輸電線路桿塔絕緣子檢測(cè)

絕緣子在線檢測(cè)方法分為非電量檢測(cè)法和電量檢測(cè)法兩類。非電量檢測(cè)法包括觀察法、紫外成像法、超聲波檢測(cè)法、紅外測(cè)溫法、無(wú)線電波法和激光多普勒法等;電量檢測(cè)法包括電場(chǎng)測(cè)量法、泄漏電流法和脈沖電流法等。

一、傳統(tǒng)檢查方法

觀察法---用高倍望遠(yuǎn)鏡就近直接觀察絕緣子。用這種方法可發(fā)現(xiàn)較明顯的絕緣子表面缺陷, 包括絕緣子傘裙受侵蝕變粗糙、外覆層侵蝕的溝槽和痕跡、絕緣傘裙閃絡(luò)、傘裙或外覆層開(kāi)裂、外覆層破碎、芯棒外露等。觀察法實(shí)現(xiàn)方便，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力, 檢測(cè)結(jié)果也不可靠, 難以發(fā)現(xiàn)絕緣子內(nèi)部缺陷。絕緣子串正常時(shí)等效為電容串, 在運(yùn)行狀態(tài)下短路其中一片絕緣子, 可以看到電容放電的火花和聽(tīng)到放電的聲響, 根據(jù)聲響的大小可以判斷絕緣子的狀況。將絕緣子用一個(gè)相對(duì)較大的電容器旁路后測(cè)量其絕緣電阻, 可以直觀的檢測(cè)絕緣子的特性，是檢測(cè)絕緣子最直接和準(zhǔn)確的方法。以上兩種方法均需要人工登塔檢測(cè), 工作量大, 高空作業(yè), 有一定的危險(xiǎn)性。

二、紫外成像法和紅外成像法

1.紫外檢測(cè)法

有絕緣缺陷的高壓電氣設(shè)備在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生高電場(chǎng)強(qiáng)度而發(fā)生電暈放電，使周圍空氣電離。由于空氣主要成分是氮?dú)?N2)，而氮?dú)怆婋x的放射頻譜(λ=280nm～400nm)主要落在紫外光波段。紫外成像技術(shù)就是利用特殊的儀器接收放電產(chǎn)生的紫外線信號(hào)，經(jīng)處理后轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光圖像信號(hào)，來(lái)分析判斷電氣設(shè)備外絕緣的真實(shí)狀況。

紫外電暈檢測(cè)屬正在研究的新型技術(shù)，湖南省電力試驗(yàn)研究院對(duì)紫外電暈檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了電力系統(tǒng)應(yīng)用研究，認(rèn)為對(duì)于發(fā)生部位在金屬帶電體的電暈放電，其檢測(cè)效果良好;對(duì)于絕大多數(shù)發(fā)生部位在外絕緣的電暈放電缺陷，需要雨霧等氣象條件的補(bǔ)充幫助才能有效檢測(cè)到。

由于紫外線對(duì)于物質(zhì)的穿透性極低，因此紫外成像儀只能檢測(cè)到外絕緣的電暈放電，而對(duì)于設(shè)備內(nèi)部的放電無(wú)法檢測(cè)。

空氣濕度較大的情況下，用紫外成像儀可能檢測(cè)出破損較嚴(yán)重的絕緣子，對(duì)于零值絕緣子，由于其本身承擔(dān)的電壓幾乎為零，不會(huì)產(chǎn)生電暈。故紫外儀檢測(cè)的發(fā)生異常電暈的絕緣子不是零值絕緣子，而是可能承擔(dān)電壓相對(duì)較大或是絕緣性能相對(duì)較弱的絕緣子。

紫外儀可在一定的空氣濕度下很好地檢測(cè)出a級(jí)以上的積污絕緣子穿，但將巡檢時(shí)間選擇在雨后一定時(shí)間，以便形成“干區(qū)”。

紫外儀對(duì)線路金具和導(dǎo)線的安裝不當(dāng)、設(shè)計(jì)不合理、損壞及表面毛刺引起的局部電暈可有效檢測(cè)并定位。

我國(guó)電力系統(tǒng)尚未對(duì)紫外檢測(cè)技術(shù)制定相應(yīng)的規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，其應(yīng)用研究還處于初級(jí)階段。

2.紅外檢測(cè)法

紅外成像法的原理與紫外成像相同，不同的是檢測(cè)缺陷絕緣子與正常絕緣子表面溫度的差異。由于這種溫度差很小，對(duì)于瓷質(zhì)絕緣子只有一度左右，因而靈敏度較低。紅外成像法可在線檢測(cè)局部放電、泄漏電流流過(guò)絕緣物質(zhì)時(shí)的介電損耗或電阻損耗等引起的絕緣子局部溫度升高。該法的缺點(diǎn)是儀器造價(jià)高，且測(cè)量易受陽(yáng)光、大風(fēng)、潮氣、環(huán)境溫度及一些能引起絕緣子表面溫度急劇變化因素的影響。

