浅谈高压线路绝缘子带电检测方法

发表时间:2019/10/17   来源:《基层建设》2019年第21期   作者:史永文
[导读] 摘要:针对特高压电网中绝缘子的特点,分析了现有绝缘子带电检测方法的优缺点以及应用于特高压中存在的问题,为实现特高压绝缘子的带电检测提供了理论支撑和研究基础。
        国网山西省电力公司检修分公司  山西太原  030000
        摘要:针对特高压电网中绝缘子的特点,分析了现有绝缘子带电检测方法的优缺点以及应用于特高压中存在的问题,为实现特高压绝缘子的带电检测提供了理论支撑和研究基础。
        关键词:特高压;绝缘子;带电检测
        高压电网对于实现能源资源集约化开发,优化能源资源配置方式,提高能源利用效率,推动电力工业技术升级,促进经济社会可持续发展和全面建设和谐社会具有重大意义。目前不同电压等级的交直流特高压线路已相继建成投运,如1000kV晋南荆线、直流800kV向上线。随着投运线路条数的增多,加强特高压线路运行维护是保证电网安全、稳定运行不容忽视的问题。
        1绝缘子的作用
        绝缘子作为电网中用量庞大、种类繁多的零部件,对电气设备或导体既要起绝缘作用,又要起固定悬挂作用,其质量主要取决于电气绝缘性能和力学性能。由于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,会出现绝缘性能减低,开裂甚至击穿等故障,特别在特高压输电线路上,绝缘子的劣化直接威胁着电力系统的安全运行。因此,对绝缘子进行带电检测,及时发现存在的劣化绝缘子是特高压线路运维中的重要工作。
        2绝缘子劣化机理
        绝缘子作为电网中用量庞大、种类繁多的零部件,对电气设备或导体既要起绝缘作用,又要起固定悬挂作用,其质量主要取决于电气绝缘性能和力学性能。运行中的绝缘子由于内部陶瓷、水泥和金具具有不同的膨胀系数和导热能力,在遇到热胀冷缩、外部强应力和强电场时,在绝缘子的头部、受伤部位和污秽带会产生局部强应力和强电场,出现放电、发光、电场强度变化和化学变化等,在电气上则表现为绝缘阻值下降、电压分布不均衡、泄漏电流变化和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预报的依据
        3绝缘子检测方法
        现有的绝缘子的检测方法有电压分布法、泄漏电流法、脉冲电流法、红外成像法、电场测量法和超声波测量法等,其中火花间隙测试法、分布电压测定法已有成熟产品且在目前的线路运维中应用比较广泛,主要由运维人员采用地电位的作业方式,利用绝缘操作杆在杆塔上对绝缘子进行逐片检测。然而,特高压输变电中使用的绝缘子片数可达到60多片,整个串长在10m左右,通常使用的绝缘子检测方法由于操作杆的挠度大、重量大及操作的劳动强度高,基本已不适用于进行特高压线路绝缘子的检测。因此,研究适用于特高压绝缘子带电检测的方法和装置,便于及时找出所有存在绝缘安全隐患的线路及区域,将极大降低线路绝缘的安全隐患,为特高压电网的故障预防提供有力支撑。
        3.1接触式检测
        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形,若有不良绝缘子时,绝缘子串上的电压将重新分布,电压分布法利用劣化绝缘子的绝缘电阻降低,分担电压降低的特点进行检测,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,可用于判断不良绝缘子是否存在。例如,短路叉、火花间隙放电叉或绝缘子串电压分析仪等人工登杆塔方法,通过检测绝缘子承担电压值的变化,可掌握其绝缘状况。
        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,以及受电磁干扰等缺点,易造成误检或漏检。
        2)泄漏电流法
        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来对绝缘子进行检测。
        但是泄漏电流的大小受温度、湿度、气压和风速等周围环境因素影响,检测过程对测量结果存在着较大干扰,屏蔽措施以及绝缘子的种类等因素对测量的可靠性也有很大的影响。而且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。


