李意星

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京102600）

1 人工霧室試驗

1.1 接觸網(wǎng)絕緣子在線監(jiān)測裝置

接觸網(wǎng)絕緣子在線監(jiān)測裝置分4 部分，即前端測量傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊、無線發(fā)送模塊和上位機(jī)軟件。前端測量傳感器的作用是感應(yīng)接觸網(wǎng)絕緣子泄漏電流以及相對應(yīng)的環(huán)境溫濕度信息，由溫濕度傳感器和泄漏電流傳感器組成；數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)采集泄漏電流、溫濕度信息并存儲數(shù)據(jù)，進(jìn)而處理采集的數(shù)據(jù)，主要由微處理器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)存儲單元及信號采集電路組成；無線發(fā)送模塊的主要作用是完成數(shù)據(jù)結(jié)果的發(fā)送；上位機(jī)軟件可以實現(xiàn)系統(tǒng)自檢、歷史數(shù)據(jù)查詢、設(shè)置初始參數(shù)、運行參數(shù)等功能。

接觸網(wǎng)絕緣子污穢在線監(jiān)測裝置由專用小電流傳感器、監(jiān)測分析儀和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理站等組成。

接觸網(wǎng)絕緣子污穢在線監(jiān)測裝置主要測量污穢絕緣子穩(wěn)態(tài)泄漏電流和臨近污閃時的脈沖電流，電流幅值范圍一般在幾十微安到幾百毫安，具有頻率高、變化范圍大等特點。測量穩(wěn)態(tài)電流的傳感器要求鐵心材料具有高導(dǎo)磁、線性工作范圍要寬的特點，而測量閃絡(luò)脈沖電流的傳感器要求鐵心材料具有相對磁導(dǎo)率高、剩磁小、頻帶響應(yīng)寬的特點。由此，系統(tǒng)選取單匝穿芯式電流互感器制成的高靈敏度閉合式泄漏電流傳感器[1]。

1.2 試驗原理

本試驗根據(jù)GB/T 4585—2004《交流系統(tǒng)用高壓絕緣子的人工污穢試驗》，將絕緣子按照一定角度安裝在3m×3m×3m 的人工霧室中，由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽清潔霧對污穢絕緣子進(jìn)行濕潤。

試驗電源由250kW 發(fā)電機(jī)提供，調(diào)壓變壓器，工頻試驗變壓器，其額定容量為100kV·A、額定電流為1A，以及水電阻保護(hù)裝置組成，滿足GB/T 4585—2004 的要求。

1.3 試驗過程

1.3.1 電流傳感器測試

穿心式電流傳感器不會產(chǎn)生電流泄放現(xiàn)象，但是由于泄漏電流比較小，現(xiàn)場環(huán)境干擾不能忽略，將產(chǎn)生一個對周圍環(huán)境的感應(yīng)信號。利用在線監(jiān)測裝置檢測電流傳感器對周圍環(huán)境的感應(yīng)，得到如圖1 所示信號。之后利用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生一個模擬電流信號（標(biāo)準(zhǔn)正弦信號），并用同一套在線監(jiān)測裝置檢測該模擬信號（見圖2）。

圖1 感應(yīng)信號波形

圖2 給定模擬電流信號

如圖1 所示，環(huán)境產(chǎn)生的感應(yīng)電流很小，隨著時間的增長，成直線狀，可對感應(yīng)信號求均值，用該均值模擬感應(yīng)信號。計算出的均值形成的直線大小為0.159 8，與實測曲線的擬合優(yōu)度大于0.9（0.915 40），因此，該直線是合理的。

由圖2 可以看出，采集的給定模擬電流信號發(fā)生了偏移，通過均值直線對給定信號進(jìn)行偏移矯正，結(jié)果如圖3 所示。

由圖3 可以看出，給定信號的偏移得到了有效的改善，證明電流傳感器對周圍環(huán)境的感知會對采集信號造成偏移。

1.3.2 人工污穢試驗

本試驗試品采用憎水性強(qiáng)、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高以及耐老化的棒形復(fù)合絕緣子FQBJ-25/8-760P。根據(jù)電氣化鐵路標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2007—1997《電氣化鐵路接觸網(wǎng)絕緣污穢等級標(biāo)準(zhǔn)》配置了3 種污穢度的污物分別涂刷3 支標(biāo)準(zhǔn)試品，其中ESDD 為等值鹽密，NSDD 為灰值鹽密。采用固體涂污法涂刷絕緣子，將試品涂好垂直懸掛24h 自然陰干。

