一種直流輸電工程絕緣子串缺陷在線檢測方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種直流輸電工程絕緣子串缺陷在線檢測方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 絕緣子是連接高壓輸電線桿（塔）與輸電導(dǎo)線的一種絕緣體，它不僅要求具有較 強(qiáng)的機(jī)械特性，而且還應(yīng)具有良好的絕緣性能。由于絕緣子長期處于運(yùn)行電壓的作用之下， 絕緣子串與導(dǎo)線、鐵塔及金具之間雜散電容的存在，使得沿絕緣子串的電壓分布不均勻，加 上露天環(huán)境的侵蝕，絕緣子的絕緣性能有可能出現(xiàn)劣化，產(chǎn)生不良絕緣子，對電網(wǎng)安全、可 靠運(yùn)行帶來極大的威脅。國內(nèi)由于不良絕緣子所造成的事故時常發(fā)生，已給國民經(jīng)濟(jì)造成 了巨大的損失。因此，帶電檢測線路的不良絕緣子已成為國內(nèi)外電力部門十分關(guān)注的一個 問題。
[0003] 目前國內(nèi)外在現(xiàn)場對絕緣子老化的檢測方法比較多，諸如，火花間隙檢測桿、靜電 式檢測器、多功能高電壓測試儀等。這些方法各有利弊，也為解決生產(chǎn)中的實(shí)際問題起了積 極的作用，特別適用于220kV及以下輸電線路的絕緣子檢測。由于上述方法都是通過絕緣 操作桿間接進(jìn)行檢測，而超高壓輸電線路絕緣子懸掛長度較長，使用絕緣操作桿檢測時，因 為力矩大操作困難，故這些方法不適用超高壓輸電輸電線路。
[0004] 由于不良絕緣子的局部放電可以產(chǎn)生電磁波并向四周傳播，所以可以利用天線來 接收這種電磁波并根據(jù)天線的方向和所接收到的電磁波強(qiáng)度來判斷不良絕緣子的存在。這 種方法的特點(diǎn)是簡便易行，可以帶電檢則。日本和我國都曾研究過此方法。但這種方法的 抗干擾能力差，易受其它電渡的干擾，且靈敏度低，測量準(zhǔn)確度不高，因此，這種方法應(yīng)用較 少。
[0005] 隨著紅外技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，產(chǎn)生了利用絕緣子表面的熱效應(yīng)原理對絕緣子進(jìn)行 在線檢測的方法，這種方法對涂有半導(dǎo)體釉的絕緣子非常有效。因?yàn)榇祟惤^緣子在線帶電 運(yùn)行時，正常絕緣子的表面泄漏電流較大，溫升較高；而劣質(zhì)絕緣子的表面溫度比正常絕緣 子低好幾度，用紅外熱像儀易于識別。但對普通釉的瓷質(zhì)絕緣子，其正常絕緣子的表面溫度 比劣質(zhì)絕緣子的表面溫度僅相差1°C左右，在復(fù)雜的氣象條件和現(xiàn)場環(huán)境下測量極其困難。
[0006] 現(xiàn)有的處理方法中，紅外熱成像投術(shù)檢測不良絕緣子的方法具有較強(qiáng)的抗干擾能 力。且可以帶電測量，但該方法的成本很高，難于定量分析。當(dāng)太陽光較強(qiáng)時，背景影響大、 不易測量。
[0007] 交流輸電工程沿絕緣子串電位分布不均勻，各片絕緣子上承擔(dān)的電壓分布呈"U" 形，靠近導(dǎo)線的高壓側(cè)幾片絕緣子的分布電壓最高，特別對超高壓線路由于電壓等級增高， 絕緣子串加長，這一問題顯得更為突出，在強(qiáng)電場作用下絕緣子容易起暈、劣化，不利于絕 緣子串的安全運(yùn)行。當(dāng)絕緣子串存在劣質(zhì)絕緣子時，劣質(zhì)絕緣子不僅會使自身承擔(dān)的電壓 下降，還會引起該絕緣子串其他各個絕緣子的分布電壓與標(biāo)準(zhǔn)分布電壓之間產(chǎn)生差異。因 此，通過測量絕緣子串電壓分布可有效表征劣質(zhì)絕緣子在絕緣子串中的不同位置及劣化程 度。
