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摘要：电力系统能否安全运行，取决于运行电力设备的绝缘状态，而绝缘子由于在戶外受各种环境影响，需要经常排查检修更换，而目前电力系统沿用传统的人工排查的方法存在任务繁重等问题。本文就此针对我国高电压绝缘子在线检测技术作出了讨论，为电力系统的安全运行，提供可靠的理论保证。
关键词：高电压；绝缘故障；特征量；重要性；检测法
Abstract: Electric power system can be safe operation, depends on the insulation of the electric power equipment operation conditions, and insulator in outdoor because affected by various environmental impact, always need to overhaul change regularly, and currently the power system by following the traditional artificial testing method of existing problems such as onerous task.Based漀渀 high voltage insulator琀栀攀 paper discusses漀渀氀椀渀攀 testing technology愀渀搀瀀爀漀瘀椀搀攀猀 the reliable theory guarantee for the safety operation of the power system.
Key Words: high voltage; insulation fault; characteristic features; importance; method
中图分类号：TM8文献标识码：A 文章编号：
一、前言
高电压绝缘子的在线检测因其安装位置的特殊及分布区域广泛性向来是绝缘在线监测的一个难点。国内外都一直在寻求有效的解决办法，至今已有以超声波检测法、激光多普勒振动法及红外热象仪法为代表的非电量测量法和以电压分布检测法、绝缘电阻法及脉冲电流法为典型的电量测量法被尝试用于解决绝缘子在线检测问题。
二、电气设备的绝缘故障
电力设备绝缘的老化是指安装在输电线路上的绝缘子在运行过程中因长期经受机电负荷、日晒雨淋、冷热变化等作用，可能出现绝缘电阻降低、开裂甚至击穿等故障，对供电可靠性带来潜在威胁，因此，绝缘子在线检测意义重大，如果发现不及时，就可能导致电力设备发生故障，甚至引发突发性的电力事故，造成巨大的直接和间接经济损失。一般说来,常见的高压绝缘子故障有以下两种情况：
1．电气事故
我国现行变电站设备污秽设计原则是依据爬电比距法，若所选绝缘子的爬电距离有效系数不能满足设计要求则会造成运行中的绝缘子损坏。雷击等异常电压或污秽闪络等情况下，绝缘体表面发生高低温聚变，也可导致绝缘子损坏。
2．机械事故
高压绝缘子一般是高温烧结成的陶瓷或高分子合成材料。如大风、雨雪、覆冰、日晒等，使其附加应力增大，若瓷绝缘子存在微小缺陷，就容易在该处形成应力集中造成破坏。
三、电气设备绝缘在线检测的重要性
电气设备绝缘在线检测有下列优点:不需要停电就可以了解运行设备的绝缘状况(包括变压器、电抗器的局部放电位置)减少停电对国民经济的影响；在运行电压下，绝缘的缺陷容易暴露出来；可对运行中的电力设备的绝缘进行跟踪监测，及时发现设备内部的故障隐患；绝缘在线检测所得到的数据为设备的“状态检修”提供依据。
四、电气设备绝缘的特征量
电气设备绝缘状态通常是通过以下几个特征量来表示:
局部放电量、放电位置
运行中绝缘材料若存在缺陷，会导致其内部放电，日长月久就可能导致放电部位扩大。
介质损耗因数(tgδ)
