绝缘子污秽状态在线监测的探讨与分析

池荣辉

摘 要：文章介绍绝缘子污秽闪络形成、发展过程，提出了一种基于绝缘子泄漏电流监测的绝缘子污秽状态在线监测系统，分析了绝缘子污秽状态与泄露电流有效值与波形间的关系，为及时发现污秽绝缘子提供可靠的预警。

关键词：绝缘子；泄漏电流；污秽；在线监测；闪络

中图书分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）32-0041-02

绝缘子作为电力系统极为常见的设备，在日常电力生产中发挥着极为重要的作用，这些年来，环境污染越来越严重，绝缘子污秽闪络事故污闪时有发生，严重时成为局部电网的安全隐患，因此，及时发现污秽绝缘子消除缺陷对电网安全起着极大的作用。在众多绝缘子故障类型中，污秽闪络事故是发生最为频繁且造成后果也较为严重的。而绝缘子的泄漏电流能够较为准确反应绝缘子污秽严重程度，本文主要探讨基于泄露电流监测的绝缘子污秽状态在线监测系统。

1 绝缘子污闪原理

由于空气中的粉尘较多，绝缘子表面上的污秽物不断沉积。当遇到较为湿润天气时，污秽物吸收空气中的水分，污秽物中的电解质溶解并电离，使绝缘子表层污秽物电阻降低，绝缘子表面的泄漏电流随之变大，泄漏电流流经产污秽物将产生的热量，使得绝缘子表层污秽物温度升高，在泄漏电流密度较大的地方形成干燥带。绝缘子表面干燥带相对于湿润地方承担着更多的电压。这也使得干燥带的电场长度增大，当电场强度足够大时并会产生辉光放电，可能逐步转变为局部电弧。局部电弧大部分时候会熄灭，但也可能进一步发展。随着绝缘子表面污秽程度不断增加，泄漏电流也将随之增大，局部电弧就会不断向另一极发展直到贯穿绝缘子两极，造成绝缘子的闪络。

2 表征绝缘子污秽程度的特征参数

绝缘子串表面状态主要是由其特性参数来表征的，以下介绍几种表征绝缘子的特性参数。

2.1 等值盐密度

2.2 表面污层的电导率

污秽绝缘子表面单位面积的电导称之为表面污层电导率。与等值盐密度相比它无须将污物清洗下来再进行检测。表面污层电导率是在绝缘子是施放较低电压下测出的，无法全面反映在全电压运行条件下的情况。

2.3 泄漏电流

流过绝缘子表面污层的电流称为绝缘子泄漏电流，它是个动态参数，受运行电压、环境气候、污秽程度等因素影响。污秽越严重、运行电压越大，泄漏电流越大。

在以上三种特征参数中，只有泄漏电流更能反映污秽绝缘子在运行状态下的实际情况，并且该参数也较为容易获取，我们的绝缘子污秽状态在线监测系统也正是基于绝缘子泄露电流设计的。

3 绝缘子泄漏电流在线监测系统的设计方案

污秽绝缘子表面局部放电的强度决定了泄漏电流幅值的大小、泄漏电流的脉冲数目、泄漏电流波形的畸变程度，他们之间有着良好地正相关关系。图1为该系统的设计方案。

首先通过传感器测量出泄漏电流和环境参数，传感器输出的信号经调理电路元采集和处理除去除噪声和干扰外后，并经A/D进行模数转换后送入微机进行数据处理，经专家系统诊断后，如发现绝缘子有任何异常，可以即时发出报警信号，并经通信装置将绝缘子位置信号及异常信息发往集控站或调控中心。

3.1 泄漏电流的采集

为了采集绝缘子串表面泄漏电流，减少外部干扰的影响，利用泄漏电流沿面形成的原理，考虑在地端最后一片瓷上安装一开口式泄漏电流收集环。集流环通过双层屏蔽电缆引出信号，与地之间串一个检测电阻采集信号。

