整理絕緣子污穢度的在線監(jiān)測

1、精品文檔絕緣子污穢度的在線監(jiān)測電力設(shè)備外絕緣污閃，是阻礙電力系統(tǒng)安全運行的難題之一。合成絕緣子和玻璃絕緣子的應(yīng)用，并未從根本上改變防止污閃課題在電力系統(tǒng)中的重要性。涂、擦、爬、仍然是運行設(shè)備防污閃的基本措施。及時掌握外絕緣污穢度，是適時采取防止污閃措施的科學(xué)基礎(chǔ)。（一）絕緣子表面污穢度參數(shù)量的選擇與測量絕緣子的污穢度，指的是絕緣子所處一定的地理區(qū)域的污穢程度。國際大電網(wǎng)會議第33學(xué)術(shù)委員會042工作組，推薦了五種常用的絕緣子污穢的測量方法，即1）等值鹽密法2）表面電導(dǎo)法3）污閃梯度法4）最大泄漏電流法5）電流脈沖計數(shù)法鹽密、電導(dǎo)、梯度和泄漏電流是4個表征污穢度的參量。（1）等值鹽密法等值鹽密法

2、主要是測量外絕緣的單位表面積上等值附鹽量。以每平方厘米多少克Nacl來等值于絕緣子表面上的實際污密。此等值Nacl量與實際污層分別溶于相同容積和相同溫度的蒸儲水中具有相同的電導(dǎo)率。此鹽量稱為等值鹽密。等值鹽密是國內(nèi)人工污穢試驗中常用的污穢度參量，被作為利用人工污穢試驗來確定某處絕緣子行為的基礎(chǔ)。等值鹽密的測量，應(yīng)在實際運行的絕緣子上進行?？梢詼y得絕緣子表面的污物分布。但這種方法只測量了污物有效分量的等值量，而沒有考慮濕潤、電弧發(fā)展過程等影響。同時，測量污穢等值鹽量時，使用水量的多少，影響測定值的準(zhǔn)確度，有時可以相差幾倍。此方法簡單易行，對測量的技術(shù)要求不高，在我國電力系統(tǒng)已應(yīng)用多年?，F(xiàn)執(zhí)行的污

3、區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)就是根據(jù)等值鹽密確定的，但此參量難于實現(xiàn)實時自動化監(jiān)測。精品文檔精品文檔鹽密是一個平均的概念，時效性差。又因污物成分的不同。測量的結(jié)果可能會導(dǎo)致很大的差異。(2)表面電導(dǎo)法表面電導(dǎo)實際上是流經(jīng)污穢絕緣子的工頻電流與施加電壓之比。絕緣子電導(dǎo)是決定絕緣子性能的表面綜合狀態(tài)(污層的污穢量和濕潤度等)，所以被認為是確定污穢度的合適方法。此法反映污閃過程中積污和潮濕兩個階段。為了測量污層表面電導(dǎo)，應(yīng)在污層飽和受潮的條件下，在絕緣子上加適當(dāng)高的工頻交流電壓U,測其泄漏電流I,表面電導(dǎo)G=I/U絕緣子的污層表面電導(dǎo)率仃=fG(G=k/f,f=Jdx/nD(X)(1)這樣求得的是整體絕緣子的平均表面

4、表面電導(dǎo)率。表面電導(dǎo)法測量比較麻煩，測量的分散性也較大，同時還受污穢分布不均勻的影響。又由于絕緣子的結(jié)構(gòu)形式，金屬附件部位污層間斷等因素對表面電導(dǎo)率測量值的影響(如腳、帽的存在)，對測量電壓和作用時間都有要求。即需要容量較大、內(nèi)阻足夠小的電源來完成。因此，此方法的應(yīng)用受到一定的限制。局部表面電導(dǎo)率的測量方法，可以克服整體平均與積分表面電導(dǎo)率存在的問題。但是由于測量方法不同，測量結(jié)果也不同。這兩個參數(shù)有一定的聯(lián)系，但并不等價。(3)絕緣子閃絡(luò)梯度法絕緣子閃絡(luò)梯度是單位泄漏距離污閃電壓。即工頻污閃電壓除以絕緣子泄漏距離的總長度。此法反映污閃全部過程。污閃電壓梯度和污閃電壓的本質(zhì)是一樣的。它們是表征

