绝缘子的检测与实验完整版

1、电气与信息工程学院论文 绝 缘 子 的 检 测 与 实 验 摘要：经济、准确地检测绝缘子的方法对于保证输电线路的安全运行具有重要的意义。介绍了目前检测绝缘子几种常用检测方法综合评价了观察法、电场测量法、泄漏电流法、超声波检测法、红外测温法等优缺点 随着对输电线路安全的日益重视，综合输电线路实时在线检测系统是绝缘子检测技术的主流发展趋势 现有在线检测系统能否普遍应用的主要障碍是线路杆塔的数量巨大。关键词：绝缘子；电量检测；电场法；泄漏电流法1、 引言：输电线路的绝缘子是用来固定导体，使其保持电气性能的重要部件。在电力系统运行中，其长期工作于强电场、机械应力、污秽及温湿度等共同构成的错综复杂的恶劣

2、环境中，出现故障的几率很大严重威胁电力系统的安全运行。一般来说绝缘子故障主要有以下几个方面：绝缘子内部出现裂缝、绝缘子表面破损、绝缘阻抗降低等。近年来，国内外一直在努力探索绝缘子的在线检测方法并取得了一定的成就探索出了观察法、泄漏电流法、电场测量法、红外测温法和紫外成像法等多种方法 。但不少方法仍存在测量工作量大、危险性高、设备造价高、测量不准确及抗干扰能力差等问题。因此寻找一种经济、切实有效的绝缘子在线检测方法一直是国内外电力部门亟待解决的问题。2、正文：1、绝缘子在线检测方法：绝缘子在线检测方法分为非电量检测法和电量检测法两类。非电量检测法包括观察法、紫外成像法、超声波检测法、红外测温法、

3、无线电波法和激光多普勒法等；电量检测法包括电场测量法、泄漏电流法和脉冲电流法等。11 观察法、火花叉等传统检测方法观察法就是用高倍望远镜就近直接观察绝缘子这是最原始的方法 用这种方法可发现较明显的绝缘子表面缺陷包括绝缘子伞裙受侵蚀变粗糙、外覆层侵蚀的沟槽和痕迹、绝缘伞裙闪络、伞裙或外覆层开裂、外覆层破碎、芯棒外露等 。观察法实现方便但费时费力检测结果也不可靠难以发现绝缘子内部缺陷绝缘子串正常时等效为电容串在运行状态下短路其中一片绝缘子可以看到电容放电的火花和听到放电的声响根据声响的大小可以判断绝缘子的状况。将绝缘子用一个相对较大的电容器旁路后测量其绝缘电阻，可以直观的检测绝缘子的特性是检测绝缘

4、子最直接和准确的方法以上两种方法均需要人工登塔检测工作量大高空作业，有一定的危险性。1.2 紫外成像法和红外成像法有绝缘缺陷的高压电气设备在运行时会产生高电场强度而发生电晕放电，使周围空气电离 由于空气主要成分是氮气(N )，而氮气电离的放射频谱（fA=280 nm400 nm)JE要落在紫外光波段。紫外成像技术就是利用特殊的仪器接收放电产生的紫外线信号，经处理后转换为可见光图像信号来分析判断电气设备外绝缘的真实状况。紫外成像检测系统主要包括：紫外成像物镜、紫外光滤光镜、紫外像增强系统、CCD、图像显示等。紫外信号源被背景光f包括可见光、紫外光和红外光等)照射，从信号源传输到成像镜头的有信号源

5、自身辐射的紫外光也有信号源反射的背景光。成像光束经过紫外成像镜头后部分背景光被滤除，其后光束再通过“日盲”滤光片进一步滤除背景光后照到紫外像增强器的光电阴极上经过紫外增强器后信号被增强放大并被转化为可见光信号输出，然后，成像光束经CCD相机最后经信号处理后输出到观察记录设备过去的紫外成像仪需夜间操作以避开阳光中的紫外线 但随着科学技术的发展目前已研制出了可避开阳光中紫外线光谱的新型紫外成像仪从而可以使该项技术在白天使用。但检测结果容易受到观察角度的影响红外成像法的原理与紫外成像相同不同的是检测缺陷绝缘子与正常绝缘子表面温度的差异。由于这种温度差很小对于瓷质绝缘子只有一度左右，因而灵敏度较低。1

