张婷娟

(国网黑龙江省电力有限公司伊春供电局,黑龙江伊春 153000)

区域小气候绝缘子泄漏电流监测分析

张婷娟

(国网黑龙江省电力有限公司伊春供电局,黑龙江伊春 153000)

目前,对于输电线路的外绝缘水平和清扫为主要手段的防污手段的传统防污闪工作,已不不能很好的适应大气环境污染的状况变化,原因之一是缺少关于绝缘子污秽程度的长期全面真实的信息。本项目的主要研究内容在于,将绝缘子闪络发生的原因与其周围小气候因素相结合,建立起一套完整的分析系统,以指引今后对绝缘子闪络原因的研究。基于此研究方向,在建立起泄漏电流在线监测的基础上,加设微型气象站系统,将实时的环境参量传输回后台软件中去,分析并导出最终发生闪络的原因,为后续其它输电线路的闪络研究提供科学数据。

绝缘子 泄露电流 小气候

随着科技进步和电力体制改革的不断深入和发展，输电线路的绝缘子监测越来越趋向于智能化，沉积在绝缘子表面的固体、液体和气体微粒与雾、毛毛雨、融冰、融雪等恶劣气象条件的同时作用，绝缘子表面污湿状态达到一定程度就会引起绝缘子污闪，使绝缘子的电气强度大大降低，从而是输电线路的变电站的绝缘子不仅可能在过电压作用下发生闪络，造成停电事故。现有的输电线路的外绝缘子水平和清扫为的传统的防污闪工作，已经不能适应大气环境污染状况变化，缺少关于绝缘子污秽程度的长期全面真实的信息。为此，根据现场运行的实际需要，开发了区域小气候绝缘子污秽电流监测系统，对现场运行起到了积极作用。

1 研究背景及意义

电力设备外绝缘污闪，是阻碍电力系统安全运行的难题之一。合成绝缘子和玻璃绝缘子的应用，并未从根本上改变防止污闪课题在电力系统中的重要性。当现场环境湿度变化、绝缘子表面污秽物过多、绝缘子覆冰、线路遭受雷击等原因发生闪络。不仅会烧坏绝缘子，还引起变电站的断路器跳闸，造成重大损失。因此，电力部门必须随时掌握高压输电线路的并分析导致闪络的起因，以便及时对线路进行抢修，恢复送电。针对传统输电线路绝缘子检测方法存在费时、费力、欠可靠等缺点，提出了一种实用的新型的绝缘子闪络在线监测系统。绝缘子在线监测可以及时掌握绝缘子的运行状况，节约了成本也提高了工作人员的效率，为指导绝缘子状态清扫提供了参考，能有效预防线路事故，提高线路运行和管理水平。

2 高压输电线路绝缘子

2.1 高压绝缘子

绝缘子由瓷质部分和金具两部分组成，中间用水泥粘合剂胶合。瓷质部分是保证绝缘子有良好的电气绝缘强度。高压绝缘子的作用有两个方面：一是牢固地支持和固定载流导体，二是将载流导体与地之间形成良好的绝缘。它应具有足够的绝缘强度和机械强度，同时对化学杂质的侵蚀具有足够的抗御能力。

2.2 高压绝缘子具有明显的优点:

图1 监测系统构成

(1)抗污闪性强高压绝缘子表面具有憎水性，水在上面呈颖粒状，不易形成导电通路，加上高压绝缘子伞盘直径小、爬距大、表面电阻高、泄漏电流小。故有较高的污闪电压。

(2)强度大、质量轻：因为棒芯其有很高的抗张强度，故高压绝缘子可以做得很轻便可减轻杆塔受力，减少安装维护强度节约大量费用。

(3)抗老化性好：高压支柱绝缘子具有良好的耐腐蚀、抗老化性能。

2.3 影响因素

由于东北地区是我国纬度位置最高的区域，冬季寒冷，属温带、寒带之间的大陆性季风气候。年平均气温在-4～4摄氏度。气温由南向北降低，南北差8摄氏度。夏季气温高，降水多，光照时间长，对绝缘子的老化，绝缘能的损坏极其严重，绝缘子表面覆冰，绝缘性能降低，就容易产生泄露电流，对输电线路将是一大危害，监测难度大。

3 区域小气候绝缘子泄漏电流监测原理分析

3.1 泄露电流的发展过程

绝缘子表面泄露电流是指在运行电压下流过绝缘子子表面的电流，它能够实时反映电压、大气环境(雾、温度、相对湿度等)与污秽等动态参数对绝缘子的影响。由于绝缘子结构、形状以及表面污层分布及其受潮程度不均等因素的影响，绝缘子表面泄漏电流密度存在很大差异，在泄漏电流焦耳热作用下，表面电压分布随之改变，干燥区所承受的电压逐渐增大[1]。随着表面干燥区放电的逐渐增多、增强与延伸，绝缘子表面出现局部电弧；当污层电阻不断减小而泄漏电流不断增大时，电弧就会贯穿绝缘子两侧金具引发闪络。

3.2 区域小气候对绝缘子的影响

污秽表面的湿润，将使泄漏电流大大增加，引起闪络电压值的降低。污秽绝缘子表面的湿润由相对湿度、绝缘子表面与周围空气的温差等产生。长期的运行经验表明，雾、露、毛毛雨最容易引起绝缘子的污秽放电，其中雾的威胁性最大。

雾是悬浮于空气中的由蒸汽冷凝而成的水滴，平均半径有5～7μm，能够使污层充分湿润，使污层中的电解质成分溶解，但又不使污层被冲洗掉，在这种条件下污层的电导率最大，污闪电压最低。露是空气中水分在温度低于周围空气时的冷凝物，是容易造成污闪的气象条件，在埃及较干燥的沙漠地区曾发生由凝露引起的严重污闪事故。

