绝缘子污秽在线监测国内外研究现状.doc

绝缘子污秽在线监测国内外研究现状（2013/6/27 V2.0）高压线路绝缘子污秽在线监测是电力系统高电压领域的一个热门课题，许多学者和工程技术人员在此领域里做了大量卓有成效的工作并开发了大量的在线检测装置。目前，国内外高压绝缘子污秽检测手段和方法很多，包括在线测量泄漏电流法、测量等值附盐密度法、绝缘子污层电导率法、绝缘子局部表面电导率测量、测量闪络场强法、红外测温法、偏振光测量法以及绝缘子表面等值附盐密度测量等等。1.泄漏电流法泄漏电流是在运行电压下，污层受潮时，流经绝缘子表面的电流。泄漏电流法通过检测在一定时间内超过一定幅值的污秽绝缘子泄漏电流脉冲的个数及最大泄漏电流的幅值来表征绝缘予的污秽等级。泄漏电流法是当前研究的热点，广大研究人员和学者作了大量研究，通过测量泄漏电流脉冲的幅值和个数来表征污秽等级。通过分析泄漏电流与天气和污秽度之间的关系，建立了基于工控机的高速数据采集处理系统和模糊报警模型。由于实行状态检修管理的需要，国内外纷纷开发变电站与线路绝缘子泄漏电流在线检测装置。该装置主要由监测传感器、无线电发送与接受装置、计算机及其内部安装的智能分析系统所组成，其特点是：(1)实时检测泄漏电流及其变化，设置不同报警值；(2)同步检测所需气象数据，如温度、湿度等；(3)采用无线遥测技术；(4)利用计算机进行大量数据的存储、统计分析，实现决策处理。泄漏电流是运行电压、污秽、气候和绝缘子自身的种类、形状等要素综合作用的结果，采用泄漏电流来估计污闪发生的概率比单独用盐密度来预防污闪更具有实际意义。但泄漏电流在数十微安到几百毫安之间变化，特别易受现场电磁场干扰和气候条件的影响，且泄漏电流脉冲通常产生在交流污闪发生的最后阶段之前，即使是在同一条件下，不同绝缘子上记录到的闪络前一阶段内脉冲数也有很宽的变动范围。通过泄漏电流脉冲计数来预警，容易造成预警不及时，即当得到预警信号后很快就污闪了，无法及时采取相关措施。最大泄漏电流的测量要经长时日J现场记录并进行统计计算才可获得，而且又由于它们受电压等级、污秽等级、气候等多因素的影响的，因此，污闪报警阈值的确定具有一定的困难，以最大泄漏电流的幅值来预警时，通常选择离污闪前最大泄漏电流具有一定裕度的电流值作为报警值，但难以确定恰当的裕度，因此也难以设定精确的电流报警值。由于长期以来关于泄漏电流的基础研究非常缺乏，且泄漏电流幅值分散性很大，给研究带来一定困难，因此，当前关于泄漏电流与污秽等级的研究，虽然明确了污秽对于泄漏电流确实有影响，但究竟应怎样精确地确定报警阈值还须进一步的深入研究。2.等值附盐密度法等值附盐密度法以绝缘子表面每平方厘米单位面积上所附着污秽物中导电物质的含量相当于Nacl的数量来表征绝缘子的污秽等级。测量时用一定量的蒸馏水，将附着在绝缘子表面的污秽物清洗掉。用适当的盐密测量仪测量污秽物溶液的盐密值。传统的等值附盐密度法必须将绝缘子从杆塔上卸下，且操作复杂，易受清洗用水、人工操做、及测量所用盐密仪的影响。当前涌现出许多改进的新型等值附盐密度测量方法并研制出多种新型盐密测量仪，如等值附盐密现场测量方法、光谱法检测等值附盐密度法、利用X光检测污秽绝缘子的盐份附着量、荧光X射线法检测绝缘子污秽附盐密法、电网绝缘子等值附盐密度智能测试仪、光纤传感器绝缘子污秽测量装置等。