6、.3 超声波检测法超声波是机械波衰减很慢当它在弹性介质中传播时，遇界面会产生反射、折射和模式变换。因此材料中的缺陷、微观组织结构、铸造缺陷(微裂纹、夹杂)等信息都可以通过超声波信号反应出来。超声波脉冲由超声波发生器进入绝缘子介质当绝缘子有裂缝时就会在超声波传播的相应时间产生该裂缝的反射波。由反射波的大小和产生反射波的时间位置即可判断绝缘子的缺陷情况。该方法具有灵敏度高、速度快、成本低、操作简单及安全可靠等优点可以准确地检测出有裂缝的绝缘子 但对未开裂的绝缘子不起作用，而且由于超声波本身存在耦合、衰减及超声换能器性能问题只能到现场逐个检测。目前该方法主要用于企业生产中的检测以及实验室鉴定。1.4

7、 红外测温法绝缘子发生电晕放电或泄漏电流流过绝缘物质时的电阻损耗都可引起绝缘子局部温度升高。红外测温技术就是利用观察绝缘子局部发热所发出的红外线来发现缺陷。现有的红外测温仪一般由光学系统探测器、信号处理电路及显示终端等组成 当被测物体辐射的能量通过大气媒介传输到红外测温仪上时它内部的光学系统会将辐射能量汇聚到探测器上并转换成电信号再通过放大电路、补偿电路及线性处理后在终端显示出被测物体的温度。红外测温具有携带方便、操作简单等特点。但测量易受阳光、大风、潮气、环境温度及一些能引起绝缘子表面温度急剧变化因素的影响，测量结果不是很准确。1.5 无线电波法不良绝缘子发生电晕放电时，会发出一定频率的电磁

8、波无线电波法就是根据接收电磁波的天线的方向和电磁波的强度来判断被测绝缘子是否存在缺陷的。无线电波法具有设备简单、操作方便的优点，但其抗干扰能力差灵敏度低。1.6 绝缘电阻法绝缘子在线检测过程中，绝缘电阻的测量是通 过泄漏电流的测量得以实现的。高压输电绝缘子一般采用盘形悬式绝缘子。高压输电绝缘子一般采用盘形悬式绝缘子。其等效电路可用RC串并联等效电路表示，如下图：1.7 电场测量法运行中的绝缘子正常状态下电场强度和电势沿绝缘子轴向的变化曲线是光滑的。当绝缘子存在导通性缺陷时势必影响绝缘子周围的电场分布(包括绝缘子沿芯棒方向的纵向电场和沿横截而半径方向的径向电场)使该处电位变为常数，故其电场强度将

9、突然降低电场分布曲线也不再光滑而是在相应的位置上有畸变 故对比所测绝缘子与良好绝缘子的纵向电场找出电场异常畸变位置，即可找到内绝缘缺陷的位置。电场法利用电场来检测绝缘子能直接反映绝缘子的绝缘状况因此受干扰的影响较小但需登杆操作且不能检测些不影响电场分布的外绝缘缺陷如伞裙破损等。此法可与观察法结合使用。电场分布测量法示意图如左所示。根据电场理论计算的电场强度和电 势沿绝缘子轴向的变化曲线 A 在正常时光滑；当 绝缘子存在导通性缺陷 (图中黑点) 时，该处电位 变为一常数，故其电场强度突降低，电场分布曲线 不再光滑，在相应的位置上有畸变 (如曲线 B), 中 间下陷，两端上升.1.8 泄漏电流检测

10、法绝缘子在正常工作条件下其绝缘电阻值非常大 但存在缺陷时，其绝缘电阻值将会大大降低，从而流过一定的泄漏电流。泄漏电流检测法就是通过用电流传感器测得此电流的大小得到绝缘子的绝缘电阻值从而判定其是否完好。现有的泄漏电流检测系统大都是将一集流环固定在绝缘子串的一端而获得流过该绝缘子串的泄漏电流然后通过双层屏蔽电缆将其送往电流传感器进行放大再将此信号连同各种干扰信号一起经数据采集卡输往专家软件系统进行诊断处理。泄漏电流检测法可以用于对绝缘子的在线检测实时反映绝缘子的状况。在实际运行过程中，由于受线路表面污秽、电压的变化、杆塔结构、绝缘子形状、老化程度及天气状况(如温度、湿度、风速、风向)等因素的影响，

11、每次采集的泄漏电流的大小都需要重新确立判断标准，且要对每一串绝缘子进行在线检测该方法成本很高。19 脉冲电流法 脉冲电流法通过测量绝缘子电晕脉冲电流的方法来判断绝缘子的绝缘状况。其原理是：劣质绝缘子的绝缘电阻很低使其它正常绝缘子在绝缘子串上承受电压明显大于正常时的承受电压因而回路阻抗变小绝缘子电晕现象加剧电晕脉冲电流必将变大：根据线路上存在劣质绝缘子时电晕脉冲个数增多、幅值增大的现象即可检出不良绝缘子。日本于2O世纪80年代提出了基于三相不平衡原理的电晕脉冲电流法并研制成具体的检测装置利用不平衡指数判断绝缘子有无老化，因此在单回输电线路上可以安装到杆塔下部安装较为方便且三相仅需要一个检测装置。