它是表明设备绝缘状态的重要参数之一，当测得设备的值大时，说明设备绝缘受潮，电导电流增大或内部局部放电，设备正常时其tgδ值在0.1%～0.8%之间。
3．泄漏电流
对于一些设备不能测量tgδ值时，也可以用测量泄漏电流的方法确定设备绝缘受潮或损坏程度。
五、非接触式与接触式检测法
1．非接触式
非接触式检测法主要包括超声波检测法、激光多普勒振动法、红外测温法、紫外线电晕成像法、声波检测及无线电波检测法等。非接触式检测法中多数方法都对某一种或某几种类型的故障检测效果明显，但对其他类型的故障则难以检测，且设备造价昂贵。设备简单、操作方便的检测设备，其检测效果多数不是很理想。虽多数方法可不登杆登塔，但需到现场逐个进行检测。
2．接触式
接触式检测法按工作原理主要有电压分布法、泄漏电流检测法及脉冲电流检测法等。
2．1电压分布法目前很多实验和理论研究已经证明，正常绝缘子串的电压分布为不完全马鞍型，即靠近导线处绝缘子所承受的电压最高，约为接地端绝缘子所承受电压的1.7～3.0倍，而绝缘子串中间部分所承受的电压最低。当出现不良绝缘子时，绝缘子串上的电压将重新分布，如把实际测得电压分布与正常时绝缘子串上的电压分布作比较，有利于判断不良绝缘子是否存在。
目前国内利用电压分布原理进行绝缘子检测的方法较多，主要有短路叉法、火花间隙法、光电式检测杆法、声脉冲检测法等。短路叉法及火花间隙法是早期绝缘子检测的主要方法。短路叉法是依靠单片绝缘子短路时所产生的火花及所发出的放电声音来检测不良绝缘子。测试结果受周围环境背景噪声影响很大，且因测试人员的判断不同而异；火花间隙法是用可调间隙来测量每片绝缘子上的电压，主要缺点是读数分散性大。两种方法最主要的优点是测试设备原理简单、操作方便；最大的缺点是准确度低，且都要登杆登塔，因而劳动强度大、危险性高。光电检测杆法优点是测量危险性小、绝缘子串电压分布能够直观地测量出来，不足之处是仍需到现场逐个进行测量，且需登杆登塔。声脉冲检测法的主要原理是某片绝缘子上电压通过两个探头组成的回路对电容器充电，然后经放电管和扬声器放电，扬声器发出声波的频率及发声间隔随两个探头之间电压变化而变化，因此根据测量扬声器所发出的声脉冲周期及频率来检测沿绝缘子的电压分布。
2．2泄漏电流法及脉冲电流法
当绝缘子表面积累了污秽物或绝缘子串中存在不良绝缘子时，泄漏电流将增大，且不良绝缘子阻值降低使正常绝缘子上分得的电压变大，电晕脉冲电流增大。当绝缘子表面污秽物积累到一定程度或不良绝缘子劣化到一定程度时，在一定的外界环境下就可能造成绝缘子的闪络，因而可通过测量泄漏电流的大小变化来对绝缘子进行检测。目前实用的泄漏电流传感器已经很多，测量的准确度比较高，因此泄漏电流的测取已不存在大问题，但泄漏电流的测取过程中存在着大量的干扰，泄漏电流的大小受周围环境(温度、湿度、气压、风速等)、是否采取屏蔽措施以及绝缘子的种类等因素的影响很大。
在抑制干扰方面比较有代表性的方法是自适应噪声对消法。其基本原理是使用一个或多个传感器将其放置在噪声场中，将测得的参考值输入并加以过滤，从泄漏电流传感器所测得的带有噪声的电流信号中减去，从而使噪声衰减或消除。对测得的泄漏电流进行判断与比较，常用的方法是利用绝缘子闪络过程的典型波形进行判断。绝缘子闪络的典型波形分为非预报区，预报区及闪络危险区三部分。预报区的泄漏电流呈不稳定状态，常出现脉冲群，且脉冲群幅值多为几十至几百毫安。因此不少是根据预报区的泄漏电流脉冲密度及幅值增加的现象进行绝缘子工作状态的判断。