5、絕緣子性能的最直接的污穢參量。測量現(xiàn)場閃絡(luò)的方法如下。安裝各種型式及不同長度的絕緣子用。采用自動重合型式斷路器，操作接通或斷開包壓電源：1)采用不同長度的絕緣子用分別和熔絲串聯(lián)與電源接連。最短絕緣子用閃絡(luò)后，利用熔絲動作，使閃絡(luò)用被辨別出來，并防止進一步的閃絡(luò)，或者使絕緣子用完全隔離開來。精品文檔精品文檔2）在不同長度的絕緣子用上增加它的長度，經(jīng)過指定時間后，可找到最小的耐受長度。為了得到比較可靠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，試驗可以重復(fù)多次。一種較快的和更滿意的方法，是設(shè)置多個各種長度的絕緣子用試品，從每種長度的閃絡(luò)百分率來估計閃絡(luò)概率。3）另一種方法是：在每用絕緣子鏈上裝熔絲，每次閃絡(luò)熔斷一根熔絲，增加一片

6、絕緣子，最終每用絕緣子將增長到耐受水平的有效長度。絕緣子閃絡(luò)梯度法的優(yōu)點是試驗真實絕緣子，并測量它們的污閃性能。但此方法費用較大，對電源設(shè)備及測量儀器的要求很高。同時，現(xiàn)場測量不容易捕捉到時機，由于自然污穢的積污水平達到臨界狀態(tài)，與引起污閃的氣象條件不可能同時發(fā)生，往往是污穢度已經(jīng)達到臨界水平，但沒有出現(xiàn)充分的潮濕的條件而測量不到臨界的污閃電壓。此法現(xiàn)場運用受設(shè)備和條件的限制，普遍使用有難度。（4）最大泄漏電流法最大泄漏電流（Ih）是指在指定的時間內(nèi)，在運行電壓作用下的絕緣子上，記錄到的最大峰值脈沖電流。一般被認為是可用于測量地區(qū)污穢程度的合適參數(shù)。假如，同一絕緣子在現(xiàn)場暴露于自然污穢中，并且

7、在運行電壓下受潮，可以記錄到最大泄漏電流Ih,對此絕緣子的地區(qū)污穢，可以用此最大泄漏電流Ih來代表。在線監(jiān)測最大泄漏電流Ih的方法與實驗室測量方法基本一致。示意圖如圖1。專用環(huán)型電流傳感器，安裝于絕緣子的接地端，即套在最后一片絕緣子的掛環(huán)處。利用人工污穢試驗方法，在指定的施加電壓U下，可以測量作為污穢度S精品文檔精品文檔函數(shù)的最大泄漏電流Ih。泄漏電流Ih的大小隨著試品的濕潤程度的增加而增加。在飽和受潮的條件下，Ih達到最大值。隨著污液的流失，Ih也會減小。試驗可得到IhS關(guān)系曲線，也可以對指定污穢度，得到Ih與施加電壓的函數(shù)。因此，采用此法便于把現(xiàn)場和實驗室測量進行比較，可以連續(xù)記錄氣象條件

8、和施加電壓對污穢絕緣子的聯(lián)合影響。它可用作統(tǒng)計基礎(chǔ)，確定地區(qū)污穢度。也可根據(jù)泄漏電流的測量，采用統(tǒng)計的方法決定污閃危險性。當(dāng)Ih增加到或超過臨界電流Ic時，就可能會發(fā)生閃絡(luò)。相應(yīng)施加的電壓值是臨界電壓Uc,臨閃前半周期泄漏電流脈沖峰值的下限Imax,被認為非常接近于Ic的理論值。所以泄漏電流的臨界值也能被試驗決定。目前，國內(nèi)普遍采用此法作為絕緣子污穢在線監(jiān)測與報警設(shè)備的基本工作原理。(5)泄漏電流脈沖記數(shù)法運行電壓下，記錄一定周期內(nèi)流經(jīng)絕緣子表面超過某一幅值的泄漏電流脈沖數(shù)，稱為泄漏電流脈沖記數(shù)法。電流脈沖頻率和幅值增加到一定程度時，絕緣子發(fā)生污穢閃絡(luò)。因此可將泄漏電流脈沖幅值和重復(fù)率的某一定

