光传感器检测绝缘子盐密法在青海电网应用前景探讨

吴杨石千/.国网宁夏电力公司电力科学研究院；.国网青海省电力公司调控中心

光传感器检测绝缘子盐密法在青海电网应用前景探讨

吴杨1石千2/1.国网宁夏电力公司电力科学研究院；2.国网青海省电力公司调控中心

本文通过对传统的较输变电设备绝缘子污秽特性检测方法优缺点的比较分析，提出了一种更适合青海电网特点及当前输变电设备管理模式的光传感器检测绝缘子盐密法，并对该方法在青海电网的应用前景进行了论述，对该方法的推广应用及相关工作的开展具有很好的参考价值。

超高压输电线路；污秽特性；盐密

引言：输变电设备外绝缘水平理论上与电压等级相匹配即可，但由于受环境因素影响，输变电设备外绝缘配置需综合考虑电压等级、设备所处区域污秽等级以及海拔高度等因素，而输变电设备外绝缘状况是输变电线路安全运行的重要参数。输变电设备外绝缘表面所积污秽物质的化学成分是影响绝缘耐受能力的关键，通常以盐密大小来定量描述。因此，快速而准确测量输变电设备绝缘子盐密对提升输变电设备安全运行水平具有重要意义。

目前绝缘子盐密测量主要使用等值盐密法与泄漏电流法[1]，但这两种测量方法操作复杂，测量周期较长，无法及时掌握输变电设备绝缘子污秽情况。随着设备外部运行环境的变化，因检测、防范不及时，输变电设备污闪时有发生，传统绝缘子污秽测量方法局限性越发突出，已不适应青海电网特点，更不符合“大检修”工作要求，急需一种全新的绝缘子盐密测量方法。

一、绝缘子污秽情况概述

1.绝缘子污秽造成污闪的原因。输变电设备所使用绝缘子，运行中极易积灰、受潮，而其表面一旦遭受污染并受潮将严重影响绝缘子绝缘性能，进而可能产生污闪事故，威胁电网安全。

青海省电力辖区部分区域按污秽所处环境类型划分属于沙漠型与工业粉尘型污秽区。近年绝缘子污秽检测数据表明，沙土与工业粉尘加之长期干旱造成污秽层通常含有不易溶解的盐类物质，而且具有较高的灰密。风力则是绝缘子染污的主要因素，虽然雨季少量降雨可以导致其自然清洗，但在我省干旱少雨地区或季节效果有限。当绝缘子表面发生凝露时，极易引起绝缘子闪络，造成电网事故。

2.防止绝缘子污秽造成污闪的意义。运行经验及盐密测量数据表明，设备外绝缘配置与现场污秽度相适应时，污闪跳闸率就会很低；不相适应时，污闪跳闸率就会增多，甚至造成电网大面积污闪事故。我省地域辽阔，气候多变，尤其是近年来工业的发展，部分地区大气污染日益严重，甘河滩工业园区附近部分变电站就曾多次在初春发生过绝缘子闪络事故，对电网安全稳定运行造成一定影响。随着安全理念的提升及对电网事故容忍度的不断降低，必须把电网污闪跳闸率控制在最低水平，对高电压等级电网要尽可能避免污闪的发生[2]。

3.目前污秽测量方法概述。

（1）等值盐密法（ESDD法）[3]。等值盐密法一般需要在停电检修期间将被测试的绝缘子从杆塔上拆卸至地面，然后搬运到试验室加以测量。在取样过程中为避免污秽损失，拆卸和搬运绝缘子时要尽量不接触绝缘子的绝缘表面。表面污秽取样之前，取样容器、量筒等应保证清洗干净，确保无任何污秽。取样时，尽可能带清洁的医用手套将绝缘子伞裙表面的污秽用脱脂棉完全清洗下来等。

这种方法在取样过程中稍不注意就会导致测量结果不准确，并且无法对同一绝缘子的积污特性进行长期监测。而饱和盐密的测量则需要参照绝缘子连续3至5年积污进行测量，污秽取样时间应选择在年积污期结束时进行，但采用等值盐密法获取运行绝缘子的饱和盐密则需要大量的试验样本及试验周期。