当绝缘子串中存在不良绝缘子时，由于不良绝缘子绝缘电阻降低，回路阻抗变小或其他绝缘子上分压比正常时大，也引起电晕脉冲电流变大，通过测量脉冲电流来判断绝缘子状态的方法称为脉冲电流法。目前脉冲电流法中数据处理最常用的方法是“不同指数”从杆塔接地线中测得的脉冲电流是三相高压作用于各相绝缘子上共同产生的。因而有的将此电流按三相电压的相位不同，利用电子开关分解为三相脉冲电流，然后對每相脉冲电流进行计数，并取出各相脉冲电流数的最大值和最小值，将最大值与最小值的比值定义为不同指数。正常情况下各相脉冲电流产生的状态大体上是相同的，处于一种平衡状态，因此不平衡指数近于1，当某串绝缘子中出现不良绝缘子时，不平衡状态就被破坏，不同指数就偏离1，因此可以根据不同指数是否偏离1来判断绝缘子的状态。但这种方法的精确度受不良绝缘子的阻值、不良绝缘子在绝缘子串中的位置、绝缘子串的片数以及正常绝缘子的电晕起始电压的影响。泄漏电流的测量是通过连接在绝缘子上的泄漏电流传感器测得的，较方便的方法是将整个采集系统固定在杆塔顶端，将采集的数据通过无线电或红外线传输装置发送到地面的接收装置处，但仍需工作人员到现场采集数据。脉冲电流法是通过宽频率范围大的信号放大倍数的传感器，从杆塔接地线中测得脉冲电流，多数仍需到现场逐个测量。在大气环境下工作的绝缘瓷瓶、支撑绝缘子等，在某些情况下随着绝缘性能的降低、出现结构缺陷或表面污秽和湿度的增加，会产生电晕和表面局部放电现象，电晕和表面局部放电过程中，电晕和放电部位将产生大量辐射紫外线，这样便可以利用电晕和表面局部放电的产生和增强间接评估运行设备的绝缘状况和及时发现绝缘设备的缺陷。
六、结语
电力设备绝缘在运行中受到电、热和机械应力及环境应力的作用，其性能会逐渐下降，绝缘状态会劣化，最终丧失绝缘性能。电力设备绝缘的老化是一个渐变的过程，若不能及时发现与处理，就可能导致电力设备发生故障，甚至引发突发性的电力事故，造成重大经济损失和难以挽回的社会影响。因此，加强电力设备绝缘预防性检测诊断和状态检修工作刻不容缓。
目前，可用于诊断放电过程的各种方法中，紫外线电晕成像法的灵敏度、分辨率和抗干扰能力最好。高压绝缘放电过程中辐射紫外线的强度与波长存在一定的范围，我们针对紫外线光电成像原理研究了紫外线图像增强器（图像变换器）和CCD 成像的光电摄像机的原理与性能，针对紫外线光电检测工艺方法研究了紫外线检测方法的技术特点、评定方法及悬式绝缘子和支柱式绝缘子检测工艺等。最终选定了采用高灵敏度的紫外线辐射接受器，准确记录电晕和表面放电过程中辐射的紫外线，再加以处理、分析，从而达到评价设备状况的目的方法。经过在基层供电单位实际应用表明，紫外线光电检测技术对电力设备运行状态监控措施有效，技术先进，该技术的推广应用对于推动状态检修、确保电力系统的安全稳定运行具有不同寻常的意义。
关键词：高电压；绝缘故障；特征量；重要性；检测法
Abstract: Electric power system can be safe operation, depends on the insulation of the electric power equipment operation conditions, and insulator in outdoor because affected by various environmental impact, always need to overhaul change regularly, and currently the power system by following the traditional artificial testing method of existing problems such as onerous task.Based漀渀 high voltage insulator琀栀攀 paper discusses漀渀氀椀渀攀 testing technology愀渀搀瀀爀漀瘀椀搀攀猀 the reliable theory guarantee for the safety operation of the power system.
Key Words: high voltage; insulation fault; characteristic features; importance; method
中图分类号：TM8文献标识码：A 文章编号：
一、前言
