CN103675434A

CN103675434A - 绝缘子污秽闪络预警系统和预警方法

Info

Publication number: CN103675434A
Application number: CN201310681165.5A
Authority: CN
Inventors: 殷军; 郭洁; 刘玄
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明公开了一种绝缘子污秽闪络预警系统，包括检测单元、数据处理单元和预警单元，其中：所述检测单元安装在绝缘子上，对所述绝缘子的泄漏电流中三次谐波的含量进行检测并发送至数据处理单元；所述数据处理单元对从所述检测单元接收到的所述三次谐波的含量数据与预设值进行对比，当所述三次谐波的含量大于预设值时，发送预警信号至预警单元；所述预警单元接收到所述预警信号时，发出绝缘子污秽闪络预警。本发明还提供了一种绝缘子污秽闪络方法。通过本发明，能够更加准确的对绝缘子的污秽状况进行监测，从而更好的进行闪络预警，预防大规模事故的发生。

Description

绝缘子污秽闪络预警系统和预警方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体而言，涉及一种绝缘子污秽闪络预警系统和一种绝缘子污秽闪络方法。

背景技术

绝缘子污秽闪络是绝缘子表面沉积的污秽物质在潮湿条件（雾、毛毛雨、小雨、融雪、凝露等）下吸潮引起。绝缘子表面的污秽物在干燥的状态下，不会降低绝缘子的绝缘耐受水平。而在绝缘子表面污秽受潮湿润后，污秽物中的可溶物质会逐渐溶于水中，在绝缘子表面形成一层导电水膜，污秽物中不溶物质会起吸附水分的作用。这些导电水膜和吸附的水分使绝缘子表面电阻下降，并构成沿绝缘子表面的导电通路，使泄漏电流沿绝缘子表面渡过。泄漏电流的大小不仅取决于绝缘子表面脏污的程度及污秽物的成分，而且与污秽的受潮湿润程度有关。当泄漏电流增大，局部放电产生、发展，最终将导致闪络的发生。

输变电设备发生大面积污秽闪络停电事故会严重危及电力生产的安全，对电力企业造成损失，国民经济带来重大危害。为保障各行各业和社会的稳定，国民经济健康发展，降低输变电设备污秽闪络停电事故是电力安全生产的当务之急。

目前，为了防止和预防污秽闪络的的产生，人们采取了定期对绝缘子进行清扫和对绝缘子进行在线监测等方法。绝缘子在线监测方法主要有：等值盐密法(ESDD)、积分电导率法、脉冲计数法、最大泄漏电流法和绝缘子污闪分布电压梯度法。而基于平均值、最大值和脉冲数的泄漏电流法和分布电压法受诸如现场运行环境气候、绝缘子材料和运行线路级别等因素的影响很大，单单通过其数值的大小很难准确反映出绝缘子的污秽状况并进行闪络预警。

因此，需要一种新的预警系统，能够更加准确的对绝缘子的污秽状况进行监测，从而更好的进行闪络预警，预防大规模事故的发生。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种绝缘子污秽闪络预警系统，能够更加准确地对绝缘子的污秽状况进行监测，从而更好地进行闪络预警，预防大规模事故的发生。

本发明提供的绝缘子污秽闪络预警系统，包括检测单元、数据处理单元和预警单元，其中：所述检测单元安装在绝缘子上,对所述绝缘子的泄漏电流中三次谐波的含量进行检测并发送至数据处理单元；所述数据处理单元对从所述检测单元接收到的所述三次谐波的含量数据与预设值进行对比，当所述三次谐波的含量大于预设值时，发送预警信号至预警单元；所述预警单元接收到所述预警信号时，发出绝缘子污秽闪络预警。在该技术方案中，通过检测泄漏电流中三次谐波的含量来监控绝缘子的状态，现对于现有相关技术中仅仅从泄漏电流平均值、最大值等单一数值大小来判断污秽状况和闪络预警的不足之处，提高了污秽闪络预警的准确性和可靠性。

优选地，所述的绝缘子污秽闪络预警系统还包括微气候传感器，检测所述绝缘子所处环境中的气候条件，并将检测结果发送至所述数据处理单元；所述数据处理单元还对从所述微气候传感器接收到的数据进行处理。在该技术方案中，同时对绝缘子周围的微气候进行监控，最终在判断绝缘子的污秽状况时增加了可参考的环境变量，进一步提高了污秽闪络预警的可靠性。

