刍议高电压绝缘子在线检测方法
摘要：运行电力设备的绝缘状态对电力系统的安全运行至关重要，长期以来电力系统沿用传统的定期试验方式来检测高压设备的绝缘。但由于预防性试验电压远远低于实际运行电压，往往不能发现设备绝缘缺陷，且定期的电网断电，将给国民经济造成损失。本文针对我国高电压绝缘子在线检测技术作出了介绍，为电力系统的安全运行，提供了可靠的保证。
关键词：电气设备；绝缘故障；特征量；泄漏电流法；脉冲电流法
中图分类号：U223.5+11文献标识码：A
1 电气设备的绝缘故障
电力设备绝缘的老化是一个渐变过程, 如果不及时发现，就可能导致电力设备发生故障，甚至引发突发性的电力事故，造成巨大的直接和间接经济损失。一般来说高压绝缘子故障主要有以下两个方面:
1.1 电气事故
我国现行变电站设备污秽设计原则是爬电比距法,确定的绝缘水平应慎重考虑所选绝缘子的爬电距离有效系数。雷击等异常电压或污秽闪络等情况下，绝缘体表面发生高低温聚变，也可导致绝缘子损坏。
1.2 机械事故
高压绝缘子一般是高温烧结成的陶瓷或高分子合成材料。如大风、雨雪、覆冰、日晒等,使其附加应力增大，若瓷绝缘子存在微小缺陷，就容易在该处形成应力集中造成破坏。
2 电气设备绝缘在线检测的重要性
电气设备绝缘在线检测有下列优点:
不需要停电就可以了解运行设备的绝缘状况(包括变压器、电抗器的局部放电位置) 减少停电对国民经济的影响; 在运行电压下，绝缘的缺陷容易暴露出来;可对运行中的电力设备的绝缘进行跟踪监测，及时发现设备内部的故障隐患;绝缘在线检测所得到的数据为设备的“状态检修“提供依据。
3 电气设备绝缘的特征量
电气设备绝缘状态通常是通过以下几个特征量来表示:
3.1 局部放电量、放电位置
运行中绝缘材料若存在缺陷，会导致其内部放电，日长月久就可能导致放电部位扩大。
3.2 介质损耗因数(tg?啄)
它是表明设备绝缘状态的重要参数之一，当测得设备的 值大时，说明设备绝缘受潮，电导电流增大或内部局部放电，设备正常时其tg?啄值在0.1%～0.8%之间。
3.3 泄漏电流
对于一些设备不能测量tg?啄值时，也可以用测量泄漏电流的方法确定设备绝缘受潮或损坏程度。
4 非接触式与接触式检测法
4.1 非接触式
非接触式检测法主要包括超声波检测法、激光多普勒振动法、红外测温法、紫外线电晕成像法、声波检测及无线电波检测法等。非接触式检测法中多数方法都对某一种或某几种类型的故障检测效果明显，但对其他类型的故障难以检测出，且设备造价昂贵。设备简单、操作方便的检测设备，其检测效果多数不是很理想。虽多数方法可不登杆登塔，但需到现场逐个进行检测。
4.2 接触式
接触式检测法按工作原理主要有电压分布法、泄漏电流检测法及脉冲电流检测法等。
4.2.1 电压分布法
目前很多实验和理论研究已经证明，正常绝缘子串的电压分布为不完全马鞍型，即靠近导线处绝缘子所承受的电压最高，约为接地端绝缘子所承受电压的1.7～3.0倍，而绝缘子串中间部分所承受的电压最低。当出现不良绝缘子时，绝缘子串上的电压将重新分布，如把实际测得电压分布与正常时绝缘子串上的电压分布作比较，有利于判断不良绝缘子是否存在。目前国内利用电压分布原理进行绝缘子检测的方法较多，主要有短路叉法、火花间隙法、光电式检测杆法、声脉冲检测法等。
短路叉法及火花间隙法是早期绝缘子检测的主要方法。短路叉法是依靠单片绝缘子短路时所发出的火花及放电声音来检测不良绝缘子。测试结果受周围环境背景噪声影响很大，且因测试人员的判断不同而异；火花间隙法是用可调间隙来测量每片绝缘子上的电压，主要缺点是读数分散性大。两种方法最主要的优点是测试设备原理简单、操作方便; 最大的缺点是准确度低，且都要登杆登塔，因而劳动强度大、危险性高。
