国内外绝缘子在线检测的研究现状

国内外绝缘子在线检测的研究现状学生 许彬任课老师 谢从珍2010年10月19日 电气设备外绝缘 内容 前言绝缘子劣化的机理劣化绝缘子检测技术国内外研究现状绝缘子在线检测的展望 一 前言 输电线路上的绝缘子在运行过程中因为长期机电负荷 周围复杂环境等作用 会出现绝缘电阻减低 开裂甚至击穿等故障 直接影响到电网的安全 目前 我国电网存在输变电设备老旧 设备没有改造完 抗御多重事故能力差等问题 输变电设备事故原因不明仍存在 其中一个重要问题是绝缘子闪络 支持绝缘子不明原因断裂等 而目前的劣化绝缘子检测技术尚不能完全满足实际需要 为保障电网线路的安全运行 急需对输电线路劣化绝缘子检测技术进行深入研究和改进 二 绝缘子劣化的机理 现电网中使用的绝缘子可分为 陶瓷绝缘子 玻璃绝缘纸 复合绝缘子 各种绝缘子特点如下 1 陶瓷绝缘子制造工艺成熟 运行可靠性较高 但较容易发生雷害等不明原因的闪络 目前陶瓷绝缘子在电网中占据较大比例 2 玻璃绝缘子的玻璃件是经高温熔融成型 钢化的构件 质地均匀 结构致密 具有无机材料特有的耐高温和耐老化的特性 能适应输电线路运行 耐受大电流闪络特性优于瓷和合成绝缘子 有自爆不需测零的优点 但某些情况下容易出现集体自破 例如严重污秽和潮湿情况下 危及线路安全 3 复合绝缘子在电网中得到较多应用 具有重量轻 机械强度高 表面憎水性能强 耐污闪性能好的优点 但是其表面面憎水层老化后容易直接击穿 在高湿度地区不利于运行 所以使用范围受到一定的限制 绝缘子主要作用是 电气绝缘作用 包括耐受各种过电压 悬挂支持作用 承担导线 金具等的机械荷载 包括覆冰 大风等造成的影响 实际运行中 由于绝缘子内部陶瓷 水泥 金具具有不同的膨胀系数和导热能力 在遇到热胀冷缩 外部强应力或强电场时 绝缘子某些位置将形成局部强应力和强电场 加速绝缘子的劣化过程 这种局部的强应力和强电场 主要出现在绝缘子的头部 受伤部位 污秽带 并伴随有噪声 放电 发光 电场强度变化 化学变化 如释放亚硝酸气体 等特征 在电气上 则表现为绝缘阻值下降 电压分布不均衡 泄漏电流变化 电晕脉冲电流变化等现象 提取这些特征量 可以作为绝缘子故障的早期预报依据 陶瓷绝缘子的劣化机理 陶瓷绝缘子是白瓷 金具和水泥等多种材料组合而成的 其劣化受多方面因素的影响 主要是4个方面因素的影响 绝缘子构造 机械力 电场作用 环境因素 尤其是国产绝缘子 在制造工程中 由于工艺和配方的问题 或者原料混合不均 烧制火力不均等原因 容易在陶瓷内部形成微裂纹 吸湿性气孔 并造成内部应力不均衡 存在局部应力集中现象 三 劣化绝缘子检测技术国内外研究现状 国内高压绝缘子在线检测的主要方法一般分为两类 非接触式检测法接触式检测法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 非接触式绝缘子在线检测方法比较 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 2 1电压分布法一般正常绝缘子串的电压分布为不完全马鞍型 若有不良绝缘子时 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 缺点 这种传统的绝缘子检测方法目前在各供电单位采用较多 但具有劳动强度大 安全性差 效率低且受电磁干扰等缺点 易造成误检或漏检 2 2泄漏电流法及脉冲电流法当绝缘子表面积累了污秽物或绝缘子串中存在不良绝缘子时 泄漏电流将增大 且不良绝缘子阻值降低使正常绝缘子上分得的电压变大 电晕脉冲电流增大 当绝缘子表面污秽物积累到一定程度或不良绝缘子劣化到一定程度时 在一定的外界环境下就可能造成绝缘子的闪络 因而可通过测量泄漏电流的大小变化来对绝缘子进行检测 缺点 泄漏电流的测取过程中存在着大量的干扰 泄漏电流的大小受周围环境 温度 湿度 气压 风速等 是否采取屏蔽措施以及绝缘子的种类等因素的影响很大 电测量方法 电测量方法分为 绝缘电阻法电场测量法脉冲电流法泄漏电流检测法1 绝缘电阻法绝缘电阻法绝缘子在线检测过程中 绝缘电阻的测量是通过泄漏电流的测量得以实现的 其等效电路可用RC串联电路表示 如下图所示 2 电场测量法高压线路上的合成绝缘子可简化为夹在两金属电极间的连续绝缘材料 绝缘子的伞裙对电场分布无影响 下图为电场分布测量法示意图 在这个简化模型中 根据电场理论计算的电场强度和电势沿绝缘子轴向的变化曲线A在正常时光滑 当绝缘子存在导通性缺陷 图中黑点 时 该处电位变为一常数 故其电场强度突降低 电场分布曲线不再光滑 在相应的位置上有畸变 如曲线B 中间下陷 两端上升 因此 测量合成绝缘子串的轴向电场分布可找出绝缘子的内绝缘导通性故障 3 脉冲电流法 所谓脉冲电流法就是通过测量绝缘子电晕脉冲电流的方法来判断绝缘子的绝缘状况 其原理是 存在劣质绝缘子的绝缘子串中 由于劣化绝缘子的绝缘电阻很低 它在绝缘子串中承担的电压也较小 于是其它正常绝缘子在绝缘子串上的承受电压必然明显大于正常情况时的承受电压 而因回路阻抗变小 绝缘子电晕现象的加剧 电晕脉冲电流必将变大 该法的难点是传感器的选择 信号的提取及辩识 现场干扰的排除等 4 泄漏电流检测法 总结国内一些成型的泄漏电流监测系统 其构成大致可以分为前端信号采集 数据传输环节 控制处理中心和抗干扰 保护措施4个部分 采集泄漏电流信号的方法一般有两种 使用穿芯式环形电流互感器和直接用导线引流 采用屏蔽电缆引流装置 其抗干扰效果好 降低了线路的绝缘裕度 泄漏电流监测原理的基本步骤下图所示缺点 泄漏电流法虽能在低压端准确测量泄漏电流的变化 但受很多因素影响 不能准确反映劣化程度 尽管该方法能反映较严重的绝缘故障 但在判断出绝缘失效后留给操作人员处理的时间有限 很难单独广泛应用 四 绝缘子在线检测的展望 由于在线绝缘子的特殊性 对其进行在线检测仍然是个难题 非电量检测法中的红外测温法是值得推荐的检测方法 此方法国内外已开始应用 效果良好针对红外设备的造价较昂贵 不能发现绝缘子早期的界面缺陷 建议只对安装运行时间较长的合成绝缘子采用这种检测手段电量检测法中 电场测量法已有了成型的产品 专门用于合成绝缘子的在线检测 在干燥 秽不严重时