12、降低了检测成本：我国20世纪9O年代初曾研制出类似的检测装置 但是由于脉冲信号很微弱且其频谱很广，容易受电力载波、广播电波及电力机车等外来噪声的影响检测结果不够准确综上所述非电量检测法具有不与被测量物体直接接触、没有高压绝缘问题困扰的优点，但是在具体运用时需要外加多种辅助设备因此检测成本比较高而且检测设备和被测物体都或多或少会受外界环境因素的影响再加上检测设备本身的不完善和使用过程中人工操作的误差广泛应用有一定的难度。1.10 电量检测法电量检测法是利用有缺陷绝缘子发生电晕放电所产生的特征量来检测的 由于电量法直接利用绝缘子本身产生的特征量进行检测所以不用另外加辅助测试设备检测手段比较直接，所

13、测特征量能够明确反映绝缘子的缺陷状况，可以用于实时在线检测绝缘子的状况 但是由于电量检测法直接与被测物体接触就为发生漏电和操作人员触电事故埋下了安全隐患所以必须对检测设备和操作人员的安全问题着重考虑。以免引起不必要的事故。2、判断(1)针式支柱绝缘子的每一元件和每片悬式绝缘子的电阻不应低于300M。(2) 500kV悬式绝缘子的绝缘电阻不低于500M。值得注意的是，测量多元件支柱绝缘子每一元件的绝缘电阻时，应在分层胶合处绕铜线，然后接到兆欧表上，以免在不同位置测得的绝缘电阻数值相差太大，而造成误判断。 交流耐压试验是判断绝缘子抗电强度是最直接、最有效、最权威的方法。交接试验时必须进行该项试验。

14、对于单元件的支柱绝缘子，交流耐压试验目前是最有效、最简易的试验方法。 各级电压的支柱绝缘子的交流耐压试验电压值如下表所示。对于35kV针式支柱绝缘子交流耐压试验电压值;两个胶合元件者，每个元件为50kV;三个胶合元件者，每个元件为34kV。对盘形悬式绝缘子，机械破坏负荷为60300kN者，交流耐压试验电压值均取60kV。 表为：支柱绝缘子的交流耐压试验电压 （1）交流耐压试验适用范围：瓷、钢化玻璃、复合绝缘子。 测量的目的：使用电压分布测量法和绝缘电阻测量法判断绝缘有问题的绝缘子或绝缘子串，适用于单片瓷绝缘子施加一定时间的电压，可有效地发现被试品内部缺陷，耐压试验是检验绝缘子优劣最有效的测试方

15、法。 (2)交流耐压试验设备推荐使用100kV级的高压试验设备。 (3)盘型悬式绝缘子流耐压试验电压标准。机械荷载为60300kN的盘型悬式绝缘子交流耐压试验电压取60kV。 2、绝缘子劣化判定原则(1)绝缘子绝缘电阻小于300M，而大于240M可判定为低值绝缘子。 (2)绝缘子绝缘电阻小于240M可判定为零值绝缘子。 导致绝缘子劣化的原因 (1)温度的影响，温度对绝缘电阻影响很大，绝缘电阻随温度上升而减小。 (2)湿度的影响，湿度对表面泄漏电流的影响较大，原因是绝缘表面吸附潮气，形成水膜，会使绝缘电阻明显下降。 (3)机械过载造成的劣化。 (4)吸湿性劣化。 (5)内外应力重叠性劣化。 (6

16、)热膨胀造成劣化。（7）钢帽浇装水泥饱和膨胀性劣化。（8）钢帽浇装水泥冻结膨胀性劣化。 (9)钢帽、钢脚电腐蚀性劣化。 (10)绝缘子过电压造成的劣化。 (11) 绝缘子内部缺陷造成的劣化。3、 运行中被测复合绝缘子样品选择 根据它的特性和危险点，推荐下列选定原则：(1)位于工业污源5km半径以内的下风区杆塔上的复合绝缘子。(2)严重的多污源区，距离在3km半径以内的杆塔上的复合绝缘子。 (3)跨河、湖两边杆塔上的复合绝缘子。(4)湿地周边1km半径内的杆塔上的复合绝缘子。 (5)村庄周边1km半径内的杆塔上的复合绝缘子。(6)垂直挡距较大杆塔上的复合绝缘子。 (7)位于风口杆塔上的复合绝缘子

