我国高压绝缘子在线监测技术现状浅析

丁海波 宋子美

【摘  要】目前国内的绝缘子按照制造材料种类可分为瓷绝缘子，玻璃绝缘子与复合型绝缘子，且大多以盘式结构。瓷质绝缘子容易放生局部放电，传统的紫外成像法虽然可以对故障进行确认，却无法预知潜在的缺陷;玻璃绝缘子片容易出现自爆，常用电磁脉冲法监测，但此种方法容易受环境电磁波的影响，需要人工逐个检测;复合绝缘子常用的传统方法是对某一地区的绝缘子做抽样检测，测量其机械与电气性能，此法的准确性值得怀疑。本文针对目前国内传统监测技术的弊端，总结了国内较好的解决方案。

【关键词】高压绝缘子;传统监测技术;研究进展

引言

近年来，电力系统的污闪问题越来越严重，全国的各大电网与电厂都曾出现过多次污闪事故，造成了很大的经济损失。若想保证电力系统的长期稳定安全地运行，实时监测绝缘子的电气状况，并对潜在的污闪问题进行有效防控十分有必要。本文主要阐述了近几年来我国在传统绝缘子在线监测技术上做出的改进与技术案例。在80年代以前，我国电网运行主要使用玻璃绝缘子与瓷质绝缘子。进入20世纪，复合绝缘子的应用逐渐普遍。中国挂网运行的复合绝缘子用量已经累计超过2000万只以上（截止2019 年，110 k V及以上电压等级），占全球在网运行复合绝缘子数量（截止2019年，50 k V及以上电压等级复合绝缘子数量已超过5700 万只）的比重超过35%。与瓷绝缘子、玻璃绝缘子相比，复合绝缘子是高压、特高压输电线路推荐使用的类型，可以有效抑制线路污闪的发生。

1绝缘子分类及污秽度表示方法

目前国内的绝缘子按照制造材料种类可分为，瓷绝缘子，玻璃绝缘子与复合型绝缘子，且大多以盘式结构。不同材料的绝缘子，适用的检测机理往往不同。如瓷质绝缘子容易放生局部放电，无论周围温度高低，均会在绝缘子的周边产生一定量的紫外光。虽然这种方法现象明显，可以在远处有明显观察，但是只能對故障进行确认，无法预知潜在的缺陷。玻璃绝缘子片容易出现自爆，导致掉片损伤，主要是通过检测绝缘子放电过程中所产生一定频段的电磁脉冲来进行监测，但此种方法容易受环境电磁波的影响，且采集设备相对复杂，需要人工逐个检测。

复合型绝缘子具有憎水性和憎水性迁移性，使其在重度污秽的环境下具有抗污能力。目前国内主要是抽取少部分绝缘子进行机械和电气性能测量，该法是在没有其他有效手段而不得已采用的，结果能否准确代表整批绝缘子水平也值得怀疑。国内已有相关单位开发出复合绝缘子监、检测仪器，主要有红外测温仪器、基于电场分布法的复合绝缘子带电检测仪和复合绝缘子憎水性在线检测仪等，这些设备能在一定程度上了解复合绝缘子的机械和电气特性，但大多数是分析事故发生原因的手段或用于事故过后的分析，无法做到实时监测。

绝缘子污秽度是指绝缘子表面的积污程度，也是引起闪络电压降低的原因。国际大电网会议（CI-GRE）第33届学术委员会推荐了5种表示污秽度的方法：等值附盐密度（ESDD）法、污层电导率（SPLC）法、脉冲计数法、污闪梯度法、最大泄漏电流法等。

现有的检测技术，往往是根据以上几种方法计算绝缘子污秽度，进而对绝缘子的在线缺陷检测起一个决策性部署。利用光纤传感器可以直接测量等值附盐密，通过检测光能参数可计算出传感器表面盐份多少，检测较为准确，精密。

根据检测到绝缘子的污秽度等级，可以进一步判断绝缘子是否出现劣化。导致绝缘子劣化的故障机理主要是绝缘子电阻值降低，产生电晕放电，出现绝缘子外壳破损。目前国内主要采用的检测绝缘子劣化的方法，根据接触型与非接触型，带电量型与非带电量型分成分门别类。主要包括声波检测法，红外成像法，紫外成像法，电压分布检测法，电晕脉冲电流法等。

传统的劣化绝缘子检测方法均有一些弊端。如紫外成像法主要通过夜间观测绝缘子的局部放电现象来进行判断，这种方法局限性在于需要夜间观察且，仅适用于检测绝缘子的局部放电。

2瓷质绝缘子检测

瓷质绝缘子在长期的室外工作环境下运行，容易出现零值绝缘子的现象。瓷体与金具之间通过胶粘结而成，容易出现间隙，在高压作用下绝缘子和金具易形成回路，导致金具过热失去其机械强度。

