绝缘子在线检测系统

摘 要：绝缘子类型不同，其故障表现形式也存在差异，绝缘子常见故障包括内部裂隙、表面破损、绝缘阻抗下降、污闪等，当绝缘子串中存在不良绝缘子时，玻璃材质的绝缘子或普通釉绝缘子温度受其影响较小，而不良半导体釉绝缘子温度会发生较大幅度的变化。在日常维护管理中，高压绝缘子的检测方法选择较多，而且绝缘子分布广、安装点比较特殊，故绝缘子检测难度相对较大。然而在实际工作中，加强绝缘子的在

1 绝缘在线检测的好处分析

绝缘状态维修通常以电气绝缘的在线监测及诊断为基础，实际工作中要利用各种在线监测方法对设备的实时绝缘状态做出准确诊断，再根据设备绝缘的工作特点、变化趋势判断设备的运行状态，工对检修计划做出调整。具体而言，绝缘在线检测的优势主要体现在以下几个方面：首先，实时性。即使电气设备处于运行状态，也可以通过在线检测技术发现绝缘问题，以及时发现事故隐患，提高电网运行的稳定性与可靠性。其次，提高工作效率。在线检测可完全取代传统停电预防性试验，不仅降低了试验成本，而且减少了电气设备的停电时间，大大提高了工作效果。最后，针对老旧设备检测效果好。一些老旧设备通常存在已知缺陷，在线监测技术可对其进行针对性检测，以便于及时发现问题及时排除，保证设备运行的稳定性，合理延长老旧设备的使用寿命。事实上电气设备的寿命决定了它的运行年数，而应由其绝缘实际状况决定其能否继续使用，因而提出了“绝缘年龄”的概念。若绝缘寿命已尽，设备即退出运行。可以预料，状态维修的目标和发展趋势就是对设备绝缘。

高压绝缘子在线检测方法包括非接触式与接触式检测法两种，其中非接触式检测法顾名思义就是不接触绝缘子对其运行状态进行检测，因此其主要方法包括超声波检测法、激光多普勒振动法、红外测温法、声波检测法、无线电波检测法、电晕摄像机检测法等等。当然，不同的检测方法其原理不同，检测的优缺点也各不相同。（1）超声波检测法检测时，如果绝缘子存在裂隙，在超声波进入或穿过绝缘子时，裂隙处的超声波会出现反射、折射及模式变换，超声波发射及接收装置即可准确的检测出开裂的绝缘子、劣质的绝缘子，当然超声波检测法也存在一定不足，比如针对未开裂绝缘子不起作用，且超声波本身存在耦合、衰减的特点，需要现场逐一检测。（2）激光多普勒振动法主要利用开裂绝缘子振动中心频率与正常绝缘子不同的特点进行检测，与超声波检测法一样，激光多普勒振动法对未开裂绝缘子作用不大，且设备成本高、体积大，不便于携带；且日常维修、操作复杂，不适用于野外作业；并且检测过程中要逐个检测，检测效率不高。（3）红外测温法的检测原理主要是利用绝缘子表面电流引起的热效应进行检测，不过该检测方法在半导体釉绝缘子检测中的效果比较明显，而对普通釉瓷绝缘子及玻璃绝缘子没有明显的检测效果；而且红外测温检测仪器设备成本高，并且受环境因素影响明显，同样需要逐个检测，检测效率低。（4）声波检测法主要是根据声波信号的强弱对绝缘子质量进行检测，利用声波接收装置接收不良绝缘子放电发出的声波，最终做出判断；相比超声波检测法、激光多普勒振动法及红外测温检测法相比，声波检测法最大的优势在于设备简单、便于操作，不过环境背景噪声对其影响较大，同样需要逐个检测，有时甚至要登杆登塔检测，检测效率较低。（5）无线电波检测法主要利用电磁波的原理进行检测，不良绝缘子放电会发出电磁波，再根据接收电磁波天线的方法、强度对绝缘子的质量做出评价。相比其它检测方法，电磁波接收设备简单、操作便利，不过其抗干扰能力差，灵敏度不高，同样需要逐个检测，工作效率不高。（6）电晕摄像法主要是根据正常绝缘子上电晕现象增强的原理进行检测，通过电晕摄像机可以清晰的检测以电晕放电，且阳光的辐射影响小。不过电晕摄像法无法观察到绝缘子的内部放电，且设造成本高，同样需要逐个检测。

接触式检测法即要接触绝缘子进行检测，主要方法包括电压分布法、泄漏电流检测法及脉冲电流检测法等。

2 绝缘子电压分布在线检测技术

检测电压分布的方法很多，早期大多采用短路叉、火花间隙或小型静电电压表等方法。其中短路叉及火花隙法较简单，而且由于两触头之间的电容小，对绝缘子串原有的电压分布影响很小。但短路叉法是依靠该片绝缘子被短路时所发出的火花及放电声来检别，当周围坏境噪声高时准确度低。火花间隙法用一可调的放电间隙，可读出该片绝缘子所承受的电压数值，但读数的分散性相当大。如用绝缘杆将小型静电电压表放在靠近被测绝缘子进行测量，则可测出每片上承受的电压值，但由于静电电压表的极间电容（30～50pF）与绝缘子本身的电容（35～60pF）相近，并联时将影响该片绝缘子原来的电压分布值，而且表头小，绝缘杆长时更难以看清读数。现在多采用电阻杆或电容杆分压的方法，这样处于低电位的指示仪表易读数。

