吳楊石千/.國網(wǎng)寧夏電力公司電力科學(xué)研究院；.國網(wǎng)青海省電力公司調(diào)控中心

光傳感器檢測絕緣子鹽密法在青海電網(wǎng)應(yīng)用前景探討

吳楊1石千2/1.國網(wǎng)寧夏電力公司電力科學(xué)研究院；2.國網(wǎng)青海省電力公司調(diào)控中心

本文通過對傳統(tǒng)的較輸變電設(shè)備絕緣子污穢特性檢測方法優(yōu)缺點的比較分析，提出了一種更適合青海電網(wǎng)特點及當(dāng)前輸變電設(shè)備管理模式的光傳感器檢測絕緣子鹽密法，并對該方法在青海電網(wǎng)的應(yīng)用前景進行了論述，對該方法的推廣應(yīng)用及相關(guān)工作的開展具有很好的參考價值。

超高壓輸電線路；污穢特性；鹽密

引言：輸變電設(shè)備外絕緣水平理論上與電壓等級相匹配即可，但由于受環(huán)境因素影響，輸變電設(shè)備外絕緣配置需綜合考慮電壓等級、設(shè)備所處區(qū)域污穢等級以及海拔高度等因素，而輸變電設(shè)備外絕緣狀況是輸變電線路安全運行的重要參數(shù)。輸變電設(shè)備外絕緣表面所積污穢物質(zhì)的化學(xué)成分是影響絕緣耐受能力的關(guān)鍵，通常以鹽密大小來定量描述。因此，快速而準(zhǔn)確測量輸變電設(shè)備絕緣子鹽密對提升輸變電設(shè)備安全運行水平具有重要意義。

目前絕緣子鹽密測量主要使用等值鹽密法與泄漏電流法[1]，但這兩種測量方法操作復(fù)雜，測量周期較長，無法及時掌握輸變電設(shè)備絕緣子污穢情況。隨著設(shè)備外部運行環(huán)境的變化，因檢測、防范不及時，輸變電設(shè)備污閃時有發(fā)生，傳統(tǒng)絕緣子污穢測量方法局限性越發(fā)突出，已不適應(yīng)青海電網(wǎng)特點，更不符合“大檢修”工作要求，急需一種全新的絕緣子鹽密測量方法。

一、絕緣子污穢情況概述

1.絕緣子污穢造成污閃的原因。輸變電設(shè)備所使用絕緣子，運行中極易積灰、受潮，而其表面一旦遭受污染并受潮將嚴(yán)重影響絕緣子絕緣性能，進而可能產(chǎn)生污閃事故，威脅電網(wǎng)安全。

青海省電力轄區(qū)部分區(qū)域按污穢所處環(huán)境類型劃分屬于沙漠型與工業(yè)粉塵型污穢區(qū)。近年絕緣子污穢檢測數(shù)據(jù)表明，沙土與工業(yè)粉塵加之長期干旱造成污穢層通常含有不易溶解的鹽類物質(zhì)，而且具有較高的灰密。風(fēng)力則是絕緣子染污的主要因素，雖然雨季少量降雨可以導(dǎo)致其自然清洗，但在我省干旱少雨地區(qū)或季節(jié)效果有限。當(dāng)絕緣子表面發(fā)生凝露時，極易引起絕緣子閃絡(luò)，造成電網(wǎng)事故。

2.防止絕緣子污穢造成污閃的意義。運行經(jīng)驗及鹽密測量數(shù)據(jù)表明，設(shè)備外絕緣配置與現(xiàn)場污穢度相適應(yīng)時，污閃跳閘率就會很低；不相適應(yīng)時，污閃跳閘率就會增多，甚至造成電網(wǎng)大面積污閃事故。我省地域遼闊，氣候多變，尤其是近年來工業(yè)的發(fā)展，部分地區(qū)大氣污染日益嚴(yán)重，甘河灘工業(yè)園區(qū)附近部分變電站就曾多次在初春發(fā)生過絕緣子閃絡(luò)事故，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行造成一定影響。隨著安全理念的提升及對電網(wǎng)事故容忍度的不斷降低，必須把電網(wǎng)污閃跳閘率控制在最低水平，對高電壓等級電網(wǎng)要盡可能避免污閃的發(fā)生[2]。

