輸電線路桿塔絕緣子檢測

絕緣子在線檢測方法分為非電量檢測法和電量檢測法兩類。非電量檢測法包括觀察法、紫外成像法、超聲波檢測法、紅外測溫法、無線電波法和激光多普勒法等;電量檢測法包括電場測量法、泄漏電流法和脈沖電流法等。

一、傳統(tǒng)檢查方法

觀察法---用高倍望遠(yuǎn)鏡就近直接觀察絕緣子。用這種方法可發(fā)現(xiàn)較明顯的絕緣子表面缺陷, 包括絕緣子傘裙受侵蝕變粗糙、外覆層侵蝕的溝槽和痕跡、絕緣傘裙閃絡(luò)、傘裙或外覆層開裂、外覆層破碎、芯棒外露等。觀察法實現(xiàn)方便，但費時費力, 檢測結(jié)果也不可靠, 難以發(fā)現(xiàn)絕緣子內(nèi)部缺陷。絕緣子串正常時等效為電容串, 在運行狀態(tài)下短路其中一片絕緣子, 可以看到電容放電的火花和聽到放電的聲響, 根據(jù)聲響的大小可以判斷絕緣子的狀況。將絕緣子用一個相對較大的電容器旁路后測量其絕緣電阻, 可以直觀的檢測絕緣子的特性，是檢測絕緣子最直接和準(zhǔn)確的方法。以上兩種方法均需要人工登塔檢測, 工作量大, 高空作業(yè), 有一定的危險性。

二、紫外成像法和紅外成像法

1.紫外檢測法

有絕緣缺陷的高壓電氣設(shè)備在運行時會產(chǎn)生高電場強度而發(fā)生電暈放電，使周圍空氣電離。由于空氣主要成分是氮氣(N2)，而氮氣電離的放射頻譜(λ=280nm～400nm)主要落在紫外光波段。紫外成像技術(shù)就是利用特殊的儀器接收放電產(chǎn)生的紫外線信號，經(jīng)處理后轉(zhuǎn)換為可見光圖像信號，來分析判斷電氣設(shè)備外絕緣的真實狀況。

紫外電暈檢測屬正在研究的新型技術(shù)，湖南省電力試驗研究院對紫外電暈檢測技術(shù)進(jìn)行了電力系統(tǒng)應(yīng)用研究，認(rèn)為對于發(fā)生部位在金屬帶電體的電暈放電，其檢測效果良好;對于絕大多數(shù)發(fā)生部位在外絕緣的電暈放電缺陷，需要雨霧等氣象條件的補充幫助才能有效檢測到。

由于紫外線對于物質(zhì)的穿透性極低，因此紫外成像儀只能檢測到外絕緣的電暈放電，而對于設(shè)備內(nèi)部的放電無法檢測。

空氣濕度較大的情況下，用紫外成像儀可能檢測出破損較嚴(yán)重的絕緣子，對于零值絕緣子，由于其本身承擔(dān)的電壓幾乎為零，不會產(chǎn)生電暈。故紫外儀檢測的發(fā)生異常電暈的絕緣子不是零值絕緣子，而是可能承擔(dān)電壓相對較大或是絕緣性能相對較弱的絕緣子。

紫外儀可在一定的空氣濕度下很好地檢測出a級以上的積污絕緣子穿，但將巡檢時間選擇在雨后一定時間，以便形成“干區(qū)”。

紫外儀對線路金具和導(dǎo)線的安裝不當(dāng)、設(shè)計不合理、損壞及表面毛刺引起的局部電暈可有效檢測并定位。

我國電力系統(tǒng)尚未對紫外檢測技術(shù)制定相應(yīng)的規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，其應(yīng)用研究還處于初級階段。

2.紅外檢測法

紅外成像法的原理與紫外成像相同，不同的是檢測缺陷絕緣子與正常絕緣子表面溫度的差異。由于這種溫度差很小，對于瓷質(zhì)絕緣子只有一度左右，因而靈敏度較低。紅外成像法可在線檢測局部放電、泄漏電流流過絕緣物質(zhì)時的介電損耗或電阻損耗等引起的絕緣子局部溫度升高。該法的缺點是儀器造價高，且測量易受陽光、大風(fēng)、潮氣、環(huán)境溫度及一些能引起絕緣子表面溫度急劇變化因素的影響。