但以上各种测量方法易受测量仪器本身的电子器件噪声、电源频率、温度、测量用水量、测量用水的纯度、污秽的组成成分及性质等因素的影响；如光谱法虽然实现了输变电设备等值附盐密的在线检测，但户外光学元器件的不稳定因素对测量结果有很大的影响；运用人工神经网络实现了绝缘子污秽等级的评估，但要长期跟踪测量获得大量学习样本，费时费力。同时，由于等值附盐密度与污闪电压的相关性差，且是一个静态的测量参量，没有考虑湿度、气候等因素的影响，因此，采用等值附盐密度法并不能精确地反映受多因素影响的户外绝缘子的积污状态。3.绝缘子污层电导率法污层电导率定义为绝缘子单位表面污层的电导值，是由流经污层的电流与电压相比求出的电导与绝缘予的形状系数相乘求得的。= （I/U）f为绝缘子污层电导率；I和U分别为污层电压和泄漏电流；f为绝缘子形状系数。污层电导率法的优点是电导率直接与污闪电压有关，但污层电导的测量要在污层饱和受潮的情况下进行，受污层表面湿度、污秽分布不均匀、绝缘子的形状系数的影响较大，同时对电源容量的选择也有一定要求，当施加电压过高或过低时，测量的分散性大、准确性欠佳，而且现场测量电导还受许多客观条件的限制。因此，污层电导率法并不能真实地反映绝缘子在运行状态下的积污状态。继而提出一种基于蓄电池供电的现场绝缘子污秽测量方法，克服了测量所需大容量电源的缺点，但污层表面湿度、污秽分布不均匀、绝缘子的形状系数等因素的的影响依然存在。因此，以污层电导率为污秽特征的测量方法在实际应用中较少，而多用于污闪机理和特性的研究当中。此种方法，目前只在欧洲一些国家采用。4.绝缘子局部表面电导率测量局部表面电导率与污层电导率本质是一致的，两者只是具体的测量方法有所不同。尽管如此，对同一试品，两种测量结果具有一定的联系，但不相同。局部表面电导率测量不仅可以得到绝缘子污秽程度的平均值，还可反映污秽物在绝缘子表面的分布状况。5.闪络场强法闪络场强是绝缘子的污闪电压除以串长的比值。它是反映污闪机理及污闪特性的一个直接特征量，能测定绝缘子串的真实耐污性能和它们的优劣。为将该参数与各种类型的绝缘子结合起来，常用单位泄漏距离的污闪电压即污闪梯度作为特征量。闪络场强法直接以绝缘子的最短耐受串长，或最大污闪电压梯度来表征污秽度，在实验中将不同形式、不同类型的多串绝缘子挂在有足够高电压的自然污秽实验站中，当绝缘子积污水平和恶劣气象条件同时具备时，可能发生污闪，发生污闪的绝缘子串通常为串长最短或耐污性最差的绝缘子串。但单串绝缘子污闪的概率并不高，引发污闪所需的自然积污程度和气象条件难以同时具备，而且发生污闪的绝缘子串长是否能代表当地的最短耐受串长，所测污闪电压梯度是否能代表最大污闪电压梯度，很难下准确结论，且现场进行污闪实验的难度很大，设备造价高，维护不方便，测量所需时间长，因此，目前应用较少。6.红外测温法红外测温法利用便携式、可移动红外摄像仪采集绝缘子红外热像，图像及数据可通过其自身携带的移动PC卡直接导入计算机进行后续处理，仅用一台摄像仅可完成所有线路的图像采集，测量具有非接触性、无须登塔、不易受电磁干扰，安全、准确、可靠的特点。近年来红外测温法受到广泛边关注，并被成功的应用于电力设备状态捡测、异常发热、故障检测等许多方面。