3.目前污穢測量方法概述。

（1）等值鹽密法（ESDD法）[3]。等值鹽密法一般需要在停電檢修期間將被測試的絕緣子從桿塔上拆卸至地面，然后搬運到試驗室加以測量。在取樣過程中為避免污穢損失，拆卸和搬運絕緣子時要盡量不接觸絕緣子的絕緣表面。表面污穢取樣之前，取樣容器、量筒等應(yīng)保證清洗干凈，確保無任何污穢。取樣時，盡可能帶清潔的醫(yī)用手套將絕緣子傘裙表面的污穢用脫脂棉完全清洗下來等。

這種方法在取樣過程中稍不注意就會導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確，并且無法對同一絕緣子的積污特性進行長期監(jiān)測。而飽和鹽密的測量則需要參照絕緣子連續(xù)3至5年積污進行測量，污穢取樣時間應(yīng)選擇在年積污期結(jié)束時進行，但采用等值鹽密法獲取運行絕緣子的飽和鹽密則需要大量的試驗樣本及試驗周期。

（2）污層電導(dǎo)率法。此法優(yōu)點在于電導(dǎo)率與污閃電壓之間存在直接關(guān)系，這種關(guān)系能從絕緣子絕緣性能方面綜合反映污層的污穢及潮濕程度，是反映污穢影響的一個較好參數(shù)。然而電導(dǎo)率的測量要有容量較大的電源以及短時加壓的控制設(shè)備，這給測量操作帶來不確定性，并且此類方法在對試驗設(shè)備布置安全措施方面較為困難，使得此法在推廣應(yīng)用方面受到了一定的限制，目前一般應(yīng)用于人工污穢試驗室。

（3）基于泄漏電流的污穢度檢測方法[4]?；谛孤峨娏鞯奈鄯x度檢測是在一參照盤形絕緣子串上，連續(xù)測量其表面泄露電流，并加以記錄。由于泄漏電流的大小不僅取決于污穢程度，而且還與絕緣子受潮程度、絕緣子的串長、幾何形狀等因素有關(guān)，且不適合在干旱少雨地區(qū)使用。

二、適應(yīng)青海電網(wǎng)污穢環(huán)境特點的鹽密測量方法

1.各種絕緣子污穢度測量方法的優(yōu)、缺點比較。

2.適應(yīng)青海電網(wǎng)的鹽密測量的方法。

根據(jù)表1（詳見文后）分析可知，傳統(tǒng)的等值鹽密法、泄漏電流法雖然直觀易懂，但在操作上不僅存在著等價性問題，而且在獲取飽和鹽密方面也存在不足，并且無法準(zhǔn)確獲得實時鹽密值用來指導(dǎo)清掃，不利于“大檢修”模式下狀態(tài)檢修工作的開展。目前為止，如何根據(jù)測得的泄漏電流值評價絕緣子的污穢程度尚無明確的標(biāo)準(zhǔn)。再者，泄露電流的測量僅限于在潮濕的氣象條件下，這在潮濕多雨的南方尚可使用，而在青海部分干旱少雨地區(qū)應(yīng)用大有困難。因此，采用表面泄漏電流的測量方法由于技術(shù)本身存在的缺陷，目前仍沒有出現(xiàn)取代人工測量鹽密的趨勢。而人工測量鹽密對于青海這樣一個地域廣闊，電網(wǎng)覆蓋范圍廣，地形復(fù)雜、氣候復(fù)雜多變的區(qū)域，需要耗費大量的人力物力。

