悬式绝缘子串或者支柱绝缘子中各元件上分担的电压就愈均匀，绝缘子串越长，电压分布就越不均匀。

因此，可以认为，悬式绝缘子串中各绝缘子上分担的电压一般要比支柱绝缘子均匀些。

图11－2 绝缘子串等值电路及电压
分布曲线
（a）等值电路；（b）
电压分布曲线
当绝缘子串中或支柱绝缘子具有劣化元件时，沿绝缘子串（或柱）各元件的电压分布将与正常分布不同。

根据试验，劣化绝缘子上分布的电压大多在正常值的50%以下。

此外，劣化绝缘子还有一个显著的特点,即劣化绝缘子的电压降明显低于两侧良好绝缘子的电压降。

因此，采用分布电压法来判定零低值绝缘子应有两个标准：①当被测绝缘子上的电压值低于标准规定值的50%时；②分布电压虽然高于标准值的50%，但明显地同时低于相邻两侧良好绝缘子的电压值时，均可判为零值或低值绝缘子，如图11－3所示。

图11-3 沿串中绝缘子的电压分布（220kV）
1-完好绝缘子串；2-＃10绝缘子（0MΩ）；3-#4绝缘子（60MΩ）
由上所述，利用测定电压分布的方法检出劣质绝缘子，必须与相应电压等级下良好绝缘子串的标准分布电压值作比较。

为此，表11－3列出35～500kV电压等级不绝缘子串的标准电压分布值供参考。

此外还应注意，测量电压分布与测量绝缘电阻一样，应在干燥良好的大气环境下进行，也即应在空气的相对湿度低于80％时，且绝缘子表面无凝的条件下测量。

否则，潮湿的绝缘子串其电压分布要改变，特别是绝缘子表面具有污秽且又潮湿的情况下，绝缘子串上的电压分布将不按电容分布，而按电阻分布。

在产生干带以前，污染与潮湿度愈均匀，绝缘子串上的电压分布也愈均匀。

表11-3 35～500kV输电线路绝缘子串分布电压标准值
测量绝缘子串电压分布的仪器如下：
1．电阻分压杆
电阻分压杆的内部结构和接线如图11-4所示，其中图（a）、 (b)是表示测量两点之间电位差的外部结构和内部连接图；图（C）、（d）是表示测量某点对地电位的外部结构和内部连接图。

前者适用于110kV及以上的变电站和线路绝缘子串测量；
后者适用于35kV变电站内支柱绝缘子的测量。

图中的C是滤波电容，一般采用0．1～5μF的电容（有时也可不用此电容）。

微安表可采用50～100μA的表头。

电阻杆的电阻值可按10～20kΩ/V选取，电阻表面爬距它按0.5～1.5kV／cm考虑，每个电阻的容量为1～2W。

整流管可选用普通的硅二极管。

图11－4电阻分压杆
（a）测量两点电位差的外部连接；（b）测量两点电位差的内部连接；
（c）测量某点电位的外部连接；（d）测量某点电位的内部连接
这种检验杆应预先在室内求出端部电压和微安表读数的关系，并应经常校准。

在强
电场附近测量时，要注意外界电场对表读数的影响，必要时需采用适当的抗干扰措
施。

用于测量的接地线要连接牢靠，防止测量过程中脱开，造成危险。

2．电容分压杯
电容分压杆与电阻分压杆类似，只是把电阻串和带有桥式整洗的微安表换成一个或几个串联的高压电容器与一个小量限指针式静电电压表（或仍有桥式整流的微安表）相串联。