高电压绝缘子的在线检测因其安装位置的特殊及分布区域广泛性向来是绝缘在线监测的一个难点。国内外都一直在寻求有效的解决办法，至今已有以超声波检测法、激光多普勒振动法及红外热象仪法为代表的非电量测量法和以电压分布检测法、绝缘电阻法及脉冲电流法为典型的电量测量法被尝试用于解决绝缘子在线检测问题。
二、电气设备的绝缘故障
电力设备绝缘的老化是指安装在输电线路上的绝缘子在运行过程中因长期经受机电负荷、日晒雨淋、冷热变化等作用，可能出现绝缘电阻降低、开裂甚至击穿等故障，对供电可靠性带来潜在威胁，因此，绝缘子在线检测意义重大，如果发现不及时，就可能导致电力设备发生故障，甚至引发突发性的电力事故，造成巨大的直接和间接经济损失。一般说来,常见的高压绝缘子故障有以下两种情况：
1．电气事故
我国现行变电站设备污秽设计原则是依据爬电比距法，若所选绝缘子的爬电距离有效系数不能满足设计要求则会造成运行中的绝缘子损坏。雷击等异常电压或污秽闪络等情况下，绝缘体表面发生高低温聚变，也可导致绝缘子损坏。
2．机械事故
高压绝缘子一般是高温烧结成的陶瓷或高分子合成材料。如大风、雨雪、覆冰、日晒等，使其附加应力增大，若瓷绝缘子存在微小缺陷，就容易在该处形成应力集中造成破坏。
三、电气设备绝缘在线检测的重要性
电气设备绝缘在线检测有下列优点:不需要停电就可以了解运行设备的绝缘状况(包括变压器、电抗器的局部放电位置)减少停电对国民经济的影响；在运行电压下，绝缘的缺陷容易暴露出来；可对运行中的电力设备的绝缘进行跟踪监测，及时发现设备内部的故障隐患；绝缘在线检测所得到的数据为设备的“状态检修”提供依据。
四、电气设备绝缘的特征量
电气设备绝缘状态通常是通过以下几个特征量来表示:
局部放电量、放电位置
运行中绝缘材料若存在缺陷，会导致其内部放电，日长月久就可能导致放电部位扩大。
介质损耗因数(tgδ)
它是表明设备绝缘状态的重要参数之一，当测得设备的值大时，说明设备绝缘受潮，电导电流增大或内部局部放电，设备正常时其tgδ值在0.1%～0.8%之间。
3．泄漏电流
对于一些设备不能测量tgδ值时，也可以用测量泄漏电流的方法确定设备绝缘受潮或损坏程度。
五、非接触式与接触式检测法
1．非接触式
非接触式检测法主要包括超声波检测法、激光多普勒振动法、红外测温法、紫外线电晕成像法、声波检测及无线电波检测法等。非接触式检测法中多数方法都对某一种或某几种类型的故障检测效果明显，但对其他类型的故障则难以检测，且设备造价昂贵。设备简单、操作方便的检测设备，其检测效果多数不是很理想。虽多数方法可不登杆登塔，但需到现场逐个进行检测。
2．接触式
接触式检测法按工作原理主要有电压分布法、泄漏电流检测法及脉冲电流检测法等。
2．1电压分布法目前很多实验和理论研究已经证明，正常绝缘子串的电压分布为不完全马鞍型，即靠近导线处绝缘子所承受的电压最高，约为接地端绝缘子所承受电压的1.7～3.0倍，而绝缘子串中间部分所承受的电压最低。当出现不良绝缘子时，绝缘子串上的电压将重新分布，如把实际测得电压分布与正常时绝缘子串上的电压分布作比较，有利于判断不良绝缘子是否存在。
目前国内利用电压分布原理进行绝缘子检测的方法较多，主要有短路叉法、火花间隙法、光电式检测杆法、声脉冲检测法等。短路叉法及火花间隙法是早期绝缘子检测的主要方法。短路叉法是依靠单片绝缘子短路时所产生的火花及所发出的放电声音来检测不良绝缘子。测试结果受周围环境背景噪声影响很大，且因测试人员的判断不同而异；火花间隙法是用可调间隙来测量每片绝缘子上的电压，主要缺点是读数分散性大。两种方法最主要的优点是测试设备原理简单、操作方便；最大的缺点是准确度低，且都要登杆登塔，因而劳动强度大、危险性高。光电检测杆法优点是测量危险性小、绝缘子串电压分布能够直观地测量出来，不足之处是仍需到现场逐个进行测量，且需登杆登塔。声脉冲检测法的主要原理是某片绝缘子上电压通过两个探头组成的回路对电容器充电，然后经放电管和扬声器放电，扬声器发出声波的频率及发声间隔随两个探头之间电压变化而变化，因此根据测量扬声器所发出的声脉冲周期及频率来检测沿绝缘子的电压分布。
2．2泄漏电流法及脉冲电流法