圖3 給定信號偏移矯正

模擬棒形腕臂復(fù)合絕緣子現(xiàn)場安裝方式，將污穢絕緣子以一定的安裝角度固定在特定機(jī)械架上。由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽清潔霧對污穢絕緣子濕潤，濕潤后給污穢絕緣子施加25kV 交流電壓，同時利用接觸網(wǎng)絕緣子污穢在線監(jiān)測裝置進(jìn)行在線實時監(jiān)測，并實時記錄污穢絕緣子的泄漏電流和溫濕度數(shù)據(jù)。

1.4 試驗數(shù)據(jù)采集

1.4.1 污穢部分濕潤條件下的泄漏電流

將3 支試品依次安裝在人工氣霧室中，分別受潮10min（無加霧操作）并測量該氣霧室的溫度、相對濕度。在該條件下，絕緣子污穢受潮后為部分濕潤。分別針對試品1#、2#、3#進(jìn)行人工污穢試驗。測量每組試驗的溫度和相對濕度，得出數(shù)據(jù)。選取此環(huán)境下復(fù)合絕緣子加壓運行穩(wěn)定后的一段數(shù)據(jù)，繪制泄漏電流波形。

1.4.2 污穢完全濕潤條件下的泄漏電流

將3 支試品依次安裝在人工氣霧室中，分別受潮10min（加霧操作）并測量該氣霧室的溫度、相對濕度。在該條件下，絕緣子污穢受潮后為完全濕潤。分別針對試品1#、2#、3#進(jìn)行人工污穢試驗。

測量每組試驗的溫度和相對濕度，得出數(shù)據(jù)。選取此環(huán)境下復(fù)合絕緣子加壓運行穩(wěn)定后的一段數(shù)據(jù)，繪制泄漏電流波形。

2 試驗數(shù)據(jù)分析

2.1 經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解

經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）分解的實質(zhì)是一個篩選過程，EMD 分解的具體操作步驟，得到信號x（t）經(jīng)EMD 分解后可表示為：

式中，imfi（t）為原信號按由高到低的瞬時頻率分解得到的第i個IMF（信號基本模式分量），rn（t）為信號x（t）的中心趨勢。

2.2 偏移分析

任取一段時間內(nèi)的試驗泄漏電流信號，對信號進(jìn)行EMD分解，并從原信號中除去趨勢項，進(jìn)行偏移矯正。可以明顯看出信號偏移得到了良好改善。

對污穢部分濕潤的情況下的泄漏電流進(jìn)行EMD 分解，然后消除偏移，選取平均值為參考量，計算矯正前后泄漏電流平均值。

對污穢完全濕潤的情況下的泄漏電流進(jìn)行EMD 分解，然后消除偏移，計算矯正前后泄漏電流平均值（見表1 和表2）。

表1 部分濕潤泄漏電流平均值

表2 完全濕潤泄漏電流平均值

由實驗數(shù)據(jù)可以看出，泄漏電流在矯正前平均值約為0.16mA，與環(huán)境感應(yīng)電流測試結(jié)果0.159 8 接近。利用EMD 分解趨勢項矯正后的泄漏電流平均值接近零，由此可見，泄漏電流偏移得到了有效的矯正。

3 結(jié)論

接觸網(wǎng)污穢絕緣子在線監(jiān)測裝置中電流傳感器對周圍環(huán)境的感應(yīng)信號對采集數(shù)據(jù)造成了偏移，這是系統(tǒng)本身造成的，不可避免，但是利用EMD 分解的趨勢項可以有效地改善泄漏電流信號偏移的問題，為進(jìn)一步分析泄漏電流特性奠定了良好的基礎(chǔ)。