紅外熱像測溫普查發(fā)現(xiàn)：凡有明顯局部過熱點的絕緣子，其過熱點至絕緣子高壓端硅橡膠表面均顯著發(fā)黑，粉化，變脆變硬，憎水性基本喪失，有的有許多細(xì)小裂紋甚至出現(xiàn)嚴(yán)重破損;發(fā)熱點至高壓端的一段不能承受工頻耐壓試驗或陡波沖擊試驗，可知發(fā)熱點為內(nèi)絕緣界面局部放電進(jìn)展的位置。

三、超聲波檢測法

1、超聲波檢測法的原理

超聲波檢測作為無損檢測的一種方法，在金屬類器件的波檢測上得到了廣泛的應(yīng)用。超聲波檢測時，檢測儀發(fā)出高頻脈沖電信號加在探頭的壓電晶片上，由于逆壓電效應(yīng)，晶片產(chǎn)生彈性形變，從而產(chǎn)生超聲波;超聲波經(jīng)耦合后傳入被探工件中，遇到異質(zhì)界面時產(chǎn)生反射，反射回來的超聲波同樣作用到探頭上，正壓電效應(yīng)使探頭晶片上產(chǎn)生放電信號。通過分析晶片上的電信號，就可以知道被探工件中的缺陷等信息。

超聲波檢測有縱波斜角超聲波檢測和爬波超聲波檢測。縱波斜角超聲波檢測速度較慢，但可檢測絕緣子的中心部位，爬波檢測速度較快，探測表面下1～15mm 的裂紋非常敏感。由于受到變電站停電時間的限制，在超聲波現(xiàn)場檢測多用爬波檢測。在進(jìn)行測量前，先要利用標(biāo)準(zhǔn)試塊，作出 DAC(Distance- Amplitude- Calibrate) 曲線，DAC 曲線顯示了距離不同缺陷位置的反射波幅值，通過對比測量波形和 DAC 曲線來判斷被測試品中是否有缺陷。

2、檢測方法

以檢測瓷瓶為例，由于瓷瓶斷裂多是在法蘭口內(nèi) 3 cm 到第一瓷沿之間。在測量時，將探頭放置在鑄鐵法蘭和第一個瓷沿之間，前方對法蘭口，徑向移動一周( 或 4～5 點)，觀察測量得到的波形，如果測量波形中有幅值較大的波峰，將探頭在該處沿軸向和徑向移動，以便進(jìn)一步確定裂紋的大小和位置。在法蘭和瓷瓶相交處一般有部分砂層覆蓋，探頭應(yīng)該放置在砂層過渡區(qū)后，探測位置如圖1-1所示。

圖1-1 探測位置圖

四、紅外測溫法

絕緣子發(fā)生電暈放電或泄漏電流流過絕緣物質(zhì)時的電阻損耗都可引起絕緣子局部溫度升高。紅外測溫技術(shù)就是利用觀察絕緣子局部發(fā)熱所發(fā)出的紅外線來發(fā)現(xiàn)缺陷。

現(xiàn)有的紅外測溫儀一般由光學(xué)系統(tǒng)探測器、信號處理電路及顯示終端等組成。當(dāng)被測物體輻射的能量通過大氣媒介傳輸?shù)郊t外測溫儀上時，它內(nèi)部的光學(xué)系統(tǒng)會將輻射能量匯聚到探測器上，并轉(zhuǎn)換成電信號，再通過放大電路、補償電路及線性處理后，在終端顯示出被測物體的溫度。

紅外測溫儀具有攜帶方便、操作簡單等特點。但測量易受陽光、大風(fēng)、潮氣、環(huán)境溫度及一些能引起絕緣子表面溫度急劇變化因素的影響，測量結(jié)果不是很準(zhǔn)確。

