高压绝缘子在线检测技术
摘要：高压绝缘子是电力系统中非常重要的一个组成部分，其性
能、工作环境、绝缘状况等这些要素对电力系统稳定运行起着决定性的作用。本文就高压绝缘子的工作环境、常见故障和检测方法进行了论述，对一些常用的在线监测方法进行了具体的分析。
关键词：高压绝缘子 在线监测 电压分布 泄露电流
1高压绝缘子概述
高压绝缘子、高压套管的基本用途是在电力系统中或电气设备中将不同电位的导体在机械上固定起来。架空线路的导线、变电所的母线和各种电气设备的带电体，都需要用绝缘子或套管支撑，使之与大地或接地物绝缘，以保证安全可靠的输送电能。 1.1 绝缘子分类
按结构形式可分为针式绝缘子、棒式绝缘子和悬式绝缘子。 按功能可分为普通型绝缘子和防污型绝缘子。 按使用材料可分为瓷质绝缘子、钢化玻璃绝缘子和有机硅人工合成绝缘子等。 1.2 绝缘子的工作环境
高压绝缘子暴露于大气中并长期工作在强电场、强机械应力、骤冷骤热、风吹雨打等恶劣环境中, 因此绝缘子出现故障的机率很大,
严重威胁电力系统的安全运行。据统计国内110kV 线路发生不明原因闪络所占的比例为故障率的22% , 造成很大的经济损失。 1.3 绝缘子常见的问题
一般来说绝缘子故障主要有以下几个方面: 绝缘子内部出现裂隙、绝缘子表面破损、绝缘阻抗降低、污闪等, 绝缘子种类不同, 出现故障时所呈现的现象也不同。如: 绝缘子串中存在不良绝缘子时,不良半导体釉绝缘子温度变化可能较大, 而玻璃绝缘子和普通釉绝缘子的温度变化较小。相应的高压绝缘子在线检测方法也多种多样, 绝缘子分布的广泛性和安装点的特殊性更增加了绝缘子检测的难度。
因此，实现绝缘子在线监测，对于整个电网以至于整个电力系统来说都是一件非常有价值的事情。
2 绝缘子的测量方法
高压绝缘子在线检测的主要方法一般分为两类: 一类是非接触式检测法, 另一类是接触式检测法。 2.1 非接触式检测法
主要包括超声波检测法、激光多普勒振动法、红外测温法、电晕摄像机法、声波检测及无线电波检测法等。其检测原理、主要设备及优缺点见表1。 2.2 接触式检测法
接触式检测法按工作原理主要有电压分布法、泄漏电流检测法及脉冲电流检测法等。
表1 非接触式绝缘子在线检测方法比较
检测方法 检测原理 主要设备 优点 缺点 超声波检测当绝缘子存在裂隙, 超法 声波进入或穿过绝缘子时, 会在裂隙处发生反、折射和模式变换。通过对接收到的超声波进行处理可检测出劣质绝缘子 激光多普勒开裂绝缘子的振动中心振动法 频率与正常绝缘子不同 超声波发射可以较准确对未开裂绝缘子不起作用;超及接收装置 地检测出开声波本身存在耦合和衰减;需裂的绝缘子 到现场逐个检测 红外测温法 利用绝缘子表面电流引起的热效应进行测量 声波检测法 不良绝缘子放电发出声波, 根据声波的强弱、有无, 可判断是否存在劣质绝缘子 无线电波检不良绝缘子放电发出电电磁波接收设备简单操测法 磁波, 根据接收电磁波装置 作方便 天线的方向及电磁波的强度来判断是否存在劣质绝缘子 电晕摄像机不良绝缘子的存在使其电晕摄像机 可以清晰地法 他正常绝缘子上的电晕测到电晕放现象增强 电而不受阳光辐射的影响 激光多普勒对开裂绝缘对未开裂绝缘子不起作用;设振动仪 子的检测效备造价很高, 体积庞大, 笨重, 果明显 操作及维修复杂, 不适于野外作业;需到现场逐个检测 红外热象仪 对半导体釉设备造价高; 对玻璃绝缘子及绝缘子的检普通釉的瓷绝缘子检测效果测效果明显 不明显;环境对检测效果影响大;需到现场逐个检测 声波接收装设备简单操受环境背景噪声影响很大;需置 作方便 到现场逐个检测, 且有时需登杆登塔 抗干扰能力差、灵敏度低;需到现场逐个检测 对内部放电观察不到;设备造价较高;需到现场逐个检测
2.3 几种常见的在线监测方法的分析
2.3.1 绝缘子电压分布在线监测
目前很多实验和理论研究已经证明, 正常绝缘子串的电压分布为不完全马鞍型, 即靠近导线处绝缘子所承受的电压最高, 约为接地端绝缘子所承受电压的1.7～ 3.0 倍[2 ] , 而绝缘子串中间部分所承受的电压最低。当出现不良绝缘子时, 绝缘子串上的电压将重新分布, 如把实际测得电压分布与正常时绝缘子串上的电压分布作比较, 有利于判断不良绝缘子是否存在。目前国内利用电压分布原理进行绝缘子检测的方法较多，主要有短路叉法、火花间隙法、光电式检测杆法、声脉冲检测法等。
短路叉法及火花间隙法[3 ]是早期绝缘子检测的主要方法。短路叉法是依靠单片绝缘子短路时所发出的火花及放电声音来检测不良绝缘子的。测试结果受周围环境背景噪声影响很大, 且因测试人员的判断不同而异。
火花间隙法是用可调间隙来测量每片绝缘子上的电压, 主要缺点是读数分散性大。两种方法最主要的优点是测试设备原理简单、操作方便; 最大的缺点是准确度低, 且都要登杆登塔, 因而劳动强度大、危险性高。
2.3.2光电检测杆法
光电检测杆法是随着纤技术的发展而产生的。主要原理是将高压探头上的感应电压经光电转换变成光信号, 经绝缘杆内部的光纤传到低压侧, 经处理后以数字形式显示出来。其优点是测量危险性小、绝缘子串电压分布能够直观地测量出来, 不足之处仍需到现场逐个进行测量,且需登杆登塔。 2.3.3 声脉冲检测法
声脉冲检测法的主要原理是某片绝缘子上电压通过两个探头组成的回路对电容器充电, 然后经放电管和扬声器放电, 扬声器发出声波的频率及发声间隔随两个探头之间电压变化而变化, 因此根据测量扬声器所发出的声脉冲周期及频率来检测沿绝缘子的电压分布。 2.3.4 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，只发生一定的相位范围内。若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比各相电压间的相位差还小。采用适当的相位选择方法便可以分别观测各相脉冲电流。
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)作为差别依据。当同一杆塔的三相绝缘子