楊哲　鐘宏宇　高陽等

3.國家電網(wǎng)公司遼寧沈陽供電公司 ,沈陽 110000）

摘要：合成絕緣子的電壓分布非線性程度大，傘裙間隔小，這給合成絕緣子的缺陷檢測帶來了困難。研究了基于電量式的合成絕緣子內(nèi)缺陷帶電檢測技術(shù)，對紫外脈沖法、超聲波檢測法和電場法原理做了詳細(xì)地闡述；研究了基于接觸式和非接觸式的合成絕緣子內(nèi)缺陷帶電檢測技術(shù)，并對非接觸式做了綜合對照表；研究了基于線式的合成絕緣子內(nèi)缺陷帶電檢測技術(shù)，并繪制了紅外熱像儀工作原理圖；對絕緣子內(nèi)缺陷帶電檢測技術(shù)做了技術(shù)展望，這使得我國未來的絕緣子內(nèi)缺陷檢測工程實踐值得深思和借鑒。

關(guān)鍵詞：合成絕緣子；帶電檢測；污閃；紫外脈沖；超聲波檢測；電場法

0引言

合成絕緣子由于其特殊的電磁場和自然環(huán)境影響，需要定期地排查和檢修。目前對合成絕緣子的帶電檢測的主要手段是外觀檢查和采用噴水方法對絕緣子的憎水性進(jìn)行分級。而絕大數(shù)合成絕緣子工作在高空高壓環(huán)境下，如何行之有效地且簡單實用地檢測電力系統(tǒng)中合成絕緣子的魯棒性，已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)者共同研究的一項重要課題[1-3]。

近年來，絕緣子帶電檢測的技術(shù)發(fā)展速度很快，特別是以有機(jī)材料構(gòu)成的合成絕緣子問世以來，因其突出的耐污性能以及重量輕、易維護(hù)、性價比高等一系列優(yōu)點，獲得迅速發(fā)展。由于受到各種氣象災(zāi)害和年限的影響，隱藏在合成絕緣子內(nèi)部的缺陷卻不容易發(fā)現(xiàn)[4-5]，所以為了及時地檢測出合成絕緣子的內(nèi)部缺陷，防止線路事故帶來的不便，對合成絕緣子進(jìn)行運(yùn)行中的帶電檢測具有重要的實際意義。

1合成絕緣子內(nèi)缺陷帶電檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀

合成絕緣子內(nèi)缺陷帶電檢測技術(shù)的分類框圖如圖1所示。下面我們分別做具體分析。

1.1基于電量式的合成絕緣子內(nèi)缺陷帶電檢測技術(shù)

基于電量式的合成絕緣子內(nèi)缺陷帶電檢測技術(shù)，可分為非電量檢測和電量檢測。

非電量檢測主要包括紫外脈沖法、爬波法、目測法等；電量主要包括電場法、脈沖電流法、分布電壓法等。目前比較流行且簡單實用的主要有紫外脈沖法、超聲波檢測法和電場法。

1.1.1紫外脈沖法

高壓電氣設(shè)備電暈放電時，放電光譜和外加電壓是有關(guān)系的。電場周圍的場強(qiáng)不均勻會導(dǎo)致電壓的分布不均勻，這會演變成絕緣子表面的局部放電，這種現(xiàn)象可以用尖-板放電物理模型來模擬。不同外加電壓下尖-板放電的電暈光譜如圖2所示。

由圖2可知，電暈放電的光譜包括近紫外（100-400nm）、可見光(?400～760nm)、紅外(770 -1mm)3個譜段，既有連續(xù)譜，也有譜帶和分離譜線，這表示電暈放電的光譜由分子光譜、原子和離子的發(fā)射光譜組成。由圖2可知，當(dāng)外加電壓從4.3KV過渡到5KV時，光譜中的紫外脈沖信號有了大幅度增長。有關(guān)文獻(xiàn)表明紅外光譜正好與紫外光相反，而可見光一般對電壓變化不敏感。這恰好說明了紫外脈沖可以表征電壓大小和放電強(qiáng)弱，因此，紫外光脈沖信號可作為檢測高壓設(shè)備的放電問題的依據(jù)。

