池榮輝

摘 要：文章介紹絕緣子污穢閃絡(luò)形成、發(fā)展過(guò)程，提出了一種基于絕緣子泄漏電流監(jiān)測(cè)的絕緣子污穢狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分析了絕緣子污穢狀態(tài)與泄露電流有效值與波形間的關(guān)系，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)污穢絕緣子提供可靠的預(yù)警。

關(guān)鍵詞：絕緣子；泄漏電流；污穢；在線監(jiān)測(cè)；閃絡(luò)

中圖書分類號(hào)：TM855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）32-0041-02

絕緣子作為電力系統(tǒng)極為常見的設(shè)備，在日常電力生產(chǎn)中發(fā)揮著極為重要的作用，這些年來(lái)，環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，絕緣子污穢閃絡(luò)事故污閃時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)成為局部電網(wǎng)的安全隱患，因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)污穢絕緣子消除缺陷對(duì)電網(wǎng)安全起著極大的作用。在眾多絕緣子故障類型中，污穢閃絡(luò)事故是發(fā)生最為頻繁且造成后果也較為嚴(yán)重的。而絕緣子的泄漏電流能夠較為準(zhǔn)確反應(yīng)絕緣子污穢嚴(yán)重程度，本文主要探討基于泄露電流監(jiān)測(cè)的絕緣子污穢狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 絕緣子污閃原理

由于空氣中的粉塵較多，絕緣子表面上的污穢物不斷沉積。當(dāng)遇到較為濕潤(rùn)天氣時(shí)，污穢物吸收空氣中的水分，污穢物中的電解質(zhì)溶解并電離，使絕緣子表層污穢物電阻降低，絕緣子表面的泄漏電流隨之變大，泄漏電流流經(jīng)產(chǎn)污穢物將產(chǎn)生的熱量，使得絕緣子表層污穢物溫度升高，在泄漏電流密度較大的地方形成干燥帶。絕緣子表面干燥帶相對(duì)于濕潤(rùn)地方承擔(dān)著更多的電壓。這也使得干燥帶的電場(chǎng)長(zhǎng)度增大，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大時(shí)并會(huì)產(chǎn)生輝光放電，可能逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫植侩娀?。局部電弧大部分時(shí)候會(huì)熄滅，但也可能進(jìn)一步發(fā)展。隨著絕緣子表面污穢程度不斷增加，泄漏電流也將隨之增大，局部電弧就會(huì)不斷向另一極發(fā)展直到貫穿絕緣子兩極，造成絕緣子的閃絡(luò)。

2 表征絕緣子污穢程度的特征參數(shù)

絕緣子串表面狀態(tài)主要是由其特性參數(shù)來(lái)表征的，以下介紹幾種表征絕緣子的特性參數(shù)。

2.1 等值鹽密度

2.2 表面污層的電導(dǎo)率

污穢絕緣子表面單位面積的電導(dǎo)稱之為表面污層電導(dǎo)率。與等值鹽密度相比它無(wú)須將污物清洗下來(lái)再進(jìn)行檢測(cè)。表面污層電導(dǎo)率是在絕緣子是施放較低電壓下測(cè)出的，無(wú)法全面反映在全電壓運(yùn)行條件下的情況。

2.3 泄漏電流

流過(guò)絕緣子表面污層的電流稱為絕緣子泄漏電流，它是個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)，受運(yùn)行電壓、環(huán)境氣候、污穢程度等因素影響。污穢越嚴(yán)重、運(yùn)行電壓越大，泄漏電流越大。

在以上三種特征參數(shù)中，只有泄漏電流更能反映污穢絕緣子在運(yùn)行狀態(tài)下的實(shí)際情況，并且該參數(shù)也較為容易獲取，我們的絕緣子污穢狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也正是基于絕緣子泄露電流設(shè)計(jì)的。

3 絕緣子泄漏電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

污穢絕緣子表面局部放電的強(qiáng)度決定了泄漏電流幅值的大小、泄漏電流的脈沖數(shù)目、泄漏電流波形的畸變程度，他們之間有著良好地正相關(guān)關(guān)系。圖1為該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

首先通過(guò)傳感器測(cè)量出泄漏電流和環(huán)境參數(shù)，傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)調(diào)理電路元采集和處理除去除噪聲和干擾外后，并經(jīng)A/D進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)專家系統(tǒng)診斷后，如發(fā)現(xiàn)絕緣子有任何異常，可以即時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并經(jīng)通信裝置將絕緣子位置信號(hào)及異常信息發(fā)往集控站或調(diào)控中心。

3.1 泄漏電流的采集

為了采集絕緣子串表面泄漏電流，減少外部干擾的影響，利用泄漏電流沿面形成的原理，考慮在地端最后一片瓷上安裝一開口式泄漏電流收集環(huán)。集流環(huán)通過(guò)雙層屏蔽電纜引出信號(hào)，與地之間串一個(gè)檢測(cè)電阻采集信號(hào)。