紅外熱像測(cè)溫普查發(fā)現(xiàn)：凡有明顯局部過(guò)熱點(diǎn)的絕緣子，其過(guò)熱點(diǎn)至絕緣子高壓端硅橡膠表面均顯著發(fā)黑，粉化，變脆變硬，憎水性基本喪失，有的有許多細(xì)小裂紋甚至出現(xiàn)嚴(yán)重破損;發(fā)熱點(diǎn)至高壓端的一段不能承受工頻耐壓試驗(yàn)或陡波沖擊試驗(yàn)，可知發(fā)熱點(diǎn)為內(nèi)絕緣界面局部放電進(jìn)展的位置。

三、超聲波檢測(cè)法

1、超聲波檢測(cè)法的原理

超聲波檢測(cè)作為無(wú)損檢測(cè)的一種方法，在金屬類器件的波檢測(cè)上得到了廣泛的應(yīng)用。超聲波檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)儀發(fā)出高頻脈沖電信號(hào)加在探頭的壓電晶片上，由于逆壓電效應(yīng)，晶片產(chǎn)生彈性形變，從而產(chǎn)生超聲波;超聲波經(jīng)耦合后傳入被探工件中，遇到異質(zhì)界面時(shí)產(chǎn)生反射， 反射回來(lái)的超聲波同樣作用到探頭上，正壓電效應(yīng)使探頭晶片上產(chǎn)生放電信號(hào)。通過(guò)分析晶片上的電信號(hào)，就可以知道被探工件中的缺陷等信息。

超聲波檢測(cè)有縱波斜角超聲波檢測(cè)和爬波超聲波檢測(cè)。縱波斜角超聲波檢測(cè)速度較慢， 但可檢測(cè)絕緣子的中心部位，爬波檢測(cè)速度較快，探測(cè)表面下1～15mm 的裂紋非常敏感。由于受到變電站停電時(shí)間的限制，在超聲波現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)多用爬波檢測(cè)。在進(jìn)行測(cè)量前，先要利用標(biāo)準(zhǔn)試塊，作出 DAC(Distance- Amplitude- Calibrate) 曲 線，DAC 曲線顯示了距離不同缺陷位置的反射波幅值，通過(guò)對(duì)比測(cè)量波形和 DAC 曲線來(lái)判斷被測(cè)試品中是否有缺陷。

2、檢測(cè)方法

以檢測(cè)瓷瓶為例，由于瓷瓶斷裂多是在法蘭口內(nèi) 3 cm 到第一瓷沿之間。在測(cè)量時(shí)，將探頭放置在鑄鐵法蘭和第一個(gè)瓷沿之間，前方對(duì)法蘭口，徑向移動(dòng)一周( 或 4～5 點(diǎn))，觀察測(cè)量得到的波形，如果測(cè)量波形中有幅值較大的波峰，將探頭在該處沿軸向和徑向移動(dòng)， 以便進(jìn)一步確定裂紋的大小和位置。在法蘭和瓷瓶相交處一般有部分砂層覆蓋，探頭應(yīng)該放置在砂層過(guò)渡區(qū)后，探測(cè)位置如圖1-1所示。

圖1-1 探測(cè)位置圖

四、紅外測(cè)溫法

絕緣子發(fā)生電暈放電或泄漏電流流過(guò)絕緣物質(zhì)時(shí)的電阻損耗都可引起絕緣子局部溫度升高。紅外測(cè)溫技術(shù)就是利用觀察絕緣子局部發(fā)熱所發(fā)出的紅外線來(lái)發(fā)現(xiàn)缺陷。

現(xiàn)有的紅外測(cè)溫儀一般由光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)器、信號(hào)處理電路及顯示終端等組成。當(dāng)被測(cè)物體輻射的能量通過(guò)大氣媒介傳輸?shù)郊t外測(cè)溫儀上時(shí)，它內(nèi)部的光學(xué)系統(tǒng)會(huì)將輻射能量匯聚到探測(cè)器上，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過(guò)放大電路、補(bǔ)償電路及線性處理后，在終端顯示出被測(cè)物體的溫度。

紅外測(cè)溫儀具有攜帶方便、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。但測(cè)量易受陽(yáng)光、大風(fēng)、潮氣、環(huán)境溫度及一些能引起絕緣子表面溫度急劇變化因素的影響，測(cè)量結(jié)果不是很準(zhǔn)確。

五、無(wú)線電波法

不良絕緣子發(fā)生電暈放電時(shí)，會(huì)發(fā)出一定頻率的電磁波，無(wú)線電波法就是根據(jù)接收電磁波的天線的方向和電磁波的強(qiáng)度來(lái)判斷被測(cè)絕緣子是否存在缺陷的。

無(wú)線電波法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便的優(yōu)點(diǎn)，但其抗干擾能力差，靈敏度低。

六、激光多譜勒法

存在裂縫的絕緣子的振動(dòng)中心頻率與正常絕緣子有很大差異。將超聲波發(fā)生器所發(fā)出的超聲波，用拋物型反射鏡或用激光源對(duì)準(zhǔn)被測(cè)絕緣子，以激起絕緣子的微小振動(dòng)，然后將激光多譜勒儀發(fā)出的激光對(duì)準(zhǔn)被測(cè)絕緣子，根據(jù)反射回來(lái)的信號(hào)的頻譜分析，即獲得該絕緣子的振動(dòng)中心頻率值，據(jù)此可判斷被測(cè)絕緣子的好壞。