电容器的电容应稳定，电容量不宜太大，一般3～5PF以下，使电压分布测量误差限制在10%以内。

图11-5 可调火花间隙测杆
3．火花间隙检测杆
图11－5是一种可调式火花间隙检测杆，测量部分是一个可调放电间隙和一个小容
量的高压电容器相串联。

测前应校正好间隙距离和放电电压的关系，并标在刻度盘
上，测量时，转动操作杆，改变间隙距离，直至开始放电，即可读该放电距离下的
放电电压值。

为防止火花间隙放电短接了良好绝缘子而引起对地闪络，可用一电容
C与火花间隙串联，然后再接到探针上去，C值约为30PF。

与一良好悬式绝缘子电
容值相近。

因火花间隙的电容量小，只有几个皮法，与C串联后对测量电压影响不
大。

但这种工具动电极易损伤，放电电压受温度影响，测量结果分散性较大。

因此，它
仅用于检验性测量。

4．SG系列数字式高电压表
目前我国生产的SG系列数字式高电压表，可用于测量绝缘子表面某点对地电位。

其测量范围是100～150kV，它具有自动变换量程、液晶显示、数据保持等特点。

还可配备微型数据存储器和打印设备，使用方便。

交流耐压法
交流耐压试验是判断绝缘子抗电强度最直接、最有效、最权威的方法。

可以利用它
检验前述几种方法的有效性和鉴别检出劣质绝缘子的真讳。

有些场合，例如 160kN
级及以上绝缘子在运至安装现场前，指定要进行工频耐压试验。

但是，这种方法需
要一套高压试验电源，且需要将试品从运行现场卸下来测量。

对于输电线路绝缘子
的检测工作量太大。

表11－4列出了支柱绝缘子交流耐压试验的标准。

对于35kV针式支柱绝缘子两元件胶合者，每个元件应能耐受 50kV电压；三元件胶合者，每个元件应能耐受 34kV
电压，对盘形悬式绝缘子的交流耐压试验，规程规定，在其机械破坏负荷为60～
300kN施围内，应能耐受60kV交流试验电压（1min）。

表11-4 支柱绝缘子的交流耐压试验电压
注：括号中数值适用于小接地短路电流系统。

超声波劣质绝缘子检测仪
超声波劣质绝缘子检测仪，也是测量运行绝缘子串分布电压的一种仪器，它是将绝缘子串电压分布的实测结果与良好绝缘子串的标准电压分布相比较而检出劣质绝缘子。

该测量装置的主要由高压探头、接收传感器和接收器以及数字式电压显示仪、绝缘操作杆等几部分组成，如图ll－6所示。

其工作原理是由高压探头接触被测绝缘子，高压传感器将信号采样，经超
声波换流器将交流信号转换为超声信号，经绝缘操作杆传至接受传感器，将超声信号还原为电信号送给接收器，由接收器内的识别电路、计算电路，将交流信号数字化，再由数字电压表显示出被测绝缘子的分布电压。

图11-6 超声波劣质绝缘子检测仪原理图
由于该装置的抗干扰的能力较强，且输入电容量较小（实测为l～2PF），因此可以在500kV 输电线路上进行测量，且能保证测量的精度。

河南电力试验研究和郑州电业局等单位曾用该装对500kV姚双线、姚郑线多级瓷绝缘子进行现场实测，结果甚为满意。

但是该装置仍需登塔、探头和瓷绝缘子接触，500kV绝缘操作杆较长，对耐张申的劣质绝缘子的检测不太方便。

红外热像检测绝缘子劣化
1．红外热像检测劣化绝缘子的必要性
红外热像技术是非接触检测，可在距绝缘子相当远的地面进行，也可航空检测。

随着红外热像技术的进步，空间分辨率和温度分辨率俱佳，重量轻、体积小的便携式热像仪的使用，为绝缘子劣化的准确、方便、安全诊断提供了必备的条件。

随着电力系统的发展，电压等级的增长，我国500kV超高压输电线路越来越多，例如：某500kV双回线路约700基塔，将具有约15万片绝缘子，如果采用接触式逐片测量其工作量将是十分繁重的，而采用热像检测法则可在地面一次将多个绝缘子成像存储，检测高效安全。

2．红外热像检测劣化绝缘子机理
红外热像技术就是对被检物体的温度分布进行成像处理，使其热的二维分布成为二维可视图像，人们可以据热场分布的变化对被检设备性能好坏进行诊断。

对输电线路绝缘子串来讲，它的热分布是与其电压分布相对应的，而绝缘子串的电压分布在正常的情况下，如第四节三、中所述，与绝缘子串的电容量成反比。

各电压等级下的绝缘子串中各片分布电压值已列于表11-3中，其电压分布曲线呈马鞍形，参见图11－2（b）。

绝缘子的发热由三部分组成，一为电介质在工频电压作用下极化效应发热，二为内部穿透性泄漏电流发热，三为表面爬电泄漏电流发热。

当绝缘子性能良好时，其发热主要是第一项，当瓷绝缘劣化后，或为瓷件开裂，或在瓷盘上积污，均会使第二或第三项的泄漏电流加大而使发热增加，致使绝缘子温度升高。

研究表明，劣化绝缘子的发热功率只有一个极大值，即当绝缘子的绝缘电阻降低到等效容抗值时，它的发热功率最大，可计算出各种电压等级绝缘子串最大发热时的电阻参考值，如表11－5所示。

表11－5 绝缘子串最大发热电阻值
有关研究还表明，当劣化绝缘子的绝缘电阻为10～300MΩ时，它的发热功率大于正常绝缘子的发热功率，其温升比正常绝缘子要高；当其绝缘电阻为5MΩ以下时，其上分布电压很低，发热功率小于正常绝缘子，温升也较正常为低；而当劣化绝缘子的绝缘电阻在5～10MΩ之间时，其温升与正常绝缘子相差很小，从热场分布上很难分别，人们又称这个区段为“盲区”。

综上所述，零值绝缘子的发热功率接近千零，红外热像显示其钢帽部分温度偏低；低值绝缘子的热像显示钢帽温升偏高，污秽绝缘子的瓷盘表面温升偏高。