9、值作為污穢絕緣子臨界閃絡(luò)的條件。采用電子計算機技術(shù)，測量泄漏電流脈沖容易、準(zhǔn)確和可靠。還可根據(jù)要求，通過測量全電流波形來完成。如圖1,采用專用的污穢泄漏電流監(jiān)測儀，來完成對泄漏電流脈沖的記錄處理工作，分別對預(yù)先標(biāo)定的多個不同幅值的泄漏電流脈沖進行計數(shù)。此法同樣綜合反映了污閃的全部過程。根據(jù)經(jīng)驗，脈沖計數(shù)可被用于監(jiān)測污穢絕緣子的狀況和給出污閃報警信號。這對于監(jiān)督絕緣子是否需要帶電沖洗和噴涂RTV涂料較適宜。此方法經(jīng)濟、可靠，并能在正常運行條件下，對大量絕緣子提供連續(xù)監(jiān)督、分析比較以及評價的依據(jù)。因此在我國和一些其他國家地區(qū)都有應(yīng)用。(6)幾個參量的綜合評價污閃全過程包括：積污、潮濕、干帶和局部電

10、弧發(fā)展四個階段。等值鹽密法只反映了積污的一個階段。表面電導(dǎo)法反映了污閃過程中的積污和潮濕二個階段。精品文檔精品文檔泄漏電流脈沖記數(shù)法、最大電流法和絕緣子閃污梯度法都反映了閃污全過程。并能夠在污閃發(fā)生之前測定出污穢嚴重程度并給予報警。比較上述幾種方法可知，采用泄漏電流最大幅值和泄漏電流脈沖數(shù)這兩個泄漏電流特征量，來表示絕緣子污穢度的參數(shù)是較為理想的，不僅易接近絕緣子污穢實況，而且可實現(xiàn)在線監(jiān)測與報警。（二）污穢度的報警（1）污穢絕緣子的泄漏電流預(yù)警參量前面已經(jīng)指出Ih、N及Im在表征污閃過程方面的作用；Ih增大表示絕緣子表面污穢加重；N出現(xiàn)表示有干帶電弧發(fā)生，同時也預(yù)示絕子表面污層的電阻降到引起

11、干帶和電弧的數(shù)值；高幅俏電流脈沖增加預(yù)示閃絡(luò)即將到來。Imin為確定高幅值電流脈沖計數(shù)門坎提供了一個參考值。由此，對絕緣子的污穢報警應(yīng)由絕緣子表面的污穢程度報警，和絕緣子的耐污能力報警這二部部分組成。（2）污穢度報警利用運行電壓下的最大泄漏電流（Ih）帶寬作為一個對污穢程度的報警區(qū)，設(shè)定帶寬的下限為門坎，根據(jù)三種不同的ESDD分為三個門坎，表示三個不同的污穢程度擋。第一個門坎下的范圍為安全區(qū)，帶寬內(nèi)為預(yù)警區(qū)，帶寬上限的部分為嚴重區(qū)。以鹽密為0.05時泄漏電流（Ih）值的下限為基點（0.05級區(qū)），泄漏電流（Ih）值達到和超過這一擋的上限值時，即進入了鹽密為0.1的污穢程度區(qū)（0.1級區(qū)）。當(dāng)泄

12、漏電流（Ih）值達到和超過中擋的上限值時，即進入了鹽密為0.2的污穢程度區(qū)（0.2級區(qū)）。若泄漏電流（Ih）值達到和超過高擋的上限值時，即進入了嚴重危險區(qū)。一旦被監(jiān)測的泄漏電流（Ih）幅值大于設(shè)定的幾個門坎值時，即對絕緣子提出不同污穢狀況的報警。（3）絕緣子耐污能力的報警絕緣子耐污能力的測試，主要表現(xiàn)泄漏電流脈沖是否足夠大，和污層電阻是否足夠低。也就是說假如污穢一定的情況下，周圍及大氣環(huán)境是否持續(xù)惡劣，即是否長時間的濕潤。能否將泄漏電流脈沖放電轉(zhuǎn)變成電弧，電弧維持然繞和逐步精品文檔精品文檔發(fā)展的條件是否具備。幅值超過一定值的脈沖數(shù)，可以作為指示絕緣子閃絡(luò)與否的條件。由此可確定污穢絕緣子，污穢報

