王世强 王安宗
山东中实易通集团有限公司 山东济南 250000
摘要：随着电网规模的扩大，人工巡检的方法越来越难以实施。零值绝缘子的智能化检测手段较高的准确率能有效减少电网因绝缘子劣化引发的停电事故，从而确保电网的安全稳定运行。
关键词：绝缘子；劣化；状态检测技术
前言
绝缘子是电力设备上的重要部件，起着连接导线和电塔的重要作用。电力系统要稳定运行，需确保绝缘子性能良好。绝缘子长期暴露在各种复杂自然环境中，其性能不仅受到外界环境的影响，同时电磁场和应力也会导致绝缘子的绝缘性能失效、劣化，最终成为零值绝缘子。零值绝缘子在恶劣环境下会发生断串、掉线等事故，甚至会导致严重的区域性停电。零值绝缘子已经严重危害到国民经济的发展和人民日常生活。因此，及时排除电网设备中的劣化、零值绝缘子，确保电网的稳定安全成为现在的一个重要课题。
1原理介绍
1.1零值绝缘子热特性
挂网绝缘子的热量来源有三种：绝缘子在大气环境中表面沾染污秽，泄漏电流通过污秽传导产生的热量；由于绝缘子制造工艺的限制，导致绝缘子内部各部件粘接不紧密，穿过绝缘子内部电流引起发热；绝缘介质在工频电压作用下的极化效应引起介质损耗发热。随着绝缘子运行时间的增加，受风吹日晒等自然环境的影响，绝缘子绝缘性能不断降低，导致出现劣化。在劣化过程中，绝缘阻值变小，从而导致发热增加，温度升高。实验表明，当绝缘子阻值减小到某一特定值时，发热功率达到最大值，这是通过热红外影像判别绝缘子劣化的重要依据。
1.2无人机巡检
采用高集成度光学元件，设计完成小型化的空间电场传感器，分析了无人机介入对绝缘子原有空间电场的影响。搭建了包括机载端和地面端的无人机巡检平台，配套研制基于Ａ／Ｄ转换模块和射频模块的电场信号无线传输装置，实现了无人机巡检平台电场测量信号在机载端与地面端的传输，并进行了复合绝缘子芯棒局部导通的带电检测试验。
2无人机巡检平台的构成
2.1电场测量装置
带电运行的绝缘子周围分布有空间电场，利用电场传感器可以测量绝缘子串的空间电场。基于光电晶体泡克尔斯效应的高电压电场测量原理为利用晶体的光折射率在一定方向的外加场强下发生改变的特性，将空间场强信号转化为光功率信号传输，再通过光电转换器将光功率信号转化为电压信号，经过相应的换算得到电场值。电场测量系统由光发射单元，保偏光纤，电场传感器及光电转换单元组成，并通过信号线连接示波器。
具体工作原理为：光发射单元发出某一波长的线偏振光，线偏振光经过保偏光纤进入电场传感器，经过外界电场的作用，输出的光功率发生改变，输出的信号经过光纤传入光电转换单元，光电转化装置将输入光信号转化为与输入光功率幅值成正比的电压信号，在示波器进行显示。根据前述的原理设计制作的电场传感器探头，探头主要由外壳，晶体，及光纤组成，其外壳材料为聚乙烯材料，具有良好的绝缘及抗压性能，外部尺寸为５５ｍｍ×８ｍｍ×４ｍｍ。为了研究传感器的工频响应特性，将测量装置输出的电信号转换成电场强度，进行了电场传感器的工频电场响应特性试验。试验时将电场传感器放置于０.５ｍ平板电极中，对板-板间隙施加１２～１２０ｋＶ工频电压，升压步长为１０ｋＶ，所对应电场强度为２４～２４０ｋＶ／ｍ，将电场测量系统的输出电压与相应的电场强度制作成特性曲线，通过该曲线可以得到电场测量系统输出的电压与外界电场强度的关系。
2.2无线信号传输系统
无线信号传输系统设计中，核心的控制器件使用ＳＴＣ８９Ｃ５２单片机来进行控制，该系统结合了单片机、射频模块、ＡＤ模块和ＬＥＤ显示模块，可实现对外部电压信号的采集，同时进行无线传输，然后经过采样运算在ＬＥＤ显示屏上显示出来波形信号的峰值。系统中传送的电压信号最初是模拟正弦信号，然后通过ＡＤ模块进行模数转换，转化成数字信号，为了求取峰值，系统中设置了一个容量为４０的数组存放一定的样本信号，每４ｍｓ采样一次放入数组，一个周期采样５次，采取８个周期的样本，放入数组中，然后筛选出样本中的最大值，作为正弦信号的峰值，将此指通过射频模块，从发射端传送到接收端，单片机将此峰值信号，然后通过液晶显示模块。
3无人机搭载装置
整个系统包括机载端和地面端。机载端包括电场测量模块和激光测距模块；地面段包括电场测量数据接收模块，无人机飞行控制遥控器和高清显示屏；机载端和地面端通过无线信号进行通信。整个测量模块包括无人机平台、电场测量模块、激光测距模块、可见光拍摄模块和无线数据传输模块。电场传感器模块由电场传感器探头、光纤、绝缘杆和信号处理单元构成。激光测距模块由激光镜头和脉冲宽度调制开关组成。可见光拍摄模块包含高清镜头和高清显示屏。无线传输模块主要由数据链路。
结束语
主要内容是设计了小型化电场测量装置，研制了电场信号无线传输装置并测试了传输性能，将其搭载在无人机上，通过仿真分析研究了无人机测量装置介入对原空间电场的影响，并利用集成后的无人机测量装置进行了劣化绝缘子带电检测试验。得到如下结论。
（１）设计的电场测量系统性能线性度较好，可以用于测量绝缘子串的空间电场，研制的无线信号传输装置性能良好，接收端误差在１０％以内。
（２）通过仿真可知，当外加电场垂直或者平行于无人机测量装置时，电场传感器测得的电场误差都在１０％以内，证明基于无人机的电场测量装置满足工程实际需要。
（３）现场检测试验表明，基于无人机平台搭载电场传感器能有效地检测出存在芯棒导通的劣化绝缘子串，绝缘子串的不同位置存在导通情况都可以检测出来。
参考文献：
［1］张福林，王黎明.复合绝缘子外绝缘材质老化内在原因分析［J］.中国电力，2002，35（7）：80-83.
［2］甘永叶.复合绝缘子运行发热及热老化机理研究［D］.广州：华南理工大学，2017.