17、。 (8)严重覆冰区段杆塔上的复合绝缘子。 (9)雷击区杆塔上的复合绝缘子。 (10)鸟类活动频繁区段杆塔上的复合绝缘子。 (11)一般应按每两年一个周期抽取样品为宜。必要时每年抽取样品进行试验。 4、绝缘子检测方法发展趋势 目前国内绝缘子检测无论是电量检测法还是非电量检测法。都是以现场检测为主。传统人工登塔检测仍然是主要的检测手段 随着直升飞机巡线工作的逐步开展采用紫外成像等非电量检测方法将逐步成为主流方法由于采用直升飞机作为运载工具可以方便地安装多种检测工具进行综合判断检测时辅助以传统的方法来判断缺陷绝缘子的具体位置另外一种可能的发展是因为对输电线路安全的日益重视在输电线路上安装各种安全防

18、护设施的需求逐步显现。最终导致建立基于杆塔的输电线路综合在线检测系统 例如：对一个地区的污秽度进行判断需要按一定的分布密度在输电线路上安装污秽度检测装置：对线路器材防盗窃的考虑需要在杆塔上安装防盗窃装置：出于对输电线路雷电规律的统计研究以及对输电线路雷击点的雷电参数的精确定位与测量的需求虽然这些参数可以通过现有的雷电定位系统大致的估计但在一次雷电过程中是否击中输电线路何种情况下确实引起闪络何种情况下建弧却无从知晓，通过测量流过杆塔的雷电流的具体值以及波头波尾时间及重复次数有助于判断引起跳闸的确切原因。因此也可导致对安装雷电检测装置的需求等等 这些装置的共同特点是：需要野外电源(如太阳能蓄电池电

19、源系统)：需要通讯系统以便将检测结果发往控制中心：需要以单片机(或DSP)为中心的控制单元；根据需要添加AD转换、图像、音频转换、传感器等接口及周边设备 当这些装置大量采用致使成本很低的时候势必导致对功能整合的需求以进一步降低成本。广泛使用。此时对每一串绝缘子进行检测只是对装置增加一个周边设备而已 当然也可增加其他的功能如基于杆塔的短路电流检测等。综合的输电线路实时检测系统可以及时地将检测结果传送至控制中心并做出评价。截至目前已经有很多科研单位研制了基于线路绝缘状态某个特征量的在线检测系统，投入运行以来都取得了很大的成功。如哈尔滨超高压局与清华大学合作研制了一套基于泄漏电流的绝缘子在线监测系统

20、投入运行以来，取得了很好的效果。该系统能提供温湿度、电流及脉冲等数据，运行检修人员借助专家诊断软件的分析对比，可以判断出绝缘子的积污状况。 图1为西安某公司研制的基于GPRS网络的绝缘子污秽在线遥测系统。该系统利用通用分组无线业务通信网络实现了绝缘子状态信息的遥测。上述绝缘子在线检测系统都突出了该系统某一个方面的优点为最终的输电线路综合检测提供了参考。基于杆塔在线输电线路检测系统能否普遍应用的主要障碍是线路杆塔的数量巨大。为了引导向最终的综合检测系统发展基于目前已经研制成功的绝缘子在线检测系统的对比分析，要实现真正意义上的绝缘子在线检测应着重考虑以下几个方面。 a统一的接口规范 大规模的生产是

21、成本下降的唯一途径，从而也决定这种检测方法能否成为发展趋势的关键。建立统一的接口规范，包括通讯规约、各种周边设备接口、甚至硬件平台(通讯、电源、 “主板”、标准机箱和周边设备等)。 b严格的免维护质量标准 野外工作条件将导致很大的维护工作量。这也是该种方法不能普遍应用的原因之一。因此，必须保证野外条件下的长期免维护运行。 c选取合适的特征=量，降低装置的复杂度 绝缘子周围的电晕、温度场、无线电波、电场和绝缘子表面的泄漏电流、脉冲电流等都能间接或直接地反映绝缘子的状况可以作为检测的特征量 在实际应用中，要尽量采用能直接反映被测量的状态信息 测量简单的特征量作为采集信号，例如绝缘子的泄漏电流、脉冲电流、雷电流的特征值(幅值、波头时间等)，避免高速数据采集。 d合理的信号远程传输方式 目前的传输方式有无线接力方式和利用全球移动通信网络(GSM)和GPRS(通用分组无线业务)网络传输信号 无线接力方式不用支付额外的通讯费用，但通过接力传输的信号速度缓慢，在一些对实事性要求较高的场合以及局部安装检测装置的场合不能满足要求：随着移