[0008] 直流輸電工程電壓的幅值和相位均不發(fā)生變化，不能沿用交流檢測方法，綜上所 述，目前國內(nèi)外缺乏有效的直流輸電工程絕緣子串缺陷檢測方法和裝置，需針對直流輸電 工程特點(diǎn)建立理論計算模型并開展典型實(shí)例分析，提出直流輸電工程絕緣子串缺陷檢測方 法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種直流輸電工程絕緣子串缺陷在線檢測方法 及裝置，本發(fā)明有效的解決了現(xiàn)有直流輸電工程絕緣子串缺陷檢測方法不足的問題與直流 輸電工程絕緣子串缺陷檢測裝置缺乏問題。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0011] 一種直流輸電工程絕緣子串缺陷在線檢測裝置，包括：檢測信號產(chǎn)生模塊、反饋信 號處理模塊和信號比較模塊，其中：
[0012] 所述檢測信號產(chǎn)生模塊，用于將24V直流電壓通過逆變器轉(zhuǎn)換為220V交流電壓， 220V交流電壓通過變頻器轉(zhuǎn)換為350Hz，最終轉(zhuǎn)換成幅值220V、頻率350Hz、相位為0°的信 號，將信號施加于單片絕緣子的一端；
[0013] 所述反饋信號處理模塊，采集被施加了檢測信號的單片絕緣子另一端信號，通過 隔離、濾除直流信號，采用分壓電路對信號降壓處理，對降壓處理后的信號通過數(shù)字濾波器 濾除干擾，并獲取350Hz反饋信號；
[0014] 所述信號比較模塊，采集與源同類的信號，形成反饋信號，將反饋信號與標(biāo)準(zhǔn)信號 進(jìn)行比較判斷絕緣子串缺陷情況。
[0015] 所述信號比較模塊，將獲取的350Hz反饋信號與標(biāo)準(zhǔn)信號幅值進(jìn)行比較，若兩種 信號幅值差距相差5倍以上，則說明該單片絕緣子存在缺陷。
[0016] 所述標(biāo)準(zhǔn)信號為檢測信號施加在無損壞的單片絕緣子上后獲取的350Hz信號。
[0017] 所述絕緣子串缺陷在線檢測裝置設(shè)置于絕緣子串攀爬機(jī)器人上。
[0018] 所述絕緣子串攀爬機(jī)器人沿絕緣子串逐片進(jìn)行攀爬。
[0019] 直流輸電工程絕緣子串缺陷在線檢測方法，包括：
[0020] (1)絕緣子串攀爬機(jī)器人的兩個觸腳分別與待測絕緣子的絕緣金具和其后端絕緣 子的絕緣金具相連；
[0021] (2)向待測絕緣子的絕緣金具施加220V、頻率為350Hz檢測信號，通過其后端絕緣 子的絕緣金具采集反饋信號，并與標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行比較；
[0022] (3)判斷絕緣子狀態(tài)，如果絕緣子存在缺陷，通過絕緣子串攀爬機(jī)器人記錄絕緣子 缺陷等級及片數(shù)；
[0023] (4)繼續(xù)檢測后端的絕緣子，直到完成整串絕緣子檢測，通過機(jī)器人完成整串絕緣 子缺陷狀態(tài)記錄。
[0024] 所述步驟（2)中，將單片絕緣子串聯(lián)檢測電路中，并施加220V、頻率為350Hz、相位 為0°的檢測信號，采集通過單片絕緣子分壓之后的反饋信號。
[0025] 所述步驟（3)中，比較反饋信號與標(biāo)準(zhǔn)信號幅值，通過以下標(biāo)準(zhǔn)確定絕緣子缺陷 等級：
[0026] 反饋信號幅值的3倍<標(biāo)準(zhǔn)信號絕緣子運(yùn)行狀態(tài)良好；
[0027] 反饋信號幅值的5倍<標(biāo)準(zhǔn)信號絕緣子運(yùn)行狀態(tài)一般；
[0028] 反饋信號幅值的10倍<標(biāo)準(zhǔn)信號零值絕緣子。
[0029] 本發(fā)明的有益效果為：
[0030] 絕緣子串攀爬機(jī)器人攜帶本發(fā)明裝置，逐片施加幅值220V、頻率350Hz信號，并采 集通過單片絕緣子后的反饋信號，與標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行比較，從而判斷絕緣子缺陷情況，可有效 解決采用人工直接接觸檢測絕緣串使用電壓等級范圍小、絕緣操作桿長及操作不方便等問 題，大大減輕了作業(yè)人員勞動強(qiáng)度，確保了檢測結(jié)果可靠性。