紫外光的波長在100-400nm 范圍內(nèi)，由圖2可知，典型的電暈放電光譜波段主要集中300-400nm的紫外線區(qū)域，還有有小部分波長在230—280nm。紫外線是太陽光中的一部分，但臭氧能夠吸收波長小于280nm的光波，所以能通過大氣傳輸?shù)闹挥?80nm一400nm的紫外光信號能夠穿透大氣層，由于小于280nm的光波會被濾掉，所以我們把它稱為“日盲區(qū)”。如果紫外光檢測系統(tǒng)的信號光路選擇在日盲紫外波段對電暈放電進(jìn)行探測，發(fā)出警告信號，可以得到比較理想的探測效果，即可以為合成絕緣子內(nèi)部缺陷帶電檢測提供依據(jù)。

1.1.2超聲波測量法—爬波法

不良絕緣子發(fā)生局部放電時，在放電處產(chǎn)生聲波和超聲波，向四周傳播，故可以利用超聲波傳感器測量不良絕緣子所發(fā)出的超聲波，根據(jù)超聲波的強(qiáng)弱來判定不良絕緣子。其原理圖如圖3所示。

超聲波測量法根據(jù)探傷采用的波形可分為縱波法、橫波法、爬波法(小角度探傷)等，而爬坡法則是一種很成熟且很典型的超聲波檢測法，其機(jī)械原理如圖4-圖6所示。

利用標(biāo)準(zhǔn)樣塊上的人工缺陷作為探傷準(zhǔn)則，利用探傷儀做出距離一波幅（DAC）曲線，如圖7所示。如果超聲波以8～150的角度射入絕緣子內(nèi)部，探測時以反射波高于或低于DAC曲線為標(biāo)準(zhǔn)。如果高于DAC曲線，則視為是缺陷；如果低于DAC曲線，則視為合格。

1.1.3電場法

電場法通過檢測沿絕緣子串軸線方向的電場分布，并與正常電場分布比較來檢測零值絕緣子。該法不需要儀器與絕緣子接觸，可直接根據(jù)電場做判斷。

電場法可以檢測到隱蔽的內(nèi)部缺陷和外絕緣水平下降的故障，可以判斷缺陷的嚴(yán)重程度、便于開展復(fù)合絕緣子狀態(tài)檢修。有文獻(xiàn)表明，無論是交流或是直流，沿良好潔凈的絕緣子串的軸向分布電場的曲線都是光滑的，呈現(xiàn)出一種規(guī)律：靠近高壓金具端的場強(qiáng)最高，隨著向接地端移動場強(qiáng)迅速降低，在接近接地金具端又有所提高；當(dāng)絕緣子串中存在零值絕緣子或絕緣子中有內(nèi)絕緣導(dǎo)通性故障時，該處的電位分布變?yōu)橐怀?shù)，由于電場是電勢對絕緣材料距離的微分(E=-△Φ)，因此相應(yīng)位置處的電場強(qiáng)度會突然降低，從而整個電場分布曲線不再光滑。絕緣子串的電場分布曲線示意圖如圖8所示。

由圖8可知，當(dāng)直流絕緣子串中存在內(nèi)部導(dǎo)通性故障或零值絕緣子時，直流電壓產(chǎn)生的電場和諧波電壓產(chǎn)生的電場都會在故障處發(fā)生畸變。在理論上講，通過測量直流絕緣子的直流電場分布或諧波電場分布可對直流絕緣子的內(nèi)缺陷進(jìn)行帶電檢測。

1.2基于接觸式的合成絕緣子內(nèi)缺陷帶電檢測技術(shù)

基于接觸式方法可分為非接觸檢測和接觸檢測。

非接觸式檢測法主要包括超聲波檢測法、激光多普勒振動法、紅外測溫法、電暈攝像機(jī)法及無線電波檢測法等。接觸式檢測法按工作原理主要有電場法、憎水性檢測方法及泄漏電流檢測法等。endprint

