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1、第一章第一章 输电线路绝缘子在线检测与输电线路绝缘子在线检测与诊断诊断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（3050pF）与绝缘子本身的
2、电容（3560 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。 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
3、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。 图1. 自爬式不良绝缘子检测系统原理图 2. 2.电晕脉冲式检测器电晕脉冲式检测器 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
4、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。 3. 电子光学探测器电子光学探测器 由于架空输电线路绝缘子串
5、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。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
6、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
7、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。 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
8、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。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二、瓷质劣质绝缘子诊断分布电压法分布电压法 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
9、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、计算、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三、瓷质劣质绝缘子诊断电流法电流法 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
10、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四、绝缘子模糊诊断模型 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。 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
11、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。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。
