基于光传感器的架空线路绝缘子盐密在线监测系统研究

何世龙

安庆供电公司运维检修部，安徽安庆，246200

电气设备污闪事故在全国电网时有发生，特别是2001年初，全国电网发生了大面积的污闪,给电力生产造成了巨大损失[1]，给电力企业的形象带来严重影响。预防、减少污闪事故的发生，对于电网安全可靠运行具有十分重要的意义。

目前，国内外一般采用的绝缘子表面污秽物测量方法除了传统的等值盐密法[2]外，对盐密的监测还有以下方法：(1)污层电导率法[3]，其优点是电导率直接与污闪电压有关系，能综合反映污层的污秽，但测量较为复杂；(2)泄漏电流污秽度检测方法[4]，由于泄漏电流的大小不仅和污秽程度有关，而且和绝缘子的受潮程度有关，仅适用于潮湿多雨的地区。

1 技术原理

当光传感器上无污染时，由光波导中的基模和高次模共同传输光的能量，其中绝大部分光能在光波导的芯中传输，但有少部分光能沿芯包界面的包层传输，光波传输过程中，光的损耗很小；当光传感器上有污染时，由于污染物改变了高次模及基模的传输条件，同时污染粒子对光能的吸收和散射等产生光能损耗。通过检测光能参数可计算出传感器表面污秽多少。由于传感器与绝缘子处于相同环境，因此，通过计算可得出绝缘子表面的污秽度。

该系统主要由数据监测终端和数据监测中心两部分组成(图1)。数据监测终端安装在送电线路杆(塔)或变电站绝缘子附近，完成对现场污秽物(盐密)以及微气象数据的实时监测；监测数据通过GSM无线网络以短信方式向监测中心发送。数据监测中心完成对监测数据的转换和处理，系统结构示意图如下图2所示。

图1 系统原理图

2 系统组成

根据历年运行工作经验，安庆供电公司考虑污秽比较严重或具有特殊污染源的地方，在输电运检工区建立1套系统主站，将3台监测单元分别安放在110 kV枞水493线57号杆塔、220 kV龙安2845线32号杆塔以及500 kV都山5392线206号杆塔上进行实施。

2.1 盐密监测终端

盐密监测终端由太阳能电源板、检测终端机箱、检测终端上盖板、光传感器、温湿度传感器、通信天线5个部分构成。

(1)太阳能电源板。采用蓄电池和太阳能混合电源，设计选择聚合物锂电池(12 V，12 Ah)和单晶硅的太阳能电池片，充放电次数在800次以上，寿命在5年以上。

(2)检测终端机箱。机箱采用合理工艺设计，为电气设备提供了抗电磁干扰保护，并且保证设备在野外恶劣环境下能正常工作。机箱主要用于放置电路控制模块以及蓄电池等组件。

(3)检测终端上盖板。上盖板的形状模拟绝缘子外形，使得在实际使用过程中能产生与绝缘子相似的积污环境，以达到等效积污的目的。

图2 系统总体结构示意图

(4)光传感器和温湿度传感器。光传感器置于检测终端上盖板的下部，用于检测光能参数的变化，温湿度传感器置于机箱的底部，用于检测周围环境的温度和相对湿度。

(5)通信天线。通信天线置于机箱底部，实现GSM网络通信。

2.2 数据通信

GSM网络在高压线周围具有很强的抗电磁干扰特性。利用GSM网络的短信功能，中央数据采集控制单元存储满一条短信时将数据主动上送，降低了系统的运行费用。同时，系统还将分析系统发出的请求数据实时、准确地发送到数据采集终端。

2.3 监测中心

监测中心由硬件结构和软件系统构成。其中，硬件结构包括信息收发模块和主机(计算服务器)及部分辅助设施(UPS电源、打印机等)，分别具有接受所控制的监测终端发回的监测信息及对数据的存储、计算、分析等功能。

软件分析系统是本设备的重要组成模块，包括数据导出、基础曲线、盐密曲线、基础数据、盐密数据、参数设置和发送指令。

3 技术关键与创新点

本文研制的基于光传感器测量盐密系统，其关键技术是数据的准确性、系统的稳定性、数据处理的稳定性等方面，本文以此为出发点，从软、硬件两个方面进行技术创新，使得该系统在运行和维护等方面具有准确性和可靠性。

(1)光传感器测量盐密的准确性。通过多次试验对比，该在线盐密监测系统测量结果与实际试验结果误差在4%以内，满足测量精度要求。

(2)光传感器测量系统的稳定性。传统的光传感器存在光源稳定性差及光电器件零漂等不足，且大多不能在室外工作。为保证本系统的光传感器在野外恶劣电磁环境下的稳定运行，系统在硬件设计上采用了几何尺寸均匀、折射率分布满足要求的高纯度石英玻璃棒作为传感器芯。

(3)数据传输、接收及存储的稳定性。本系统采用GSM通信网络进行数据通讯，具有很强的抗电磁干扰特性，利用监测终端和监测中心的双重数据存储备份功能，可以在主机断电3个月内自动保存数据。

(4)基于Web GIS的后台管理软件。系统采用B/S架构模式，以功能强大且安装维护方便的Web GIS平台为基础，采用PostgreSQL空间数据库系统、微软ASP.NET动态网页技术和Ajax网页无刷新技术，通过动态图表和实时图像等多类型的用户体验方式，展示盐密数据，并进行分析。

4 系统测试及结论

安庆供电公司组织相关负责人进行现场安装、测试和试运行，并从以下三个关键指标进行跟踪分析，结果如下：

(1)系统数据传输、接收的稳定性。从2009年12月至2010年11月，数据库所存储的接收数据完整、有效，无异常、丢失现象。

(2)系统电磁的兼容性。2010年11月29日，通过武高所电磁兼容监测，满足试验等级的抗扰度要求，性能评价为A。

(3)系统数据的准确性。2010年3月20日、6月16日、9月21日、12月3日，分别测量绝缘子饱和盐密值，并与本文所研制的系统监测数据进行对比，结果证明，本系统测量结果与实际结果的误差在4%以内，满足测量精度要求。

近一年的试运行结果表明，该系统使用工况良好，设备运行稳定，监控中心显示的盐密值符合本地区的现场污染实际情况，解决了以往在线路防污闪工作中存在的问题，具有较强的推广应用价值。

[1]辽宁、华北和河南电网大面积污闪事故调查报告[R]．北京: 国家电力公司发输电部，2001

[2]霍万龙．绝缘子污秽等级测量方法选择[J]．东北电力技术，2002( 3) : 23-25

[3]宋云海．基于表面电导的绝缘子积污在线监测系统[D]．广州: 华南理工大学电力学院，2011: 26-32

[4]江秀臣，安玲，韩振东，等．值盐密现场测量方法的研究[J]．中国机电工程学报，2000，20( 4) : 40-43