        3)脉冲电流法
        劣化绝缘子由于绝缘电阻很低,它在绝缘子串中承担的电压也较小,会导致其他正常绝缘子在绝缘子串上的承受电压明显大于正常情况时的承受电压,而因回路阻抗变小,绝缘子电晕现象加剧,电晕脉冲电流必将变大。因此,通过宽频带电晕脉冲电流传感器测量绝缘子电晕脉冲电流,可以判断绝缘子的绝缘状况。
        该法存在的问题在于传感器的选择、信号的提取及辨识和现场干扰的排除等。由于电晕脉冲电流在绝缘子正常时也可能产生,且随着输电线路电压的波动其值也在变化,如何消除这些因素的影响,建立绝缘子劣化判断标准也是该法能否成功的关键。
        3.2非接触式检测
        1)声和超声波检测法
        当污秽或劣化绝缘子,引起绝缘子表面局部放电增加时,随着电量的释放过程,对周围的介质产生压力,从而引起空气振动,造成声波发射现象。声波信号的幅值与放电能量的平方根成正比。由于局部放电每次持续时间较短,声波的频谱范围较宽。通过检测绝缘子放电时声波的幅值,可以判定放电强弱,从而了解绝缘子的运行状态。
        在现场强大的高压磁场下,区别局部劣化放电信号,有一定难度。该方法适合判断由于污秽等原因造成的较为明显的局部放电,对绝缘子劣化、绝缘阻值下降的早期预报存在困难。
        2)红外成像法
        红外成像法的基本原理是在绝缘子发生绝缘劣化或者表面污秽严重后,会造成运行中绝缘子串的分布电压改变、泄漏电流异常,出现发热或局部发凉迹象。利用红外检测技术对绝缘子进行红外热成像处理,得到绝缘子串的热场分布,对应于绝缘子串的电压分布。由于劣化绝缘子会造成裂纹处温升、内部穿透性泄漏电流和表面爬电泄漏电流加大、发热增加等现象,表面温度较高,根据绝缘子表面温度与相应位置正常绝缘子表面温度的对照,可判定绝缘子的运行状态。
        但是当劣化绝缘子的绝缘电阻在5~10MΩ之间时,温度变化不明显,难以通过红外热像加以区别,存在检测盲区。且受环境、太阳和背景辐射的干扰,光谱发射率ε的选定,对焦情况、气象条件等均会对检测结果造成影响。
        3)紫外成像法
        微小但稳定的表面局部放电会导致绝缘子伞裙和护套形成碳化通道或电蚀损。当绝缘子表面形成碳化通道时,其使用寿命会大大降低,甚至在短期内被击穿。利用电子紫外光学探伤仪可以带电检测绝缘子表面由于局部放电而形成的碳化通道和电蚀损,其原理是:局部放电过程中,带电粒子会放出紫外线,当绝缘子表面形成导电性碳化通道时,局部放电加剧。
        该方法的不足之处是需在夜间、正温度环境下操作,而且正在发生局部放电的过程中,这就要求检测在高湿度甚至有降雨的环境中进行,在实际运维中应用存在困难。而且检测结果容易受到观察角度的影响,检测设备也较昂贵。
        4)电场测量法
        由于劣化绝缘子会引起绝缘子串附近电场分布的变化,该方法通过测量绝缘子表面的纵向电场分布情况,检测劣化绝缘子。所用仪器较为简单,但对天气等外界环境要求甚低,测量点较多。
        5)超高频检测法
        利用超高频天线捕捉绝缘子的局部放电信号,然后进行频谱分析,比较适合检测局部放电,在常规的运维中难以发挥作用。
        4结束语
        目前关于高压电网中绝缘子带电检测的方法包括电压分布法、泄漏电流法、脉冲电流法、红外成像法、电场测量法和超声波测量法等,但是由于我国特高压交流输电线路绝缘子串长达10m左右或更长,现存方法因存在操作难度大、工作强度大和测量准确性不足等诸多问题而不能直接应用于特高压绝缘子的带电检测中。
        参考文献:
        [1]程养春,李成榕,沈小军,等.几种合成绝缘子带电检测方法的比较[J].电工文摘,2004,30(06):35-37.
        [2]葛乃榕.变电站绝缘子红外带电检测技术研究及应用[D].华北电力大学,2018.
        [3]孙阔腾,蔡玮辰,李飞虎.关于输电线路绝缘子缺陷分析及对策的思考[J].科技创新与应用,2018(6):71-72.
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