相比而言，光傳感器輸變電設(shè)備鹽密監(jiān)測法[5]無需停運所測量鹽密的線路或設(shè)備，無需拆卸、搬運絕緣子，且能夠自動進行鹽密監(jiān)測，無需人工參與測量工作，結(jié)果準(zhǔn)確，操作簡單，可遠(yuǎn)程讀取監(jiān)測值，省時省力，還可實時在線監(jiān)測絕緣子鹽密，能夠滿足“大檢修”模式下輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修工作需求，適合在青海這樣一個地域廣袤、地形發(fā)雜、部分地區(qū)風(fēng)沙較大，個別地區(qū)工業(yè)發(fā)展迅速污染嚴(yán)重，污穢分布不均勻的地區(qū)推廣使用。

三、光傳感器法測量絕緣子鹽密污穢的技術(shù)措施

經(jīng)過對各種絕緣子鹽密污穢測量方法比較后，我們可以得出在對輸變電設(shè)備的污穢狀況評估中，鹽密是唯一的可以定量的參數(shù)這一結(jié)論。在進行鹽密測量過程中，采用光傳感技術(shù)，能夠在輸變電設(shè)備不停電情況下實時高效測量絕緣子鹽密，且不受高壓電磁場干擾及環(huán)境氣候的影響。這就為輸變電設(shè)備運行管理提供了實時、準(zhǔn)確的輸變電設(shè)備外絕緣設(shè)備的積污情況方面數(shù)據(jù)，從而能科學(xué)指導(dǎo)輸變電外絕緣設(shè)備清掃工作，為輸變電外絕緣設(shè)備的狀態(tài)檢修提供依據(jù)，進而提高我省在“防污閃”工作的管理水平，為輸電線路及變電站設(shè)備的安全運行提供保障。

1.光傳感器法測量絕緣子鹽密污穢的技術(shù)關(guān)鍵。

（1）準(zhǔn)確性。該技術(shù)通過監(jiān)測光傳感器的光能參數(shù)變化測量出鹽份的多少，再通過換算得出絕緣子表面的鹽密，因此需要對系統(tǒng)測得的大量鹽密值與采用等值鹽密法測得的大量鹽密值進行數(shù)據(jù)對比，再通過試驗室與現(xiàn)場的對比，進而判定光傳感器測量輸變電設(shè)備表面鹽密的準(zhǔn)確性。

（2）穩(wěn)定性。采用光傳感器輸變電設(shè)備鹽密在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測超高壓輸電線路鹽密基本不受電磁場及各種環(huán)境氣候因素的干擾，并且在采用目前已成熟的“蓄電池+太陽能電池”供電方式后能夠保證系統(tǒng)長時間工作。

（3）數(shù)據(jù)傳輸、接收及存儲的穩(wěn)定性。本系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)監(jiān)測終端和數(shù)據(jù)監(jiān)測中心兩部分組成，是一種智能化大范圍遠(yuǎn)程分布式鹽密實時監(jiān)測系統(tǒng)[6]。系統(tǒng)利用現(xiàn)場安裝的數(shù)據(jù)監(jiān)測終端，采集現(xiàn)場的溫度、濕度、以及光能參數(shù)等，通過GSM的數(shù)據(jù)通信模塊，將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到鹽密監(jiān)測中心，鹽密監(jiān)測中心的工作站根據(jù)鹽密數(shù)學(xué)模型的計算、得到鹽密數(shù)據(jù)，并采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)進行數(shù)據(jù)管理，可實現(xiàn)自動、連續(xù)在線監(jiān)測線路絕緣子鹽密，灰密。

本系統(tǒng)可采用GSM/GPRS/CDMA進行數(shù)據(jù)通訊，利用監(jiān)測終端和監(jiān)測中心的雙重數(shù)據(jù)存儲備份功能，可以在主機斷電3個月內(nèi)，自動保存數(shù)據(jù)，充分保障了數(shù)據(jù)的安全性。

本系統(tǒng)可利用通訊數(shù)據(jù)自動篩選功能及指定號碼接收功能，可以有效屏蔽垃圾短信及冗余數(shù)據(jù)的干擾問題，充分保障了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及有效性。