近几年来，国内外不断探索检测电压分布和不良绝缘子的新方法，这些方法主要有以下几种。

2.1 自爬式不良绝缘子检测器

当绝缘子串中片数很多，每片都要手持绝缘杆进行测量，不但劳动强度大，而且容易出错。自爬式不良绝缘子检测器主要由自爬驱动机构和绝缘电阻测量装置组成。在对垂直绝缘子串进行测量时，先将检测器置于最高绝缘子两端，然后利用重力依次向下移动。它在测量时用电容器将被测绝缘子的交流电压分量旁路，并在带电状态下测量绝缘子的绝缘电阻，根据直流绝缘电阻的大小判断绝缘子是否良好。如用于测量耐张串，可靠内藏的小型电动机驱动，依次测到另一侧。图1所示为用于500kV超高压线路的自爬式不良绝缘子检测器的检测系统框图。

2.2 电晕脉冲式检测器

在输电线路运行过程中绝缘子串是由不同的金属元件连接在一起的，金属材料的元件会产生电晕，并形成电晕脉冲电流，再通过铁塔流入地中。由于电晕电流对应的是各相电压，故其通常在特定的相位范围内产生。分开正负极性的电流后，同极性各相脉冲电流相位范围的宽度就会小于各相电压间的相位差，利用这一原理可以选择适当的相位，对其对应的脉冲电流进行分别观测。利用该原理开发出一种专门在地面上使用的检测器，如图2所示。检测系统由四部分组成：电晕脉冲信号检测回路、周期信号发生回路、各相电晕脉冲计数回路和显示回路、测量控制回路。这种检测器具有重量轻、体积小、不用登杆、检测效率较高等特点。

测量过程中要分别观察各相电晕脉冲，确定最大值、最小值后，根据二者的比值作为判断依据。假设同一杆塔，其三相绝缘子串均是质量合格者，则各相电晕脉冲不会受不良绝缘子的影响而保持平衡，此时电晕脉冲最大值与最小值接近，二者比值约等于1；反之同一杆塔中存在不良绝缘子，则其各相电晕脉冲最大值与最小值不同，其比值大于1处于不平衡状态，即可做出判断。实际检测过程中，可以先以铁塔为一个单元进行粗略检测，确定铁塔存在不良绝缘子后，再对整个铁塔所有绝缘子进行逐一检测。

2.3 电子光学探测器

在实际线路运行过程中，架空输电线路绝缘子串中每片绝缘子串、电压均是不均匀分布的，通常绝缘子与导线距离越近，电压降就越大，如果导线上存在零值绝缘子，就会重新分布沿绝缘子串的电压，这种条件下，绝缘子离导线越近，其电压就越高，甚至会导致表面局部放电强度弱强。根据这一原理，在分析绝缘子串的绝缘性能时只需分析表面局部放电时产生光辐射的强度即可。图3即为光电子学探测器的结构示意图。

G-被测绝缘子；J-照相胶卷；H-物镜光圈；O1、O2-输入、输出物镜；R-可调电阻；VDA-光电三极管；O3-透镜；CL-滤光器；x-光阴极；L-焦距调节；D-电源；P-荧光屏实际检测中，有缺陷的绝缘子串中表面局部放电的光辐射超过平均光辐射强度。但是，电子光学探测器仅能判断出绝缘子串中是否存在零值绝缘子，不能确定到底有几片零值绝缘子以及它们的位置。

2.4 声脉冲检测法

绝缘子上电压通过两个探头会组成一个回路，对电容器充电后再经放电管及扬声器放电，两个探头之间电压发生变化，扬声器发出声波的频率及发声间隔也会发生变化，因此检测过程中可对扬声器所发出的声脉冲周期、频率等参数进行检测，最终确定绝缘子的电压分布。

2.5 红外热像仪检测法

不良绝缘子与合格绝缘子的表面会存在极微小的温度差异，这种差异可以利用红外热像仪探知，通过红外热像仪直观的显示出绝缘子表面温度的热像图。正常情况下，不良绝缘子的电压较之正常绝缘子更低，其表面温度低于正常绝缘子，因此可以利用红外热像仪将这种微小的温度误差体现出来，将不良绝缘子检测出来。红外热像仪工作原理见图4。

2.6 激光振动检测法

随着光学技术的不断发展，激光技术在开裂绝缘子中的检测应用也越来越广泛，分析绝缘子的振动频谱可知，如绝缘子开裂，其中心频率会明显异于正常状态，如果应用抛物型反射镜将超声发生器所产生的超声波对准被测绝缘子激起微小振动，再将激光对准被测的绝缘子，分析反射回来的信号频谱，即可对绝缘子的状态做出分析，判断其是否已经发生开裂。

参考文献

[1]严璋.电力绝缘在线检测技术[M].中国电力出版社，1995.

[2]王雪，张冠军，严璋.国内高压绝缘子在线检测方法综述[D].西安交通大学电气工程学院.

[3]文远芳.高电压技术[M].华中科技大学出版社.