李波 黃嫄

（杭州市電力局，杭州 310016）

絕緣子在電力系統(tǒng)的絕緣方面占有非常重要的地位，并且其數(shù)量也相當(dāng)大，為保證電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行，絕緣子的在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)一直以來(lái)都很受人們重視。按絕緣子材料分，可以將其分為三類(lèi)，即瓷絕緣子、玻璃絕緣子和合成絕緣子。各種各類(lèi)運(yùn)行在輸電線(xiàn)上以及變電站中的懸式絕緣子都長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，并且經(jīng)受雨水、污穢、冰和雪的侵襲。因此，它們?cè)诶讚暨^(guò)電壓和操作過(guò)電壓下很容易發(fā)生污閃。

除了雷害之外，由污穢引起的污閃是另外一個(gè)主要引起故障的原因。但是，對(duì)于電力系統(tǒng)的運(yùn)行來(lái)說(shuō)，由污穢引起的絕緣子的污閃危害更大，造成的損失更加嚴(yán)重。因此，幾乎世界各個(gè)地方的電力系統(tǒng)都發(fā)生過(guò)污閃并造成過(guò)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)絕緣污閃事故僅次于雷擊，數(shù)量上居電網(wǎng)事故的第二位，而損失卻是雷擊事故的十倍[1]。

絕緣子的在線(xiàn)檢測(cè)方法按其原理分可分為電量法和非電量法；按其檢測(cè)方式可以分為接觸式和非接觸式；按自動(dòng)化程度又可以分為遠(yuǎn)程在線(xiàn)檢測(cè)法和非遠(yuǎn)程檢測(cè)法。本文將著重介紹絕緣子的在線(xiàn)檢測(cè)方法，并按電量與非電量法分類(lèi)。與此同時(shí)，還介紹了兩種離線(xiàn)適用的檢測(cè)方法。

1 非電量檢測(cè)方法

1.1 直接觀察法

此法是用望遠(yuǎn)鏡在塔下觀察絕緣子，觀察其傘裙及芯棒有無(wú)異常，例如傘裙表面的粗糙程度，有無(wú)明顯的受侵蝕的痕跡，有無(wú)明顯的裂痕。此方法設(shè)備簡(jiǎn)單，易于操作，在目前的線(xiàn)路檢修中仍然在使用，但是直接觀察法只能通過(guò)外部觀察并憑借操作人員的經(jīng)驗(yàn)判斷絕緣子的好壞，誤差較大，并且對(duì)絕緣子的內(nèi)絕緣性能無(wú)法檢測(cè)，僅作為輔助檢測(cè)方法。

1.2 紫外成像法

絕緣子在局部放電過(guò)程中會(huì)放出紫外線(xiàn)，紫外成像法可檢測(cè)到絕緣子因局部放電而形成的碳化通道和蝕損，并能檢測(cè)到絕緣子的金具和均壓環(huán)的電暈放電信息。文獻(xiàn)[2]中給出了在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下利用紫外成像儀拍攝的畫(huà)面，如圖1所示。圖中圓圈內(nèi)的亮點(diǎn)即為絕緣子缺陷的位置。

圖1 紫外成像儀所拍攝的絕緣子圖像

目前，已經(jīng)出現(xiàn)了可以白天使用的紫外成像儀[3]，但是紫外成像法均需要在局部放電發(fā)生時(shí)使用，且此時(shí)環(huán)境溫度較高（往往局部放電在陰天甚至是雨天發(fā)生），這對(duì)檢測(cè)帶來(lái)相當(dāng)大的難度。此外，紫外成像儀也較昂貴，不利于絕緣子在線(xiàn)檢測(cè)的普及。

1.3 紅外成像法

紅外成像法是一種實(shí)用、便捷的現(xiàn)場(chǎng)在線(xiàn)檢測(cè)方法，它利用導(dǎo)線(xiàn)、接頭、套管以及絕緣子因泄漏電流或者內(nèi)絕緣缺陷而引起的局部過(guò)熱現(xiàn)象來(lái)檢測(cè)絕緣子的性能。目前已出現(xiàn)了可以白天使用的高檔紅外熱成像測(cè)溫儀。在局部溫度高于主體溫度情況下，紅外測(cè)溫儀可準(zhǔn)確的測(cè)量局部溫度以判斷絕緣子的損傷程度。這些局部過(guò)熱的部位多表現(xiàn)為發(fā)黑、粉化、變脆、變硬甚至嚴(yán)重喪失憎水性。文獻(xiàn)[4]中運(yùn)用紅外成像法對(duì)合成絕緣子進(jìn)行檢測(cè)，不良絕緣子的檢測(cè)成功率較高。文獻(xiàn)[5]中同樣給出了用AGEM A 570 紅外熱成像測(cè)溫儀對(duì)廣東佛山局的3條 220/kV線(xiàn)路上的合成絕緣子進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn) 9只合成絕緣子的熱像圖異常，如圖2所示。并且發(fā)現(xiàn)發(fā)熱點(diǎn)多集中在高壓側(cè)以及發(fā)熱點(diǎn)至高壓端一段不能承受工頻耐壓試驗(yàn)或者陡波沖擊試驗(yàn)。但是，紅外成像法對(duì)早期絕緣缺陷缺乏有效的檢測(cè)，并且在絕緣子已大面積絕緣損傷時(shí)定位不準(zhǔn)確，同時(shí)易受日光、風(fēng)和環(huán)境溫度和濕度的影響。