（2）污层电导率法。此法优点在于电导率与污闪电压之间存在直接关系，这种关系能从绝缘子绝缘性能方面综合反映污层的污秽及潮湿程度，是反映污秽影响的一个较好参数。然而电导率的测量要有容量较大的电源以及短时加压的控制设备，这给测量操作带来不确定性，并且此类方法在对试验设备布置安全措施方面较为困难，使得此法在推广应用方面受到了一定的限制，目前一般应用于人工污秽试验室。

（3）基于泄漏电流的污秽度检测方法[4]。基于泄露电流的污秽度检测是在一参照盘形绝缘子串上，连续测量其表面泄露电流，并加以记录。由于泄漏电流的大小不仅取决于污秽程度，而且还与绝缘子受潮程度、绝缘子的串长、几何形状等因素有关，且不适合在干旱少雨地区使用。

二、适应青海电网污秽环境特点的盐密测量方法

1.各种绝缘子污秽度测量方法的优、缺点比较。

2.适应青海电网的盐密测量的方法。

根据表1（详见文后）分析可知，传统的等值盐密法、泄漏电流法虽然直观易懂，但在操作上不仅存在着等价性问题，而且在获取饱和盐密方面也存在不足，并且无法准确获得实时盐密值用来指导清扫，不利于“大检修”模式下状态检修工作的开展。目前为止，如何根据测得的泄漏电流值评价绝缘子的污秽程度尚无明确的标准。再者，泄露电流的测量仅限于在潮湿的气象条件下，这在潮湿多雨的南方尚可使用，而在青海部分干旱少雨地区应用大有困难。因此，采用表面泄漏电流的测量方法由于技术本身存在的缺陷，目前仍没有出现取代人工测量盐密的趋势。而人工测量盐密对于青海这样一个地域广阔，电网覆盖范围广，地形复杂、气候复杂多变的区域，需要耗费大量的人力物力。

相比而言，光传感器输变电设备盐密监测法[5]无需停运所测量盐密的线路或设备，无需拆卸、搬运绝缘子，且能够自动进行盐密监测，无需人工参与测量工作，结果准确，操作简单，可远程读取监测值，省时省力，还可实时在线监测绝缘子盐密，能够满足“大检修”模式下输变电设备状态检修工作需求，适合在青海这样一个地域广袤、地形发杂、部分地区风沙较大，个别地区工业发展迅速污染严重，污秽分布不均匀的地区推广使用。

三、光传感器法测量绝缘子盐密污秽的技术措施

经过对各种绝缘子盐密污秽测量方法比较后，我们可以得出在对输变电设备的污秽状况评估中，盐密是唯一的可以定量的参数这一结论。在进行盐密测量过程中，采用光传感技术，能够在输变电设备不停电情况下实时高效测量绝缘子盐密，且不受高压电磁场干扰及环境气候的影响。这就为输变电设备运行管理提供了实时、准确的输变电设备外绝缘设备的积污情况方面数据，从而能科学指导输变电外绝缘设备清扫工作，为输变电外绝缘设备的状态检修提供依据，进而提高我省在“防污闪”工作的管理水平，为输电线路及变电站设备的安全运行提供保障。

1.光传感器法测量绝缘子盐密污秽的技术关键。

（1）准确性。该技术通过监测光传感器的光能参数变化测量出盐份的多少，再通过换算得出绝缘子表面的盐密，因此需要对系统测得的大量盐密值与采用等值盐密法测得的大量盐密值进行数据对比，再通过试验室与现场的对比，进而判定光传感器测量输变电设备表面盐密的准确性。

（2）稳定性。采用光传感器输变电设备盐密在线监测系统监测超高压输电线路盐密基本不受电磁场及各种环境气候因素的干扰，并且在采用目前已成熟的“蓄电池+太阳能电池”供电方式后能够保证系统长时间工作。

（3）数据传输、接收及存储的稳定性。本系统主要由数据监测终端和数据监测中心两部分组成，是一种智能化大范围远程分布式盐密实时监测系统[6]。系统利用现场安装的数据监测终端，采集现场的温度、湿度、以及光能参数等，通过GSM的数据通信模块，将现场采集的数据发送到盐密监测中心，盐密监测中心的工作站根据盐密数学模型的计算、得到盐密数据，并采用数据库技术进行数据管理，可实现自动、连续在线监测线路绝缘子盐密，灰密。

本系统可采用GSM/GPRS/CDMA进行数据通讯，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，充分保障了数据的安全性。

