复合绝缘子带电检测装置研究与应用

梁华贵，孙晓宇，孙建明，耿 祥，焦媛媛

合肥供电公司输电运检工区，安徽合肥，230088

1 概 述

1.1 复合绝缘子运维情况

复合绝缘子具有体积小、重量轻、机械强度高、耐污性好等特点，因此被广泛应用于各电压等级输电线路上。至2012年，合肥供电公司所辖输电线路正在运行的复合绝缘子约16 000串，占整个输电线路绝缘子串约40%，且仍在不断增加。而目前运行的复合绝缘子大部分都超过5年，部分超过10年。随着复合绝缘子在输电线路上的广泛使用和挂网运行时间的增加，绝缘子老化问题越来越突出，表面憎水性下降、外覆层破裂、芯棒断裂、内绝缘贯穿性导通等问题，逐渐引起运维单位的重视。

1.2 复合绝缘子检测方法

复合绝缘子主要有以下几种检测方法[1-2]。

1.2.1 观察法

观察法就是用高倍望远镜就近直接观测绝缘子。这种方法主要用来检测绝缘子表面缺陷，所观察到的常见的缺陷包括绝缘伞裙受到侵蚀、变得粗燥，外覆层有侵蚀的沟槽和痕迹，绝缘伞裙电性击穿，芯棒的外覆层电性击穿，伞裙或外覆层开裂，外覆层破碎，芯棒外露，外覆层或金属接头发生闪烙等。观察法实现方便，但检测结果不可靠，难以发现绝缘子内部缺陷。

1.2.2 紫外成像法

紫外成像法是利用紫外线成像仪检测绝缘子表面的局部放电。微小、稳定的表面局部放电会导致复合绝缘子伞裙和护套形成碳化通道或电蚀损，当绝缘子表面形成碳化通道时，其使用寿命会大大降低，甚至在短期内被击穿。该方法的不足之处是要求在夜间、正温度环境下操作，且检测时正在发生局部放电，但局部放电的发生需要特定的外部环境[1]。

1.2.3 红外测温法

红外成像法可以检测局部放电、泄漏电流流过绝缘介质时的介电损耗或电阻损耗等引起的绝缘子局部温度升高，能较为直观地发现早期缺陷迹象。合肥供电公司对大量挂网运行的复合绝缘子进行了红外普测，结果发现:凡有明显局部过热点的绝缘子，其过热点至绝缘子高压端硅胶表面均显著发黑、粉化、变脆、憎水性基本丧失，有的有许多细小裂纹甚至出现严重破损。普测结果表明，红外测温能较好地检测出合成绝缘子存在的芯棒与护套粘接及芯棒本身材质不良、护套老化等缺陷。缺点是红外设备造价高，阳光、大风、潮气、环境温度及一些能引起绝缘子表面温度急剧变化的因素对检测结果影响较大。

1.2.4 超声波检测法

超声波检测法主要用于检测绝缘子芯棒裂纹，操作简单，抗干扰能力强。但其存在耦合、衰减等问题，而且实际测量时，高压端金具发生电晕，产生的噪音会淹没绝缘子所发出的声波，不适合现场检测。

1.2.5 电场法

电场法通过测量复合绝缘子串的轴向电场分布，可找出绝缘子的内绝缘导通性缺陷。利用电场来检测绝缘子，能直接反应绝缘子的绝缘状况，对天气等外界环境要求甚低，受干扰的影响较小，所用仪器较为简单。

通过对比研究，电场法以其可靠性高、仪器简单、使用环境要求低等特点，更为符合线路运维工作的实际情况，可做为高压输电线路开展复合绝缘子带电检测的常规技术手段。

2 基于电场法原理的复合绝缘子内部缺陷带电检测装置

2.1 检测原理

根据理论计算和实际测量，高压输电线路上的复合绝缘子可以视为夹在两金属电极之间的连续绝缘材料。正常情况下，电场强度沿绝缘子纵向的分布曲线是光滑的，呈现两端强中间弱的“U”形分布。当复合绝缘子存在导通性缺陷时，缺陷处的电位变为一常数。由于复合绝缘子电场强度是电位沿长度的变化率，因此，缺陷处的纵向电场强度将突然降低，电场分布曲线在相应的位置上有畸变。因此，通过测量复合绝缘子的纵向电场分布，即可找出复合绝缘子的内绝缘导通性缺陷的位置和大小(图1)[2]。