泄漏电流大小在不同环境下测得的泄漏电流相差大几十甚至上百倍，主要因为空气潮湿时污层电导增大，从而导致泄漏电流大大仅增加，也就是说我们所采取的测量设备要能够在如此大的范围内进行测量，对于采集信号的放大我们要采取灵活的措施，使得无论多大的电流信号都能得到准确地测量与表达。

3.2 泄漏电流信号处理

采样出来的泄漏电流首先要经过滤波放大，经二次隔离后进行A/D转换。绝缘子泄漏电流变化区间很大，因此需要对输入的信号进行调整及放大，调整输入模拟信号的幅值到A/D转换器的输入电压范围内，以取得较高的采样精度。

3.3 专家诊断系统

污秽绝缘子的表面发生的局部放电产生的泄漏电流脉冲往往以集群的方式出现，而绝缘子表面污秽程度同脉冲群之间的时间间隔有着他们之间有着良好地反相关关系，即绝缘子表面污秽越严重，脉冲群之间时间间隔越短。因此我们的专家系统可以根据泄漏电流有效值大小及波形特性作为诊断依据。

3.3.1 污闪过程中泄露电流有效值特性

一般将绝缘子整个污秽闪络的全部过程划分为四个区间，即：安全区、预报区、危险区、闪络区。正常在在安全区时，绝缘子泄漏电流很小，无放电现象；当将要进入预报区时，泄漏电流明显增大，并伴有较为微弱的电晕声，同时会出现放电现象；预报区内泄漏电流很大，一般在50 mA以上，而且电晕声越来越大，并出现小火花；快进入危险区时将出现小电弧；进入危险区后泄露电流迅速增大，电弧逐渐密集，同时有较大的放电声音；污闪发生时，电弧贯穿绝缘子表面，污闪过后，泄露电流急剧下降，整个过程如图2、图3所示。

泄漏电流有效值同污秽状态有着极大地相关关系，长期运行及试验分析表明当泄露电流有效值在50 mA以下时，此时绝缘子处于安全区；当泄漏电流增大到50～150 mA区间时，绝缘子处于预报区；当增大到150 mA以上时，绝缘子进入危险区域。专家系统可以根据泄漏电流有效值及时发出预警。

3.3.2 污闪过程中泄露电流波形特性

试验分析绝缘子泄露电流不同阶段波形特性，发现处于安全区时，波形基本上为周期正弦波，随着泄漏电流变大逐渐畸变为三角波；当处于预报区时，泄漏电流的波形中出现大量高频率脉冲，且波形逐渐无明显周期特性；危险区泄漏电流波形峰值急剧增大，并重新恢复为正弦波，但波形不均匀。不同阶段波形如图4、图5、图6所示。

通过对泄漏电流波形分析我们可以发现其与绝缘子污秽状态有着极大地相关关系，这也为绝缘子污秽程度提供了极有价值的参量，结合泄漏电流有效值数据和泄漏电流波形数据，我们对绝缘子污秽状态诊断将更为可靠，这也为绝缘子污秽状态预警提供了极为有效地指导，便于工作人员即时的发现存在隐患的绝缘子。

4 结 语

智能电网作为电网的发展方向，它为设备在线监测系统的发展提供了广阔的平台，而绝缘子污秽状态在线监测也将提高电网的智能化，同时为绝缘子状态检修提供了极为可靠的依据，能够及时发现绝缘子存在的隐患，降低设备停电时间和设备停电率，极大地提高劳动生产率和供电可靠性。

参考文献：

[1] 赵子玉，彭宗仁，谢恒.悬式绝缘子污层电导率与泄漏电流的现场测试技术研究[J].电工技术学报，1997，（3）.

[2] 黄超锋，张仁豫.绝缘子污闪性能与污秽度表示方法的关系[J].电瓷避雷器，1992，（2）.