光电检测杆法优点是测量危险性小、绝缘子串电压分布能够直观地测量出来，不足之处是仍需到现场逐个进行测量，且需登杆登塔。声脉冲检测法的主要原理是某片绝缘子上电压通过两个探头组成的回路对电容器充电，然后经放电管和扬声器放电，扬声器发出声波的频率及发声间隔随两个探头之间电压变化而变化，因此根据测量扬声器所发出的声脉冲周期及频率来检测沿绝缘子的电压分布。
4.2.2 泄漏电流法及脉冲电流法
当绝缘子表面积累了污秽物或绝缘子串中存在不良绝缘子时，泄漏电流将增大。且不良绝缘子阻值降低使正常绝缘子上分得的电压变大，电晕脉冲电流增大。当绝缘子表面污秽物积累到一定程度或不良绝缘子劣化到一定程度时，在一定的外界环境下就可能造成绝缘子的闪络，因而可通过测量泄漏电流的大小变化来对绝缘子进行检测。目前实用的泄漏电流传感器已经很多，测量的准确度比较高，因此泄漏电流的测取已不存在大问题，但泄漏电流的测取过程中存在着大量的干扰，泄漏电流的大小受周围环境( 温度、湿度、气压、风速等) 、是否采取屏蔽措施以及绝缘子的种类等因素的影响很大。
在抑制干扰方面比较有代表性的方法是自适应噪声对消法。其基本原理是使用一个或多个传感器将其放置在噪声场中，将测得的参考值输入并加以过滤，从泄漏电流传感器所测得的带有噪声的电流信号中减去，从而使噪声衰减或消除。
对测得的泄漏电流进行判断与比较，常用的方法是利用绝缘子闪络过程的典型波形进行判断。绝缘子闪络的典型波形分为非预报区，预报区及闪络危险区三部分。预报区的泄漏电流呈不稳定状态，常出现脉冲群，且脉冲群幅值多为几十至几百毫安。因此不少是根据预报区的泄漏电流脉冲密度及幅值增加的现象进行绝缘子工作状态的判断。
当绝缘子串中存在不良绝缘子时，由于不良绝缘子绝缘电阻降低，回路阻抗变小或其他绝缘子上分压比正常时大，也引起电晕脉冲电流变大,通过测量脉冲电流来判断绝缘子状态的方法称为脉冲电流法。目前脉冲电流法中数据处理最常用的方法是“不同指数“从杆塔接地线中测得的脉冲电流是三相高压作用于各相绝缘子上共同产生的。因而有的将此电流按三相电压的相位不同，利用电子开关分解为三相脉冲电流，然后对每相脉冲电流进行计数，并取出各相脉冲电流数的最大值和最小值，将最大值与最小值的比值定义为不同指数。正常情况下各相脉冲电流产生的状态大体上是相同的，处于一种平衡状态，因此不平衡指数近于1，当某串绝缘子中出现不良绝缘子时，不平衡状态就被破坏，不同指数就偏离1，因此可以根据不同指数是否偏离1 来判断绝缘子的状态。但这种方法的精确度受不良绝缘子的阻值、不良绝缘子在绝缘子串中的位置、绝缘子串的片数以及正常绝缘子的电晕起始电压的影响。
泄漏电流的测量是通过连接在绝缘子上的泄漏电流传感器测得的，较方便的方法是将整个采集系统固定在杆塔顶端，将采集的数据通过无线电或红外线传输装置发送到地面的接收装置处,但仍需工作人员到现场采集数据。
脉冲电流法是通过宽频率范围大的信号放大倍数的传感器，从杆塔接地线中测得脉冲电流，多数仍需到现场逐个测量。
在大气环境下工作的绝缘瓷瓶、支撑绝缘子等，在某些情况下随着绝缘性能的降低、出现结构缺陷或表面污秽和湿度的增加，会产生电晕和表面局部放电现象，电晕和表面局部放电过程中，电晕和放电部位将大量辐射紫外线，这样便可以利用电晕和表面局部放电的产生和增强间接评估运行设备的绝缘状况和及时发现绝缘设备的缺陷。
目前，可用于诊断放电过程的各种方法中，紫外线电晕成像法的灵敏度、分辨率和抗干扰能力最好。即采用高灵敏度的紫外线辐射接受器，记录电晕和表面放电过程中辐射的紫外线，再加以处理、分析达到评价设备状况的目的。
参考文献
[1]李晓红,王敏,吴敏,陈开路.支柱瓷绝缘子的超声检测有效性[J].中国电机工程学报，2006，(09).