電場法已在1.1節(jié)中做過介紹。這里不再闡述。

憎水性檢測方法：目前對絕緣子憎水性檢測的主要方法有靜態(tài)接觸角法（CA法）、動態(tài)接觸角法、噴水分級法（HC法）、動態(tài)滴水法等。

其中噴水分級法最早由瑞典輸電研究所（STRI）提出，采用HC等級表征憎水性狀態(tài)，其中HC1~HC3為憎水性狀態(tài)，HC4為中間過渡狀態(tài)，HC5~HC7為親水狀態(tài)。試驗中，用普通噴壺對試品表面噴灑水霧，觀察水分在試品表面的分布情況，對比分級判據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)圖片，得出絕緣子表面的憎水性狀況，從而可以判斷絕緣子絕緣性能。但此法的缺點在于對人的主觀判斷比較依賴。

泄漏電流測量法：對于絕緣良好的絕緣物，其泄漏電流與外加直流電壓應(yīng)是線性關(guān)系，當(dāng)絕緣全部或局部有缺陷或者受潮時，泄漏電流將急劇增加，其伏安特性也就不再呈直線了。因此，通過試驗可以檢出被試物有無絕緣或受潮，特別是在發(fā)現(xiàn)絕緣的內(nèi)部缺陷方面，此項試驗更有其特殊意義。

1.3基于線式的合成絕緣子內(nèi)缺陷帶電檢測技術(shù)

基于線式的合成絕緣子內(nèi)缺陷帶電檢測技術(shù)可分為在線檢測和離線檢測，目前國內(nèi)更普遍的還是在線檢測技術(shù)。在線檢測技術(shù)主要包括絕緣子電壓分布在線監(jiān)測、光電檢測桿法、聲脈沖檢測法、電暈脈沖式檢測法、紅外熱像儀檢測法和激光震動檢測法。紅外熱像儀檢測法是在線檢測技術(shù)的代表，最為常用，其工作原理如如圖9所示。

2技術(shù)展望

當(dāng)今的絕緣子內(nèi)缺陷帶電檢測技術(shù)正在以結(jié)合Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)，以實現(xiàn)實時傳輸測量絕緣子不同地方的電場值的方向發(fā)展，這樣便解決了先測量后查看測量結(jié)果的弊端，可以邊測量邊生成電場曲線，極大地提高了絕緣子帶電檢測儀的效率。

2.1新型電場測量探頭

研究空間電場測量技術(shù)、高頻電磁屏蔽技術(shù)，懸浮導(dǎo)體放電機(jī)理和預(yù)防措施，選用絕緣材料設(shè)計電場測量探頭與托架之間的連接柄，開發(fā)更加適合現(xiàn)場使用的、簡單靈活、抗強(qiáng)場及抗電暈性能更好的電場測量技術(shù)。

2.2探頭檢測靈敏度

利用該電場測量技術(shù)，在實驗室中研究檢測方位、均壓環(huán)、絕緣子外型、大氣濕度和污穢等因素對檢測靈敏度的影響規(guī)律。

2.3標(biāo)定電場探頭

研究計算各種懸掛角度下絕緣子周圍的縱向電場分布，研究電場測量探頭的測量數(shù)值與實際數(shù)值的偏差，從而標(biāo)定電場探頭，給出絕緣子周圍電場分布的真實數(shù)值。結(jié)合當(dāng)前最新的無線組網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時傳輸，提高檢測精度。

3結(jié)論

（1）在1.1節(jié)中，電場法應(yīng)用于絕緣子內(nèi)缺陷帶電檢測比較成熟，紫外脈沖法實施過程簡單，但誤差較大，爬坡法目前只應(yīng)用在外缺陷中，對內(nèi)缺陷的檢測，國內(nèi)學(xué)者還未做出響應(yīng)。

（2）在1.2節(jié)中，接觸式實施繁冗，但檢測精度高，非接觸式實施容易，但檢測效果不佳。

（3）在1.3中，紅外熱像儀檢測法在線檢測技術(shù)中因其良好的魯棒性和準(zhǔn)確性，被廣泛應(yīng)用。

隨著Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)的不斷革新，絕緣子內(nèi)缺陷帶電檢測技術(shù)正以結(jié)合Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)的方向發(fā)展，以實現(xiàn)實時傳輸測量絕緣子不同地方的電場值，這將會成為未來我國絕緣子內(nèi)缺陷帶電檢測技術(shù)的重要課題。

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