本系统可利用通讯数据自动筛选功能及指定号码接收功能，可以有效屏蔽垃圾短信及冗余数据的干扰问题，充分保障了数据的准确性及有效性。

2.光传感器法测量绝缘子盐密污秽的技术实施。在青海电网污秽较严重的地区选取一个变电站，作为现场试验场所。采用1台光传感器输变电设备盐密在线监测系统实施本项目。具体实施步骤：

（1）研制系统样机，在实验室完成系统实验室测试及校准；

（2）在330kV输电线路的杆塔安装光传感器输变电设备盐密在线监测系统样机；

（3）样机系统运行三个月或更长时间，验证系统的稳定性。

四、.光传感器法在线测量盐密的预期效果

根据已有研究成果及该方法在其他网省公司的试验情况，结合青海电网污区分布特点，若在青海电网采用光传感器技术监测输变电设备污秽情况可达到如下预期效果：

1.采用光传感器技术测量超高压输变电设备盐密，不受高海拔、地形、风沙等环境气候及电场干扰等因素的影响；

2.采用光传感器技术在特殊气候条件下可准确测量超高压输变电设备表面盐密；

3.通过光传感器输变电设备盐密监测方法可完成输变电线路输电设备盐密数据的实时采集与分析；

4.通过获取实时饱和盐密，可为调整输变电线路输变电设备外绝缘爬比电距提供科学依据，指导输变电线路外绝缘设备的状态检修工作。

五、经济效益

随着经济的发展，电网容量、输电电压等级提高，特别是空气环境的逐步恶化，我省因高压输变电设备的外绝缘受污染而产生的污闪事故时有发生，造成很大的经济损失。因此通过实施本项目可预防、减少污闪事故，将为电网设备的安全运行提供有力的保证。同时，也可为检修策略由定期维修过渡到状态维修及以可靠性为中心的维修创造重要条件，节省了人力物力，从而实现较好的社会效益和经济效益[7]。

六、.结论

1.光传感器法在线测量盐密是适应“大检修”模式下青海地域、气候气象条件下最为有效的盐密测量手段。

2.在输电线路开展光传感器输变电设备实时盐密检测，能及时测取输变电设备实时盐密值，掌握超高压输变电设备的积污规律，发挥光传感器的优越性，提高输变电设备的可靠性。

3.在输电线路上广泛开展光传感器输变电设备盐密检测，可以实时监测盐密，进而适应状态检修对输变电设备绝缘子清扫工作要求，减少不必要的定期清扫，避免污闪事故的发生。

4.通过逐步建立光传感器检测传输系统，可以基本实现远程自动获取实时盐密地图、饱和（最大）盐密地图以及盐密曲线图，提高输电设备的污闪在线监控指标。

[1]孙才新.电力系统污秽绝缘[M].四川：重庆大学出版社，1990.

[2]宿志一.用饱和盐密确定污秽等级及绘制污区分布图的探讨 [J].电网技术，2004.28（8），16-19.

[3]宿志一，范建斌，杨迎建，等.Q/GDW 152-2006,电力系统污区分级与外绝缘选择标准[S].电力出版社，2006. [4]李晓晖.提高线路绝缘子防污闪及抗泄漏性能的新方法.电网技术，2001，25（10），69-72.

[5]宿志一.防止大面积污染的根本出路是提高电网的基本外绝缘水平-对我国电网大面积污闪事故的反思 [J].中国电力，2003，36（12）：57-61.

[6]章宗禳.光化学传感器理论与方法.化学传感器，1996（1）.

[7]吴尚.光传感器在绝缘子盐密测试中的应用 [J].华北电力技术，2012，12（9）：38-43.

[8]张锐，吴光亚，刘亚新，等.光技术在线监测绝缘子盐密和灰密的实现及应用[J].高电压技术，2010.36（6），1513-1519.

[9]焦尚彬，刘丁.基于最小二乘支持向量机的绝缘子盐密光纤在线检测木[J].仪器仪表学报，2008.29（11），2235-2240.

[10]王树军，雒文博，刘树清.输电线路绝缘子盐密灰密测量误差分析及控制措施[J].电网技术，2011.12（7），14-16.

表1.三种盐密测量方法特性比较

吴 杨（1982-），男，工程师，主要从事电力系统化学试验研究工作.

石 千（1983-），男，工程师，主要从事电力调度控制工作.