2.光傳感器法測量絕緣子鹽密污穢的技術(shù)實施。在青海電網(wǎng)污穢較嚴(yán)重的地區(qū)選取一個變電站，作為現(xiàn)場試驗場所。采用1臺光傳感器輸變電設(shè)備鹽密在線監(jiān)測系統(tǒng)實施本項目。具體實施步驟：

（1）研制系統(tǒng)樣機，在實驗室完成系統(tǒng)實驗室測試及校準(zhǔn)；

（2）在330kV輸電線路的桿塔安裝光傳感器輸變電設(shè)備鹽密在線監(jiān)測系統(tǒng)樣機；

（3）樣機系統(tǒng)運行三個月或更長時間，驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

四、.光傳感器法在線測量鹽密的預(yù)期效果

根據(jù)已有研究成果及該方法在其他網(wǎng)省公司的試驗情況，結(jié)合青海電網(wǎng)污區(qū)分布特點，若在青海電網(wǎng)采用光傳感器技術(shù)監(jiān)測輸變電設(shè)備污穢情況可達到如下預(yù)期效果：

1.采用光傳感器技術(shù)測量超高壓輸變電設(shè)備鹽密，不受高海拔、地形、風(fēng)沙等環(huán)境氣候及電場干擾等因素的影響；

2.采用光傳感器技術(shù)在特殊氣候條件下可準(zhǔn)確測量超高壓輸變電設(shè)備表面鹽密；

3.通過光傳感器輸變電設(shè)備鹽密監(jiān)測方法可完成輸變電線路輸電設(shè)備鹽密數(shù)據(jù)的實時采集與分析；

4.通過獲取實時飽和鹽密，可為調(diào)整輸變電線路輸變電設(shè)備外絕緣爬比電距提供科學(xué)依據(jù)，指導(dǎo)輸變電線路外絕緣設(shè)備的狀態(tài)檢修工作。

五、經(jīng)濟效益

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電網(wǎng)容量、輸電電壓等級提高，特別是空氣環(huán)境的逐步惡化，我省因高壓輸變電設(shè)備的外絕緣受污染而產(chǎn)生的污閃事故時有發(fā)生，造成很大的經(jīng)濟損失。因此通過實施本項目可預(yù)防、減少污閃事故，將為電網(wǎng)設(shè)備的安全運行提供有力的保證。同時，也可為檢修策略由定期維修過渡到狀態(tài)維修及以可靠性為中心的維修創(chuàng)造重要條件，節(jié)省了人力物力，從而實現(xiàn)較好的社會效益和經(jīng)濟效益[7]。

六、.結(jié)論

1.光傳感器法在線測量鹽密是適應(yīng)“大檢修”模式下青海地域、氣候氣象條件下最為有效的鹽密測量手段。

2.在輸電線路開展光傳感器輸變電設(shè)備實時鹽密檢測，能及時測取輸變電設(shè)備實時鹽密值，掌握超高壓輸變電設(shè)備的積污規(guī)律，發(fā)揮光傳感器的優(yōu)越性，提高輸變電設(shè)備的可靠性。

3.在輸電線路上廣泛開展光傳感器輸變電設(shè)備鹽密檢測，可以實時監(jiān)測鹽密，進而適應(yīng)狀態(tài)檢修對輸變電設(shè)備絕緣子清掃工作要求，減少不必要的定期清掃，避免污閃事故的發(fā)生。

4.通過逐步建立光傳感器檢測傳輸系統(tǒng)，可以基本實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動獲取實時鹽密地圖、飽和（最大）鹽密地圖以及鹽密曲線圖，提高輸電設(shè)備的污閃在線監(jiān)控指標(biāo)。

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表1.三種鹽密測量方法特性比較

吳 楊（1982-），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)化學(xué)試驗研究工作.

石 千（1983-），男，工程師，主要從事電力調(diào)度控制工作.