目前，国内外亦有采用红外测温法研究污秽绝缘子表面温度变化的文献报导，但研究仅限于从绝缘子红外热像上直接读取污秽绝缘子表面某一些点或位置的温度，对于污秽绝缘子热像的进一步处理，绝缘子热像全局信息中与污秽相关的特征的分析，及如何利用污秽特征来识别污秽等级的研究都非常的缺乏。利用红外点温仪测量了污秽绝缘子的帽部、栓部和盘面的项部、中部、底部的一些点的温度，而后通过联解Maxwell方程和热学方程来研究不同污秽等级的户外绝缘子的温度分布。通过采用红外成像技术，利用小波去噪、图像处理、特征变换、神经网络、支持向量机等处理和计算分析技术，对高压绝缘子红外热像进行分析处理，提取表征绝缘子表面污秽等级的污秽特征参量，设计高效率的人工智能分类器实现绝缘子表面污秽等级的精确识别。7.偏振光测量法椐资料介绍，国外的CEP公司开展的采用偏振光的方法测量绝缘子污秽度的研究。其实验室结果显示，传统的盐密测量结果与偏振光法测量结果基本吻合。但目前此技术仍处于研究阶段，还没有形成相关产品。8.绝缘子表面等值附盐密度（盐密+灰密）测量根据国家电网公司在2006年底颁布的新企业标准：Q/GDW 152-2006电力系统污区分级与外绝缘选择标准，对污区分布图的划分从单纯考虑盐密值向综合考虑盐密值、灰密值方向发展，也就是说，今后在重新标定污区分布图时将不仅需要测取实时盐密值/饱和盐密值，更要强调同时测取盐密值与灰密值。目前，灰密测量国内外一般采用的测量方法是精密天平+烤箱。该测量方法是利用停电检修的机会将外绝缘上的污秽物取回实验，把污秽物融入某一容积和某一温度下的蒸馏水中，再用过滤网把可溶性物质及水份过滤，剩下的非可溶沉积物装入特殊容器放入烤箱中烘烤，用精密天平秤出烘烤后的非可溶沉积物的重量，再把此非可溶沉积物的重量（mg）除以绝缘子的表面积，即可得所求的灰密（NSDD）。此法的最大优点是直观易懂，但也存在各种缺点：(1)此法一般需要将绝缘子从杆塔上拆到地面甚至运到试验室再进行测量，在拆卸或运输的过程中，绝缘子表面的污秽物质难免会因刮擦而部分损失，导致测量结果不准确。虽然有运行单位研制出塔上绝缘子污秽清洗工具，但显然操作难度大，且清洗效率也不容易保证。(2)此法需要将绝缘子表面的污秽清洗下来，是一种破坏性试验方法，无法对同一绝缘子的积污特性进行长期监测。此外，如果污秽清洗不彻底，测量结果的准确性就会受到影响，而这在实际操作中又很难避免。9.光传感器在线测量法通过充分研究与论证，不受电场干扰的“光传感在线测量技术”是绝缘子污秽在线监测的有效手段。置于空气中的高纯度石英棒，就是一个以棒为芯，大气为包层的多模介质光波导。当石英棒上无污染时，由光波导中的基模和高次模共同传输光的能量，其中绝大部分光能在光波导的芯中传输，有少部分光能沿芯包界面的包层传输，类似于光纤通讯中的光传输机理。当石英棒上附着污秽物时，由于污秽物改变了高次模和基模的传输条件。同时，污染粒子对光能的吸收和散射等产生光能损耗。通过监测光能参数，可计算出盐密值与灰密值。高纯度石英棒就是光传感器的核心，基本原理如图-1所示：图-1 光传感器原理图应用光传感器技术，替代目前人工监测方法，解决了绝缘子污秽在线监测诸多的难题。(1)无需停电监测，减少因为停电测量盐密而导致的电量损失；(2)采用实时在线的方式，避