圖2 利用紅外測(cè)溫儀拍攝的缺陷絕緣子熱像圖

1.4 超聲檢測(cè)法

超聲波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，在兩介質(zhì)交界面上會(huì)發(fā)生反射、折射和模式變換，利用這一原理，如果絕緣子有裂紋，就可在超聲波圖像上觀察到裂紋的反射波。文獻(xiàn)[6]對(duì)超聲檢測(cè)法作了探索性研究，提出了通過(guò)界面波的高度來(lái)判斷絕緣子的絕緣性能的好壞。文獻(xiàn)[7]運(yùn)用模擬裂紋試驗(yàn)分析了超聲檢測(cè)法對(duì)裂紋檢測(cè)的有效性。圖3為槽深1.2mm的裂紋超聲檢測(cè)圖，其中R為溝槽處的反射波。

圖3 槽深1.2mm時(shí)的超聲波反射波形

超聲檢測(cè)法對(duì)機(jī)械缺陷檢測(cè)相當(dāng)有效，且操作簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)。但是此法因其耦合和衰減及超聲波換能器性能問(wèn)題還不適合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，目前只廣泛用于企業(yè)生產(chǎn)在線(xiàn)檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)室檢定。

1.5 等值鹽密法（ESDD）

目前全世界很多的國(guó)家和地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)都采用等值鹽密法來(lái)劃分絕緣子污穢等級(jí)。其基本原理是用一定量的蒸餾水將絕緣子表面的污穢全部洗下，并測(cè)量溶液的電導(dǎo)率，根據(jù) NaCl的溫度和濃度曲線(xiàn)將原溶液等效為NaCl溶液的數(shù)量，則等效的NaCl的質(zhì)量除以絕緣子的表面積就得到了等值鹽密度（Equivalent Salt Deposit Density，ESDD），用mg/cm2為單位來(lái)表示[8]。等值鹽密法因其直觀易懂，對(duì)人員和測(cè)量設(shè)備要求不是很高，在國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始已普遍使用。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 16434-1996推薦了高壓架空線(xiàn)路和發(fā)電廠(chǎng)和變電所外絕緣污穢等級(jí)和對(duì)應(yīng)的鹽密值，如表1所示[9]。

表1 高壓線(xiàn)路和發(fā)電廠(chǎng)、變電所污穢等級(jí)

另一方面，等值鹽密法在操作時(shí)消耗時(shí)間太長(zhǎng)，也不適合絕緣子的在線(xiàn)檢測(cè)，并且得出的結(jié)論僅僅是絕緣子整體污穢的平均水平，不能真實(shí)反映絕緣子的絕緣性能。所以此法多用做絕緣子的污穢等級(jí)的評(píng)定，或者從整體上對(duì)一個(gè)地區(qū)的污穢等級(jí)的評(píng)定，這也可以為該地區(qū)絕緣子的選型提供參考。

2 電量檢測(cè)法

2.1 陡波試驗(yàn)

在這里介紹陡波試驗(yàn)主要因?yàn)榇朔ㄔ诮^緣子的絕緣性能以及耐壓性能檢測(cè)效果較為明顯。IEC也推薦將復(fù)合絕緣子的陡波試驗(yàn)列為抽查試驗(yàn)項(xiàng)目[10]。

陡波試驗(yàn)是在陡度大于等于1000kV/μs沖擊電壓的作用下對(duì)絕緣子進(jìn)行絕緣缺陷的檢驗(yàn)。如果在生產(chǎn)過(guò)程中絕緣子特別是復(fù)合絕緣子的粘接界面留有縫隙的話(huà)，那么這樣的絕緣子在陡波試驗(yàn)中極有可能發(fā)生擊穿。文獻(xiàn)[10]在對(duì)陡波試驗(yàn)進(jìn)行多方面的研究之后得出結(jié)論整體模壓工藝比套裝結(jié)構(gòu)工藝的復(fù)合絕緣子耐陡波沖擊性能有明顯提高。此種方法較適合復(fù)合絕緣子在出廠(chǎng)前的檢驗(yàn)，以剔除有缺陷絕緣子，防止隱患。但是陡波試驗(yàn)需要陡波沖擊電壓的發(fā)生器，目前此設(shè)備很多絕緣子生產(chǎn)廠(chǎng)家還不具備該條件。文獻(xiàn)[10]中也提出了一種利用雷電沖擊電壓發(fā)生器改造產(chǎn)生的陡波沖擊電壓的方法，供參考。