13、警條件的判斷標(biāo)準(zhǔn)。影響絕緣子閃絡(luò)的其他因素的任何改變，都會通過絕緣子泄漏電流特征量的變化清楚地反映出來。當(dāng)泄漏電流脈沖數(shù)超過一定值，且重復(fù)率達到一定水平，即是污穢絕緣子臨近閃絡(luò)的條件。過去，鹽密的測量僅停留在對絕緣子污穢定型的分析上，現(xiàn)在對絕緣子污穢泄漏電流的測量，就可以對絕緣子的污穢進行量化分析。因此，對于掌握地區(qū)污穢度的變化，只需在現(xiàn)場長期地監(jiān)測運行中絕緣子表面的泄漏電流的特征量，同步跟蹤周圍環(huán)境參量，以及與泄漏電流相關(guān)的其他參量的變化。如所處地的環(huán)境溫度、大氣濕度、運行電壓幅值、頻率等。它們將幫助技術(shù)人員更好地分析獲得Ih及Nn信息。建立起天然污穢絕緣子泄漏電流數(shù)據(jù)庫，也就能及時掌握運行

14、中絕緣子的污穢狀況。(三)絕緣子表面泄漏電流測量(1)傳感器現(xiàn)場安裝利用流經(jīng)絕緣子表面的泄漏電流作為監(jiān)測對象，采用全屏蔽式電流傳感器取樣。對于直流，用取樣電阻獲取泄漏電流信號。被監(jiān)測的信號經(jīng)隔離、濾波、放大后，送入A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換至計算機同一分析、判斷、歸檔處理。圖4-71為傳感器現(xiàn)場安裝示意圖。圖2傳感器現(xiàn)場安裝示意圖精品文檔精品文檔（2）污穢泄漏電流的取樣1）交流污穢泄漏電流的取樣。交流傳感器是一個特制的環(huán)形線圈，它被安裝在運行現(xiàn)場懸式絕緣子最后一片（接地端）的掛環(huán)處。也可以安裝于柱式絕緣子的接地引下線上（見圖2）o視被監(jiān)測設(shè)備而定，它僅對沿絕緣用表面流過的泄漏電流敏感。為了方便現(xiàn)場取樣安裝

15、，取樣傳感器也可采用環(huán)形開口線圈，像鉗形電流表取樣端一樣。但是采用這種開口傳感器長期用于現(xiàn)場運行，抗干擾與密封問題還有待進一步解決。2）直流污穢泄漏電流的取樣。直流污穢泄漏電流的取樣，也可以采用交流式電流傳感器取樣。但存在一定的問題。直流傳感器原理較復(fù)雜，要進行補償，且信號容易失真。優(yōu)點是磁隔離、簡單、比較安全。另一種可行的取樣方式是采用電阻取樣。即采用一個具有過電壓自動保護的取樣箱獲取信號。這個取樣箱安裝于設(shè)備橫擔(dān)上，或固定在水泥柱上。取樣箱內(nèi)的取樣電阻要求功率足夠大，后一級一定要采取隔離保護措施。取樣時，一般情況下采取短路一片絕緣子比較方便。如條件不允許時，可在絕緣子表面上貼一圈金屬環(huán)，或

16、者在鋼帽處增加絕緣來完成。直流取樣箱安裝接線示意圖如圖3所示。信號線取士圖3直流取祥箱的安裝圖監(jiān)測柱式絕緣子時，用一軟銅線箍在最后一片瓷裙下瓷柱的部分（不能與法蘭相碰），其引出線與取樣箱的一端相連。將取樣箱安裝于設(shè)備構(gòu)架或固定在水泥柱上。監(jiān)測懸式絕緣子時，用一個銅環(huán)貼在瓷瓶上，污穢電流信號從環(huán)上引到取樣精品文檔精品文檔箱中。（3）信號的處理污穢泄漏電流是一個過零的尖脈沖。為了不使信號失真，對傳感器的頻響和線性度是有要求的。A/D采用的頻率，要保證每個通道信號波形不失真為宜。（四）模糊報警模型的建立在以往的在線監(jiān)測系統(tǒng)中,一般都采用恒值報警模型。所謂恒值報警,是指系統(tǒng)設(shè)定一個泄漏電流限值，若現(xiàn)場