由于該儀器對(duì)未開(kāi)裂的絕緣子檢測(cè)無(wú)效以及操作復(fù)雜、體積龐大、笨重、使用維修復(fù)雜、造價(jià)高等缺點(diǎn)，沒(méi)有廣泛使用。

七、電場(chǎng)測(cè)量法

運(yùn)行中的絕緣子，正常狀態(tài)下電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)沿絕緣子軸向的變化曲線是光滑的。當(dāng)絕緣子存在導(dǎo)通性缺陷時(shí)，勢(shì)必影響絕緣子周圍的電場(chǎng)分布(包括絕緣子沿芯棒方向的縱向電場(chǎng)和沿橫截面半徑方向的徑向電場(chǎng))，使該處電位變?yōu)槌?shù)，故其電場(chǎng)強(qiáng)度將突然降低，電場(chǎng)分布曲線也不再光滑,而是在相應(yīng)的位置上有畸變。故對(duì)比所測(cè)絕緣子與良好絕緣子的縱向電場(chǎng)，找出電場(chǎng)異?；兾恢?，即可找到內(nèi)絕緣缺陷的位置。

電場(chǎng)法利用電場(chǎng)來(lái)檢測(cè)絕緣子，能直接反映絕緣子的絕緣狀況，因此受干擾的影響較小， 但需登桿操作且不能檢測(cè)一些不影響電場(chǎng)分布的外絕緣缺陷如傘裙破損等。此法可與觀察法結(jié)合使用。

八、泄漏電流檢測(cè)法

絕緣子在正常工作條件下，其絕緣電阻值非常大。但存在缺陷時(shí)，其絕緣電阻值將會(huì)大大降低，從而流過(guò)一定的泄漏電流。泄漏電流檢測(cè)法就是通過(guò)用電流傳感器測(cè)得此電流的大小，得到絕緣子的絕緣電阻值，從而判定其是否完好。

現(xiàn)有的泄漏電流檢測(cè)系統(tǒng)大都是將一集流環(huán)固定在絕緣子串的一端而獲得流過(guò)該絕緣子串的泄漏電流，然后通過(guò)雙層屏蔽電纜將其送往電流傳感器進(jìn)行放大，再將此信號(hào)連同各種干擾信號(hào)一起經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡輸往專家軟件系統(tǒng)進(jìn)行診斷處理。

泄漏電流檢測(cè)法可以用于對(duì)絕緣子的在線檢測(cè)，實(shí)時(shí)反映絕緣子的狀況。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于受線路表面污穢、電壓的變化、桿塔結(jié)構(gòu)、絕緣子形狀、老化程度及天氣狀況 (如溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向) 等因素的影響，每次采集的泄漏電流的大小都需要重新確立判斷標(biāo)準(zhǔn)，且要對(duì)每一串絕緣子進(jìn)行在線檢測(cè)，該方法成本很高。

九、脈沖電流法

脈沖電流法通過(guò)測(cè)量絕緣子電暈脈沖電流的方法來(lái)判斷絕緣子的絕緣狀況。其原理是： 劣質(zhì)絕緣子的絕緣電阻很低，使其它正常絕緣子在絕緣子串上承受電壓明顯大于正常時(shí)的承受電壓，因而回路阻抗變小，絕緣子電暈現(xiàn)象加劇，電暈脈沖電流必將變大;根據(jù)線路上存在劣質(zhì)絕緣子時(shí)電暈脈沖個(gè)數(shù)增多、幅值增大的現(xiàn)象, 即可檢出不良絕緣子。

綜上所述，非電量檢測(cè)法具有不與被測(cè)量物體直接接觸、沒(méi)有高壓絕緣問(wèn)題困擾的優(yōu)點(diǎn)， 但是在具體運(yùn)用時(shí)，需要外加多種輔助設(shè)備，因此檢測(cè)成本比較高，而且，檢測(cè)設(shè)備和被測(cè)物體都或多或少會(huì)受到外界環(huán)境因素的影響，再加上檢測(cè)設(shè)備本身的不完善和使用過(guò)程中人工操作的誤差，廣泛應(yīng)用有一定的難度。

電量檢測(cè)法是利用有缺陷絕緣子發(fā)生電暈放電所產(chǎn)生的特征量來(lái)檢測(cè)的。由于電量法直接利用絕緣子本身產(chǎn)生的特征量進(jìn)行檢測(cè)，所以不用另外加輔助測(cè)試設(shè)備，檢測(cè)手段比較直接，所測(cè)特征量能夠明確反映絕緣子的缺陷狀況，可以用于實(shí)時(shí)在線檢測(cè)絕緣子的狀況。但是由于電量檢測(cè)法直接與被測(cè)物體接觸，就為發(fā)生漏電和操作人員觸電事故埋下了安全隱患，所以必須對(duì)檢測(cè)設(shè)備和操作人員的安全問(wèn)題著重考慮，以免引起不必要的事故。