1）電勢(shì)測(cè)量法

電勢(shì)測(cè)量法是很簡(jiǎn)單的一種檢測(cè)法，它利用短路叉跨接在一串絕緣子中一片絕緣子的兩端，然后聽(tīng)聲音，若這片絕緣子兩端存在電壓，則可聽(tīng)到放電的聲音。若該片絕緣子為零值，絕緣子則不會(huì)發(fā)出放電的聲音。此方法國(guó)外已有經(jīng)過(guò)改進(jìn)的專(zhuān)利產(chǎn)品，在過(guò)去相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)針對(duì)瓷絕緣子應(yīng)用較廣泛，但是其操作危險(xiǎn)性較高，受到影響的因素也較多，所以目前已很少使用[11]。

2）電阻法

早期的電阻測(cè)量法是利用高阻計(jì)對(duì)絕緣子作離線(xiàn)檢測(cè)，比較適合于絕緣子的出廠(chǎng)或安裝前的檢定。1981年 C.W.Levine獲得一項(xiàng)專(zhuān)利[12]，其產(chǎn)品可真正用于絕緣子的在線(xiàn)電阻測(cè)量，絕緣子的電阻值可直接從其測(cè)量單元讀取，直觀、方便，但是電阻法僅適用于低壓線(xiàn)路，對(duì)于高壓、超高壓線(xiàn)路的長(zhǎng)絕緣子串操作也十分不方便。

3）電場(chǎng)法

一串正常的絕緣子外圍的電場(chǎng)分布應(yīng)是均勻的，其等勢(shì)線(xiàn)如圖4所示[11]，從高壓側(cè)到低壓側(cè)等勢(shì)線(xiàn)逐漸降低，所有的等勢(shì)線(xiàn)構(gòu)成一梨形。任何情況下電場(chǎng)線(xiàn)總是垂直于等勢(shì)線(xiàn)的，于是在正常絕緣子串中，因等勢(shì)線(xiàn)是梨形的，也就是說(shuō)等勢(shì)線(xiàn)并不同絕緣子串的軸線(xiàn)平行，所以電場(chǎng)線(xiàn)（圖4中En）也不垂直于絕緣串的軸線(xiàn)。但是如果絕緣子串中存在缺陷絕緣子甚至是零值絕緣子，則該絕緣子兩端的電壓接近相等或者相等，此時(shí)絕緣子串的等勢(shì)線(xiàn)（圖4中的虛線(xiàn)）就近似平行或者平行于絕緣子串的軸線(xiàn)，相應(yīng)的此處的電場(chǎng)線(xiàn)（圖4中的Ed）也將接近垂直或者垂直于絕緣子串的軸線(xiàn)。所以通過(guò)檢測(cè)絕緣子串的電場(chǎng)就可以得知絕緣子的絕緣性能，特別對(duì)零值絕緣子很有效。

圖4 高壓線(xiàn)路上絕緣子周?chē)牡葎?shì)線(xiàn)分布

此外，絕緣子串可以被看作是夾在高壓側(cè)電極與低壓側(cè)電極之間的連續(xù)絕緣材料，對(duì)于正常絕緣子串的電場(chǎng)分布應(yīng)為均勻，若有絕緣缺陷存在，則電場(chǎng)會(huì)有突變，如圖5所示[13]。圖中的黑點(diǎn)處即為絕緣子缺陷的位置，從圖中可以看出該處的電場(chǎng)分布已發(fā)生突變。文獻(xiàn)[11]中也給出了測(cè)量絕緣子串電場(chǎng)分布的裝置，如圖6所示。

圖5 高壓線(xiàn)路絕緣子串周?chē)碾妶?chǎng)分布

圖6 用于測(cè)量絕緣子串電場(chǎng)分布的裝置

電場(chǎng)法可直接反映絕緣子的絕緣狀況，受到干擾、影響較小，操作簡(jiǎn)單，但對(duì)某些不影響電場(chǎng)分布的絕緣損傷靈敏度不高，并且此法需登高操作，十分不方便，也增加了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。雖然過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間電場(chǎng)法曾得到廣泛應(yīng)用，但在目前條件下電場(chǎng)法使用較少。