目前国内的检测方法主要有火花叉法，小球放电法，红外热相仪监测法，泄漏电流检测法，激光多普勒检测法。这些方法各有利弊，但都有一个弊端，就是都为定性检测，无法识别每一个绝缘子的电阻值，从而无法检测已经漏电但是还处于临界击穿状态的绝缘子。辽宁电力公司丹东分公司提出了一种带电检测瓷质绝缘子零值的技术。通过对被测绝缘子施加脉冲电压，然后再提取电压、电流的采样值，根据采样计算出被测绝缘子电阻值的大小，此过程由单片机来完成。此技术的关键是如何提取微安级脉冲电流采样值，并且对单片机采用合理的抗干扰措施。此种技术实现了对每一片绝缘子阻值的定量检测，并且结合上位机的数据管理系统，实现了超高压系统对瓷质绝缘子在线监测的综合作业管理。

此外，还有研究采用光电传感器，对绝缘子附近电场进行检测判断是否符合良好运行条件电场分布，这种方法对化学稳定性好，不易潮解，检测稳定性高，不受外部环境干扰，可根据测量结果绘图 准确判断绝艳子是否存在劣化情况。

3复合绝缘子检测

对于复合型绝缘子，有研究针对复合型绝缘子的憎水性，采取了一种基于数字图像处理的憎水性分析法，对图像进行灰度处理与二次二值重构得到比较标准的憎水性等级，装置利用了无线信号传输技术，实现了对复合绝缘子憎水性的远程监测。

另外有基于光传感复合绝缘子智能监测技术，是在复合绝缘子的芯棒基体内植入布拉格光栅构成智能芯棒结构，光纤光栅传感器是用光纤布拉格光栅作为敏感元件的功能型光纤传感器，可以直接测量传感温度和应变，以及实现与温度和应变有关的其他许多物理量和化学量的间接测量。该技术是传感技术发展的新阶段，能够有效克服服当前电学类传感器在长期稳定性、耐久性和分布范围方面存在的不足，具有传统技术无可比拟的优势。

该结构能在线检测复合绝缘子内部温度与应力的变化，从而可以实时监测复合绝缘子的运行状态，并判断出复合绝缘子内部缺陷，预报自身蠕变、缺陷、损伤等一系列非健康状态的功能，实现对在网运行复合绝缘子的状态评估及寿命预测。该技术的推广应用可优化现有国家标准规定的抽样试验，无需停电或者带电拆卸复合绝缘子，可大大降低检测的工作量、工作时间和作业的危险程度。下图为光纤光栅的结构示意图与年挂网传感器波长示意图。

国家电网白银供电公司研究了一种BBO优化BP神经网络的复合绝缘子临界污闪电压预测模型，通过多组数据与人工污秽数据误差做了对比性试验，得到了3.25%的较低平均相对误差，可以更快的确定全局。下图为BBO算法优化BP神经网络的流程图及实验结果误差分析图。

實验结果误差分析

目前我国传统的复合绝缘子监测方法，大多是不带电检测。而对电力系统来说，停电检测会严重影响电网与电力设备的安全运行。中科院电科所采用水囊柔性耦合装置进行耦合检测，并通过超声波相控阵线性扫描硅橡胶复合绝缘子伞群，对绝缘子伞裙护套与芯棒粘接强度的在线无损检测有重要作用。

4结论

本文通过阐述绝缘子在国内的传统检测技术，进出各种传统检测方法存在的痛点，并针对此列举了一些比较典型的创新性检测技术。在绝缘子污秽度表示的技术上，提出用光线传感器直接检测绝缘子的等值盐密，提高了绝缘子污秽度检测时的容错率。在瓷质绝缘子领域，通过电检测瓷质绝缘子零值检测技术与光电传感器的运用，实现了绝缘子的电阻值定量检测，突破了原有技术只能定量分析的桎梏。在玻璃绝缘子检测领域，采用机器视觉与无人机巡检的技术，对图像进行分割与识别，大大减少了人工的投入，提高了检测效率与安全系数，降低了事故发生率。在复合绝缘子领域，利用光纤光栅传感器、水囊柔性耦合装置对绝缘子憎水性进行分析，大大提高了检测质量。

参考文献：

[1]刘明慧，于鑫，刘玉君，李晨明，周雨田，王昌春，立林国.瓷质绝缘子检测技术的探讨[J].农村电气化，2016，（05）

[2]林聚财，韩军，陈舫明，徐雄，王亚萍.基于彩色图像的玻璃绝缘子缺陷诊断[J].电网技术，2011，35（01）

（作者单位：山东农业大学）