17、測得的泄漏電流值超過該限值，系統(tǒng)發(fā)出污穢報警?？稍趯嶋H中，泄漏電流的大小除了與污穢程度有關(guān)外，同時還受到其它因素的影響。為了防止漏報，恒值報警中只能將監(jiān)測系統(tǒng)報警門限電流值定義得較低,采用較低的報警門限值導(dǎo)致了系統(tǒng)頻繁誤報警，降低了系統(tǒng)的可靠性。由上面分析可知，恒值報警無法提高報警的可靠性,究其原因是恒值報警采用了線性報警模型，而實際的量并非線性關(guān)系，因此要想可靠報警，必須研究電參數(shù)（電暈脈沖電流和泄漏電流）、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度與污穢度之間的非線性關(guān)系，進行報警。如果我們能找到一種恰當(dāng)?shù)姆绞?，來描述污穢程度與電參數(shù)之間的非線性關(guān)系，并通過這種關(guān)系實現(xiàn)系統(tǒng)的報警輸出，即提出一種非線性的報警模型，

18、那么系統(tǒng)報警的可靠性將得到有效地改善。利用由現(xiàn)有專家經(jīng)驗以及根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出的推理規(guī)則建立的規(guī)則庫，來描述非線性關(guān)系。模糊邏輯方法具有多因素綜合分析的特點，因而適合于對受多種因素影響的具有不確定性結(jié)論的事物或現(xiàn)象做出總的評價。反映高電壓下運行的絕緣子污穢狀況的參數(shù)如泄漏電流、電暈電流脈沖量等都是帶有極大模糊特征的量，運用模糊邏輯方法對其進行分析是一種非常有效的手段。a模糊推理環(huán)節(jié)：只考慮電參數(shù)對絕緣子污穢程度的反映，即由電參數(shù)推理出處于不同污穢程度的隸屬度，暫不考慮環(huán)境因素的影響；b模糊評判環(huán)節(jié)：根據(jù)測得的絕緣子電參數(shù)推理得到目前絕緣子處于不同污穢程度的隸屬度；c模糊校正環(huán)節(jié)：在某些tf況下，

19、環(huán)境的影響不容忽視，本環(huán)節(jié)就是對前面得精品文檔精品文檔出的絕緣子污穢程度進行校正。采用模糊報警模型的實用性及優(yōu)越性?？梢詫崿F(xiàn)包值報警模型的功能?？梢詼p小漏報幾率，防止了環(huán)境濕度突然增大時，污閃事故的發(fā)生，有效地降低漏報幾率。目前，模糊報警模型僅僅處于驗證階段，其中各輸入量的模糊化過程、制定的合理性還有待進一步的改進。（五）.基于遙測技術(shù)的輸電線路絕緣子污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)5.1泄漏電流監(jiān)測原理目前，測量絕緣子表面污穢程度的方法有等值附鹽密度法、測量污層電導(dǎo)率法和測量污穢絕緣子表面泄漏電流法。其中，泄漏電流是指運行電壓作用下受污表面受潮后流過絕緣子表面的電流，是運行電壓、氣候（大氣壓力、溫度、濕度等

20、）、污穢三要素綜合作用的結(jié)果，是動態(tài)參數(shù)，適宜于在線監(jiān)測。因此，在本系統(tǒng)中采用測量泄漏電流來估計污穢絕緣子的運行狀態(tài)。圖1所示曲線為自然污穢絕緣子交流閃絡(luò)過程的典型示波圖（升壓法），從運行中對污穢絕緣的監(jiān)視和預(yù)報角度出發(fā)，可將其分成3部分。如果以閃絡(luò)電壓為基準(zhǔn)的標(biāo)么值表示，A點和B點的電壓標(biāo)么值分別為0.5和0.9,A點之前稱為非預(yù)報區(qū)，A點與B點之間稱為預(yù)報區(qū)，B點之后至閃絡(luò)為危險區(qū)。圖1自然污穢絕繚于交流閃堵過程的典型示波圖精品文檔精品文檔從圖1可以看出，自然污穢絕緣子泄漏電流的特點是出現(xiàn)在預(yù)報區(qū)的泄漏電流呈不穩(wěn)定狀態(tài)，常以脈沖群出現(xiàn)，并伴有局部的電弧形成和熄滅，預(yù)報區(qū)的泄漏電流脈沖群幅值大多為幾十毫安至幾百