4）泄漏電流法

絕緣子串的泄漏電流與其表面的狀況密切相關(guān)[14]，所以可通過(guò)對(duì)泄漏電流的測(cè)量與分析來(lái)監(jiān)測(cè)絕緣子的絕緣性能。目前已成功研制出適合用于檢測(cè)泄漏電流的傳感器[15]，并利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，比如模糊理論，人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)以及專(zhuān)家系統(tǒng)再加入天氣狀況（如：溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等）和運(yùn)行年限等因素對(duì)絕緣子進(jìn)行綜合評(píng)定，國(guó)外在這方面起步較早。主要是根據(jù)泄漏電流的峰值和在一定范圍內(nèi)的電流極值的個(gè)數(shù)建立與絕緣子性能的關(guān)系，從而判斷絕緣子的運(yùn)行狀況。例如，對(duì)于400kV的線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，可分別統(tǒng)計(jì)極值在50～150mA、150～250mA、250～350mA、350～450mA和大于450mA范圍內(nèi)的的泄漏極值個(gè)數(shù)[16]。文獻(xiàn)[16-18]在這方面從硬件到軟件均作了相當(dāng)?shù)奶剿?，有的也在?shí)際中得到了應(yīng)用。文獻(xiàn)[16]中給出了泄漏的波形如圖 7所示。但是泄漏電流的檢測(cè)需要在每串絕緣子串上安裝相應(yīng)的設(shè)備，成本較高，且泄漏電流還受很多的因素影響，與此同時(shí)這種方法在判斷出絕緣子存在絕緣缺陷之后留給檢修人員的時(shí)間相當(dāng)有限，不利于絕緣子檢修工作的開(kāi)展。

圖7 泄漏電流波形

5）脈沖電流法

脈沖電流法的原理是：因?yàn)榇嬖诹淤|(zhì)絕緣子的絕緣子串，并由于劣化絕緣子電阻很低，它在絕緣子串中承受的電壓很小，于是其他正常絕緣子在絕緣子串中承擔(dān)的電壓會(huì)明顯增大，而回路總阻抗減小，絕緣子電暈現(xiàn)象加劇，電暈脈沖電流必將變大，根據(jù)線(xiàn)路上存在劣質(zhì)絕緣子時(shí)電暈脈沖個(gè)數(shù)的增多、幅值增大的現(xiàn)象，利用寬頻帶電暈脈沖電流傳感器套入桿塔接地引線(xiàn)取出電暈脈沖電流信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理達(dá)到在低壓端檢出不良絕緣子的目的[19]。

文獻(xiàn)[20-21]中對(duì)脈沖電流法檢測(cè)絕緣子作了一定的研究工作，并給出了不同阻值的不良絕緣子在絕緣子串中的脈沖圖（如圖8所示），以及相同阻值的不良絕緣子在絕緣子串中不同位置的脈沖圖（如圖9所示）。

圖8 一片不良絕緣子在絕緣子串中的脈沖電流

圖9 不良絕緣子在絕緣子串中不同位置的脈沖電流

2.2 四個(gè)因素

由此進(jìn)一步得出了影響脈沖電流法檢測(cè)不良絕緣子分辨率的四個(gè)因素：

（1）不良絕緣子的阻值越低，檢測(cè)分辨率越高。

（2）不良絕緣子在串中的位置越靠近導(dǎo)線(xiàn)側(cè)，檢測(cè)的分辨率越高。

（3）絕緣子串的片數(shù)越少，檢測(cè)的分辨率越高。

（4）正常絕緣子的電暈起始電壓越低，檢測(cè)分辨率越高[20]。

目前，國(guó)內(nèi)外均在進(jìn)一步探索利用脈沖電流法檢測(cè)絕緣子的性能以及運(yùn)用相關(guān)的信息融合技術(shù)，該技術(shù)會(huì)逐漸成熟起來(lái)。無(wú)論是便攜式產(chǎn)品還是遙測(cè)系統(tǒng)均可運(yùn)用脈沖電流法。脈沖電流法在絕緣子的在線(xiàn)檢測(cè)方面在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)將是熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

3 結(jié)論

雖然目前在實(shí)際中運(yùn)用的絕緣子檢測(cè)方法主要是紅外成像法、泄漏電流法以及輔助方法直接觀察法，但是脈沖電流在國(guó)內(nèi)外的研究中已處于前沿地位，技術(shù)會(huì)不斷完善，并且相應(yīng)的產(chǎn)品也會(huì)很快投入運(yùn)行。隨著人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和模糊理論在絕緣子在線(xiàn)檢測(cè)中的不斷運(yùn)用以及數(shù)據(jù)采集技術(shù)和信息技術(shù)的日益成熟，在智能化理論基礎(chǔ)上的、以數(shù)據(jù)分析為主的計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)、監(jiān)控和診斷技術(shù)將有長(zhǎng)足的發(fā)展[21]。

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