当绝缘子表面积累了污秽物或绝缘子串中存在不良绝缘子时，泄漏电流将增大，且不良绝缘子阻值降低使正常绝缘子上分得的电压变大，电晕脉冲电流增大。当绝缘子表面污秽物积累到一定程度或不良绝缘子劣化到一定程度时，在一定的外界环境下就可能造成绝缘子的闪络，因而可通过测量泄漏电流的大小变化来对绝缘子进行检测。目前实用的泄漏电流传感器已经很多，测量的准确度比较高，因此泄漏电流的测取已不存在大问题，但泄漏电流的测取过程中存在着大量的干扰，泄漏电流的大小受周围环境(温度、湿度、气压、风速等)、是否采取屏蔽措施以及绝缘子的种类等因素的影响很大。
在抑制干扰方面比较有代表性的方法是自适应噪声对消法。其基本原理是使用一个或多个传感器将其放置在噪声场中，将测得的参考值输入并加以过滤，从泄漏电流传感器所测得的带有噪声的电流信号中减去，从而使噪声衰减或消除。对测得的泄漏电流进行判断与比较，常用的方法是利用绝缘子闪络过程的典型波形进行判断。绝缘子闪络的典型波形分为非预报区，预报区及闪络危险区三部分。预报区的泄漏电流呈不稳定状态，常出现脉冲群，且脉冲群幅值多为几十至几百毫安。因此不少是根据预报区的泄漏电流脉冲密度及幅值增加的现象进行绝缘子工作状态的判断。
当绝缘子串中存在不良绝缘子时，由于不良绝缘子绝缘电阻降低，回路阻抗变小或其他绝缘子上分压比正常时大，也引起电晕脉冲电流变大，通过测量脉冲电流来判断绝缘子状态的方法称为脉冲电流法。目前脉冲电流法中数据处理最常用的方法是“不同指数”从杆塔接地线中测得的脉冲电流是三相高压作用于各相绝缘子上共同产生的。因而有的将此电流按三相电压的相位不同，利用电子开关分解为三相脉冲电流，然后對每相脉冲电流进行计数，并取出各相脉冲电流数的最大值和最小值，将最大值与最小值的比值定义为不同指数。正常情况下各相脉冲电流产生的状态大体上是相同的，处于一种平衡状态，因此不平衡指数近于1，当某串绝缘子中出现不良绝缘子时，不平衡状态就被破坏，不同指数就偏离1，因此可以根据不同指数是否偏离1来判断绝缘子的状态。但这种方法的精确度受不良绝缘子的阻值、不良绝缘子在绝缘子串中的位置、绝缘子串的片数以及正常绝缘子的电晕起始电压的影响。泄漏电流的测量是通过连接在绝缘子上的泄漏电流传感器测得的，较方便的方法是将整个采集系统固定在杆塔顶端，将采集的数据通过无线电或红外线传输装置发送到地面的接收装置处，但仍需工作人员到现场采集数据。脉冲电流法是通过宽频率范围大的信号放大倍数的传感器，从杆塔接地线中测得脉冲电流，多数仍需到现场逐个测量。在大气环境下工作的绝缘瓷瓶、支撑绝缘子等，在某些情况下随着绝缘性能的降低、出现结构缺陷或表面污秽和湿度的增加，会产生电晕和表面局部放电现象，电晕和表面局部放电过程中，电晕和放电部位将产生大量辐射紫外线，这样便可以利用电晕和表面局部放电的产生和增强间接评估运行设备的绝缘状况和及时发现绝缘设备的缺陷。
六、结语
电力设备绝缘在运行中受到电、热和机械应力及环境应力的作用，其性能会逐渐下降，绝缘状态会劣化，最终丧失绝缘性能。电力设备绝缘的老化是一个渐变的过程，若不能及时发现与处理，就可能导致电力设备发生故障，甚至引发突发性的电力事故，造成重大经济损失和难以挽回的社会影响。因此，加强电力设备绝缘预防性检测诊断和状态检修工作刻不容缓。
目前，可用于诊断放电过程的各种方法中，紫外线电晕成像法的灵敏度、分辨率和抗干扰能力最好。高压绝缘放电过程中辐射紫外线的强度与波长存在一定的范围，我们针对紫外线光电成像原理研究了紫外线图像增强器（图像变换器）和CCD 成像的光电摄像机的原理与性能，针对紫外线光电检测工艺方法研究了紫外线检测方法的技术特点、评定方法及悬式绝缘子和支柱式绝缘子检测工艺等。最终选定了采用高灵敏度的紫外线辐射接受器，准确记录电晕和表面放电过程中辐射的紫外线，再加以处理、分析，从而达到评价设备状况的目的方法。经过在基层供电单位实际应用表明，紫外线光电检测技术对电力设备运行状态监控措施有效，技术先进，该技术的推广应用对于推动状态检修、确保电力系统的安全稳定运行具有不同寻常的意义。