五、無線電波法

不良絕緣子發(fā)生電暈放電時，會發(fā)出一定頻率的電磁波，無線電波法就是根據(jù)接收電磁波的天線的方向和電磁波的強度來判斷被測絕緣子是否存在缺陷的。

無線電波法具有設(shè)備簡單、操作方便的優(yōu)點，但其抗干擾能力差，靈敏度低。

六、激光多譜勒法

存在裂縫的絕緣子的振動中心頻率與正常絕緣子有很大差異。將超聲波發(fā)生器所發(fā)出的超聲波，用拋物型反射鏡或用激光源對準(zhǔn)被測絕緣子，以激起絕緣子的微小振動，然后將激光多譜勒儀發(fā)出的激光對準(zhǔn)被測絕緣子，根據(jù)反射回來的信號的頻譜分析，即獲得該絕緣子的振動中心頻率值，據(jù)此可判斷被測絕緣子的好壞。

由于該儀器對未開裂的絕緣子檢測無效以及操作復(fù)雜、體積龐大、笨重、使用維修復(fù)雜、造價高等缺點，沒有廣泛使用。

七、電場測量法

運行中的絕緣子，正常狀態(tài)下電場強度和電勢沿絕緣子軸向的變化曲線是光滑的。當(dāng)絕緣子存在導(dǎo)通性缺陷時，勢必影響絕緣子周圍的電場分布(包括絕緣子沿芯棒方向的縱向電場和沿橫截面半徑方向的徑向電場)，使該處電位變?yōu)槌?shù)，故其電場強度將突然降低，電場分布曲線也不再光滑,而是在相應(yīng)的位置上有畸變。故對比所測絕緣子與良好絕緣子的縱向電場，找出電場異常畸變位置，即可找到內(nèi)絕緣缺陷的位置。

電場法利用電場來檢測絕緣子，能直接反映絕緣子的絕緣狀況，因此受干擾的影響較小，但需登桿操作且不能檢測一些不影響電場分布的外絕緣缺陷如傘裙破損等。此法可與觀察法結(jié)合使用。

八、泄漏電流檢測法

絕緣子在正常工作條件下，其絕緣電阻值非常大。但存在缺陷時，其絕緣電阻值將會大大降低，從而流過一定的泄漏電流。泄漏電流檢測法就是通過用電流傳感器測得此電流的大小，得到絕緣子的絕緣電阻值，從而判定其是否完好。

現(xiàn)有的泄漏電流檢測系統(tǒng)大都是將一集流環(huán)固定在絕緣子串的一端而獲得流過該絕緣子串的泄漏電流，然后通過雙層屏蔽電纜將其送往電流傳感器進(jìn)行放大，再將此信號連同各種干擾信號一起經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡輸往專家軟件系統(tǒng)進(jìn)行診斷處理。

泄漏電流檢測法可以用于對絕緣子的在線檢測，實時反映絕緣子的狀況。在實際運行過程中，由于受線路表面污穢、電壓的變化、桿塔結(jié)構(gòu)、絕緣子形狀、老化程度及天氣狀況 (如溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向) 等因素的影響，每次采集的泄漏電流的大小都需要重新確立判斷標(biāo)準(zhǔn)，且要對每一串絕緣子進(jìn)行在線檢測，該方法成本很高。

九、脈沖電流法

脈沖電流法通過測量絕緣子電暈脈沖電流的方法來判斷絕緣子的絕緣狀況。其原理是：劣質(zhì)絕緣子的絕緣電阻很低，使其它正常絕緣子在絕緣子串上承受電壓明顯大于正常時的承受電壓，因而回路阻抗變小，絕緣子電暈現(xiàn)象加劇，電暈脈沖電流必將變大;根據(jù)線路上存在劣質(zhì)絕緣子時電暈脈沖個數(shù)增多、幅值增大的現(xiàn)象, 即可檢出不良絕緣子。

綜上所述，非電量檢測法具有不與被測量物體直接接觸、沒有高壓絕緣問題困擾的優(yōu)點，但是在具體運用時，需要外加多種輔助設(shè)備，因此檢測成本比較高，而且，檢測設(shè)備和被測物體都或多或少會受到外界環(huán)境因素的影響，再加上檢測設(shè)備本身的不完善和使用過程中人工操作的誤差，廣泛應(yīng)用有一定的難度。