随着海拔增高，污闪事故也相对增多，随着海拔升高，气压降低，各种线路绝缘子的直流和交流污闪电压均有规律的降低，污闪电压U和气压P之间呈现非线性关系[2]，可表示为：

U0为正常大气压P0下的污闪电压，下降指数n反映气压对于污闪电压的影响程度

3.3 小气候与监测泄露电流相结合的分析方法

外在环境的小气候因素，例如温度、湿度、风向以及风力大小等都将成为研究绝缘子发生闪络的潜在原因。研究将绝缘子闪络发生的原因与其周围小气候因素相结合，建立起一套完整的分析系统，以指引今后对绝缘子闪络原因的研究。基于此研究方向，在建立起泄漏电流在线监测的基础上，加设微型气象站系统，将实时的环境参量传输回后台软件中去，后台软件系统将服务器报表、泄漏电流与环境温湿度变化对比曲线、泄漏电流脉冲波形等多种分析手段对运行中绝缘子的泄漏电流进行定性、定量分析和趋势预测，通过采集大量的数据，建立起一个温度、湿度、风速等小气候气象参数与泄露值数值相对应的数据库，使得到的数据更加的全面且准确。通过大量的比对，研究，分析并导出最终发生闪络的原因，为后续其它输电线路的闪络研究提供科学数据。

4 泄露电流检测系统

4.1 区域小气候输电线路闪络系统主要研究内容

区域小气候输电线路闪络系统主要研究内容在于，将绝缘子闪络发生的原因与其周围小气候因素相结合，建立起一套完整的分析系统，以指引今后对绝缘子闪络原因的研究。基于此研究方向，在建立起泄漏电流在线监测的基础上，加设微型气象站系统，将实时的环境参量传输回后台软件中去，分析并导出最终发生闪络的原因，为后续其它输电线路的闪络研究提供科学数据。

区域小气候输电线路闪络系统是将传感器与绝缘连接器的一端连接于绝缘子串从上到下的第一个绝缘子的低端，主保护单元安装在绝缘子串的顶端铁架上面，并与绝缘子串的另一端相连接，数据采集器与太阳能电池同时安装在铁塔上面，利用连接线将它们相连。

通过传感器测得的数据传送给数据采集器，数据采集器利用天线将数据发送给计算机，通过专家诊断软件进行分析泄漏电流值、局部放电强度，从而及时了解绝缘子的受污染程度(图1)。

4.2 泄露电流信号处理

为确定绝缘子的污秽程度，定量地划分污秽水平，表征污秽绝缘子运行状态的特征量，提出了很多污秽参数。目前，常用的测量绝缘子表面污秽程度的方法有等值附盐密度法＜ESDD＞[3]。测量污层电导率法和测量绝缘子表面泄漏电流法[2]，而污秽绝缘子的泄漏电流是指在运行电压作用下污秽受潮时测得的流过绝缘子表面污层的电流，它是电压、气候、污秽3个要素的综合反映了因此该系统采用测量泄漏电流方法来衡量绝缘子污秽程度。

4.3 防电磁干扰技术

输电线路高压实时在线检测必须有效的防止电磁干扰因素对检测结果造成的影响。此系统采用了多层屏蔽技术建造，机壳及传感器外壳采用防磁金属材料，有效屏蔽电磁干扰。数据传输线缆采用3层屏蔽室外线缆，各种接头采用金属航空头，屏蔽、防水、防尘、连接可靠。极强的抗干扰、抗雷击、确保系统运行稳定可靠。采用系统接地抗干扰设计，数据采集信号双端差分输入[4]，模拟信号及数字信号全部采用严格的工业过程优化控制技术，可确保数据采集的准确和可靠。

5 结语

本文采用本文设计了一种区域小气候绝缘子泄露电流检测系统，将泄漏电流通过双层屏蔽线引入到数据采集单元中。分析了泄漏电流峰值处受干扰现象表现明显的原因，同时也为研究污闪提供了一种可行的方法，采用该引流器，不影响线路正常运行。设计了适用于泄漏电流采集的传感器之后，采用一种基于高速数据采集卡的计算机数据采集系统，该系统的特点是采集和处理都由上位机完成。

该系统现已在黑龙江地区输电网络进行了实际运行，性能稳定，满足对高压输电线绝缘子污秽程度的检测要求。

[1]微波干涉仪技术仪技术说明书.

[2]蔡伟,李敏,杨颜红.污秽绝缘子再线监测系统的设计与实现[期刊论文].电力系统自动化,2002(17).

[3]王建赜,冉启文,纪延超.基于泄漏电流的时变谐波检测[期刊论文].电力系统自动化,1998(08).

[4]任震,黄群古,何建军.小波分析及其在电力系统中的应用,2003.

At present,for the transmission line of external insulation level and cleaning antifouling method as the main method and the traditional anti pollution flashover work, has not well adapted to the change of atmospheric environment pollution situation, one of the reasons is the lack of comprehensive information about the real long-term contaminated degree of insulator.The main research contents of this project is to combine the reason, and the surrounding microclimate factors of insulator flashover occurs, establish a complete analysis system, to guide future research on insulator flashover reason.This research direction based on leakage current online monitoring, based on established, adding Mini weather station system, the environment parameter transmission realtime backstage software, analyzed and derived ultimately cause flashover, flashover for other research and provide scientific data for transmission line.

I Insulator;leakage current;microclimate.

张婷娟(1981—),女,本科,研究方向为电力系统输电管理等。