泄漏電流大小在不同環(huán)境下測(cè)得的泄漏電流相差大幾十甚至上百倍，主要因?yàn)榭諝獬睗駮r(shí)污層電導(dǎo)增大，從而導(dǎo)致泄漏電流大大僅增加，也就是說(shuō)我們所采取的測(cè)量設(shè)備要能夠在如此大的范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于采集信號(hào)的放大我們要采取靈活的措施，使得無(wú)論多大的電流信號(hào)都能得到準(zhǔn)確地測(cè)量與表達(dá)。

3.2 泄漏電流信號(hào)處理

采樣出來(lái)的泄漏電流首先要經(jīng)過(guò)濾波放大，經(jīng)二次隔離后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。絕緣子泄漏電流變化區(qū)間很大，因此需要對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行調(diào)整及放大，調(diào)整輸入模擬信號(hào)的幅值到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍內(nèi)，以取得較高的采樣精度。

3.3 專家診斷系統(tǒng)

污穢絕緣子的表面發(fā)生的局部放電產(chǎn)生的泄漏電流脈沖往往以集群的方式出現(xiàn)，而絕緣子表面污穢程度同脈沖群之間的時(shí)間間隔有著他們之間有著良好地反相關(guān)關(guān)系，即絕緣子表面污穢越嚴(yán)重，脈沖群之間時(shí)間間隔越短。因此我們的專家系統(tǒng)可以根據(jù)泄漏電流有效值大小及波形特性作為診斷依據(jù)。

3.3.1 污閃過(guò)程中泄露電流有效值特性

一般將絕緣子整個(gè)污穢閃絡(luò)的全部過(guò)程劃分為四個(gè)區(qū)間，即：安全區(qū)、預(yù)報(bào)區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)、閃絡(luò)區(qū)。正常在在安全區(qū)時(shí)，絕緣子泄漏電流很小，無(wú)放電現(xiàn)象；當(dāng)將要進(jìn)入預(yù)報(bào)區(qū)時(shí)，泄漏電流明顯增大，并伴有較為微弱的電暈聲，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)放電現(xiàn)象；預(yù)報(bào)區(qū)內(nèi)泄漏電流很大，一般在50 mA以上，而且電暈聲越來(lái)越大，并出現(xiàn)小火花；快進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)時(shí)將出現(xiàn)小電??；進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)后泄露電流迅速增大，電弧逐漸密集，同時(shí)有較大的放電聲音；污閃發(fā)生時(shí)，電弧貫穿絕緣子表面，污閃過(guò)后，泄露電流急劇下降，整個(gè)過(guò)程如圖2、圖3所示。

泄漏電流有效值同污穢狀態(tài)有著極大地相關(guān)關(guān)系，長(zhǎng)期運(yùn)行及試驗(yàn)分析表明當(dāng)泄露電流有效值在50 mA以下時(shí)，此時(shí)絕緣子處于安全區(qū)；當(dāng)泄漏電流增大到50～150 mA區(qū)間時(shí)，絕緣子處于預(yù)報(bào)區(qū)；當(dāng)增大到150 mA以上時(shí)，絕緣子進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域。專家系統(tǒng)可以根據(jù)泄漏電流有效值及時(shí)發(fā)出預(yù)警。

3.3.2 污閃過(guò)程中泄露電流波形特性

試驗(yàn)分析絕緣子泄露電流不同階段波形特性，發(fā)現(xiàn)處于安全區(qū)時(shí)，波形基本上為周期正弦波，隨著泄漏電流變大逐漸畸變?yōu)槿遣ǎ划?dāng)處于預(yù)報(bào)區(qū)時(shí)，泄漏電流的波形中出現(xiàn)大量高頻率脈沖，且波形逐漸無(wú)明顯周期特性；危險(xiǎn)區(qū)泄漏電流波形峰值急劇增大，并重新恢復(fù)為正弦波，但波形不均勻。不同階段波形如圖4、圖5、圖6所示。

通過(guò)對(duì)泄漏電流波形分析我們可以發(fā)現(xiàn)其與絕緣子污穢狀態(tài)有著極大地相關(guān)關(guān)系，這也為絕緣子污穢程度提供了極有價(jià)值的參量，結(jié)合泄漏電流有效值數(shù)據(jù)和泄漏電流波形數(shù)據(jù)，我們對(duì)絕緣子污穢狀態(tài)診斷將更為可靠，這也為絕緣子污穢狀態(tài)預(yù)警提供了極為有效地指導(dǎo)，便于工作人員即時(shí)的發(fā)現(xiàn)存在隱患的絕緣子。

4 結(jié) 語(yǔ)

智能電網(wǎng)作為電網(wǎng)的發(fā)展方向，它為設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展提供了廣闊的平臺(tái)，而絕緣子污穢狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)也將提高電網(wǎng)的智能化，同時(shí)為絕緣子狀態(tài)檢修提供了極為可靠的依據(jù)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣子存在的隱患，降低設(shè)備停電時(shí)間和設(shè)備停電率，極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和供電可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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