【附圖說明】
[0031] 圖1為瓷絕緣子結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖2為瓷絕緣子貫穿性故障示意圖；
[0033] 圖3為瓷絕緣子串示意圖；
[0034] 圖4為第1、2片之間的電容示意圖；
[0035] 圖5為第1、3片之間的電容示意圖；
[0036] 圖6為實(shí)施例操作示意圖。
[0037] 其中，1、第一片絕緣子；
[0038] 2、第二片絕緣子；
[0039] 3、第三片絕緣子；
[0040] a為第一片絕緣子金具；
[0041] b為第二片絕緣子金具；
[0042] c為第三片絕緣子金具；
[0043] d為第四片絕緣子金具；
[0044] e為絕緣子攀爬機(jī)器人；
[0045] f?為絕緣子缺陷檢測設(shè)備；
[0046] g為絕緣子串攀爬機(jī)器人觸腳。
【具體實(shí)施方式】：
[0047] 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0048] 現(xiàn)有的方法為：將高壓線路上的絕緣子串視為夾在兩個金屬電極之間的連續(xù)絕緣 體。絕緣子的傘裙對電場分布幾乎沒有影響。理論電壓分布曲線是根據(jù)電磁場理論計算的 電場強(qiáng)度沿絕緣子軸向的變化曲線。一般情況下該曲線是光滑的連續(xù)曲線，呈"U"形狀（又 稱之為不對稱馬鞍形）。當(dāng)絕緣子在導(dǎo)通性存在缺陷時，"壞點(diǎn)"電位為一常數(shù)。由于電場 強(qiáng)度是電位沿長度的變化率，因此"特變奇點(diǎn)"破壞了"連續(xù)性"，各絕緣子在實(shí)際使用中性 能逐漸變化（劣化），其實(shí)際分擔(dān)的電壓中的實(shí)際電壓分布發(fā)生變化。當(dāng)某絕緣子故障漸變 嚴(yán)重時，該處的曲線更加下凹。因此，通過測量絕緣子串電壓分布可有效表征劣質(zhì)絕緣子在 絕緣子串中的不同位置及劣化程度。實(shí)際測量過程中，需要施加檢測信號，由于絕緣子串首 尾跨度大，不可能完成絕緣子整串電壓分布測量，因此通過逐片檢測比較方式確定整串絕 緣子缺陷情況。
[0049] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：
[0050] (1)解決現(xiàn)有直流輸電工程絕緣子串缺陷檢測方法不足的問題。直流輸電工程與 交流輸電工程不同不能直接測量絕緣子串電壓分布判斷絕緣子串缺陷情況，加上直流電場 分布受外界影響因素多，并且存在直流離子流，因此，直流輸電工程絕緣子串缺陷檢測需采 用一種新型的檢測方法。
[0051] (2)解決直流輸電工程絕緣子串缺陷檢測裝置缺乏問題。針對不同種類絕緣子串 特點(diǎn)開發(fā)缺陷檢測裝置，并通過絕緣子串攀爬機(jī)器人攜帶逐片檢測，有效解決直流輸電工 程絕緣子串缺陷檢測裝置缺乏問題。
[0052] 本發(fā)明的具體方法包括：
[0053] (1)理論計算模型
[0054] a)劣化絕緣子自身等效電容
[0055]電容的通用表達(dá)式為：
[0057] e為材料介電常數(shù)，S為電容極板的正對面積，d為電容極板的距離。瓷絕緣子的 結(jié)構(gòu)如圖1所示，H表示高度，D表示盤徑：
[0058] ±800kV直流輸電線路瓷絕緣子片的尺寸可取為H= 240mm，D= 400mm。絕緣子 片自身等效電容一般為30~60pF，稱其為Cb。假設(shè)瓷絕緣子發(fā)生貫穿性故障（小間隙擊 穿故障），如圖2中所示。
[0059] 這種情況下，自身等效電容相當(dāng)于兩個電容并聯(lián)：兩端金具經(jīng)由瓷質(zhì)材料的電容 與經(jīng)由空氣間隙的電容。一般而言，貫穿性間隙都比較小，因而第一個電容值與Cb相差不 大，姑且認(rèn)為其就是Cb。