图1 带电检测系统原理图

2.2 带电检测装置结构

基于电场法原理的复合绝缘子内部缺陷带电检测系统主要由以下几部分组成：电场测量探头、连接柄、探头托架、分析软件。

(1)电场测量探头：纵向电场被测量电容所感应并转换成电容器两极间的电压信号，此信号经放大、滤波、模数转换后变成数字信号，再用单片机对此信号进行处理和保存，并通过通讯接口传送给计算机。

(2)探头托架：选用ABS材料，利用模具制作托架，托架形状设计为半圆筒形，横截面为梯形，两端带喇叭口，可以适应现有直径为280～380 mm的各种复合绝缘子。

(3)连接柄：用于连接托架和操作杆，采用三维连接方式，可以使探头在三维方向上旋转，以满足各种检测角度的需要。

(4)分析软件：基于Windows平台编制的分析软件，具备数据传输、图形显示、数据显示和自动判断等功能。

2.3 检测方法

(1)将电场测量探头沿绝缘子轴线紧贴绝缘子表面匀速、平稳滑动到导线侧端部。每划过一个伞裙，探头进行一次电场测量并记录数据。

(2)将电场检测探头中的数据传入掌上电脑或计算机，根据电场分布曲线的形状来判断绝缘子是否有缺陷。

2.4 缺陷判别方法

(1)良好的绝缘子周围电场沿绝缘子轴向显光滑的“U”形分布，距接地侧约1/4处场强最小，向接地侧稍有增大，而向导线侧快速增大。

(2)中部有缺陷的绝缘子电场分布在缺陷部位会突然波动，波动处极小值对应绝缘子缺陷的位置。

(3)导线侧有缺陷绝缘子的电场分布在缺陷部位突然下降，曲线极大值对应缺陷的端部。

2.5 装置的应用情况

2012年4月28日，合肥供电公司输电运检工区带电检修人员使用基于电场法原理的复合绝缘子内部缺陷带电检测装置在工区所辖220 kV合桥4844线上进行了现场带电检测。

从检测的情况来看,该带电检测系统能比较直观地反映出运行中复合绝缘子串的电场分布情况。根据理论分析，复合绝缘子轴线电场强度在线路测最大，并沿轴线逐步减小，在中部靠近杆塔处达到最小，而后又逐渐增大，当某处有缺陷时，曲线上对应位置会出现波形畸变。实测复合绝缘子的电场分布曲线与良好复合绝缘子的曲线形状一致，即说明该绝缘子运行状况良好，无缺陷。

3 基于电场法原理的复合绝缘子带电检测装置应用实效分析

3.1 社会效益

随着国民经济飞速发展，电网规模不断扩大，高压输电线路的运行与维护任务不断增加，对电网运行可靠性和安全性的要求也不断提高。基于电场法原理的复合绝缘子内部缺陷带电检测系统为输电线路运维部门开展复合绝缘子带电检测工作提供了一个高效的解决方案，既极大地方便线路运检人员工作，同时也为科学决策线路复合绝缘子的检修更换提供依据，进而起到预防复合绝缘子事故、减少线路故障和停电的次数等作用，提高电网运行的可靠性。

3.2 经济效益

一般来说，复合绝缘子事故所引起的损失与停电的线路容量、停电时间以及停电的区域和供电的用户有关。按粗略估计，若使用复合绝缘子带电检测设备对复合绝缘子进行检测，每年避免2～3次停电的话，则可减少直接经济损失和间接经济损失达数千万元，对于保护电网安全、经济运行起到重要作用。

参考文献：

[1]赵华忠，徐莹，胡毅，等.500 kV直流电路不良绝缘子带电检测技术研究[J].电力设备，2007，8(3)：32-34

[2]程养春，李成榕，沈小军，等.几种合成绝缘子带电检测方法的比较[J].高电压技术，2004，30(6)：35-37