优选地，所述数据处理单元通过无线网络向所述预警单元发送信息。在该技术方案中，通过无线网络发送检测数据，如GPRS、WCDMA、WIFI等，数据传输更加方便，无需布置有线网络，布网更加灵活。

本发明还提供了一种绝缘子污秽闪络预警方法，包括：步骤402，对绝缘子泄露电流中三次谐波的含量进行检测并发送至数据处理单元；步骤404，所述数据处理单元对接受到的所述三次谐波的含量数据与预设值进行对比，当所述三次谐波的含量大于预设值时，发送预警信号至预警单元；步骤406，所述预警单元接受到所述预警信号时，发出绝缘子污秽闪络预警。在该技术方案中，通过检测泄漏电流中三次谐波的含量来监控绝缘子的状态，现对于现有相关技术中仅仅从泄漏电流平均值、最大值等单一数值大小来判断污秽状况和闪络预警的不足之处，提高了污秽闪络预警的准确性和可靠性。

优选地，所述的绝缘子污秽闪络预警方法还包括，微气候传感器检测所述绝缘子所处环境中的气候条件，并将检测结果发送至所述数据处理单元；所述数据处理单元还对从所述微气候传感器接收到的数据进行处理。在该技术方案中，同时对绝缘子周围的微气候进行监控，最终在判断绝缘子的污秽状况时增加了可参考的环境变量，进一步提高了污秽闪络预警的可靠性。

优选地，所述的绝缘子污秽闪络预警方法，所述数据处理单元通过无线网络向所述预警单元发送信息。在该技术方案中，通过无线网络发送检测数据，如GPRS、WCDMA、WIFI等，数据传输更加方便，无需布置有线网络，布网更加灵活。

综上所述，本发明的技术方案通过检测泄漏电流中三次谐波的含量来监控绝缘子的状态，相对于现有相关技术中仅仅从泄漏电流平均值、最大值等单一数值大小来判断污秽状况和闪络预警的不足之处，提高了污秽闪络预警的准确性和可靠性；同时对绝缘子周围的微气候进行监控，最终在判断绝缘子的污秽状况时增加了可参考的环境变量，进一步提高了污秽闪络预警的可靠性。

附图说明

图1是三次谐波含量随湿度变化曲线示意图；

图2是不同盐密度下三次谐波幅值随湿度的变化示意图；

图3是根据本发明实施例的污秽闪络预警系统组成示意图；

图4是根据本发明实施例的污秽闪络预警方法的流程图；

图5是根据本发明又一实施例的污秽闪络预警系统的示意图；

图6是图5中信号处理电路示意图；

图7是图5所示实施例中低通滤波器的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

首先，下面先对本发明中所涉及的原理进行详细的阐述。

泄漏电流是指运行电压作用下绝缘子污表面受潮后流过其表面的电流。泄漏电流是一个变化范围很大的信号。泄漏电流在正常运行时通常只有十几个微安到几个毫安（依输电电压和绝缘子形状的不同而有差异）。但是当环境发生变化（如湿度增加）、绝缘子表面发生局部闪络时泄漏电流高达几百毫安，表面电弧的增强也会使波形发生畸变，产生较大的低次谐波，在这种情况下污闪就很有可能发生。泄漏电流是运行电压、气候、污秽三要素综合作用的结果，其特征能客观反映运行绝缘子表面积污、直至闪络的全过程。

在绝缘子的实际运行中，引起污闪的主要原因不是运行电压的升高，而是由于空气湿度的增加使绝缘子表面电导率增大，绝缘子表面电阻降低所致。正常情况下(RH<80%)泄漏电流很小，且以基波为主,而在较高湿度情况下(RH>90%)泄漏电流各次谐波幅值急剧增大，而且三次谐波的增长远远超过了基波和其它各次谐波的增长，三次谐波的含量超过一定数值时发生污秽闪络的可能性会逐步增大。

考虑较严重污秽的情况，采用在人工雾室中模拟实际运行湿度条件。实验电源选用220v/100kV,100mA的变压器，试验时模拟110kV输电线路绝缘子串运行状态，施加63.5KV电压。绝缘子型号为XWP-2。湿度控制采用人工造雾法；污秽用硅藻土、盐(NaCl)和水组成糊状物，采用定量涂刷法。取绝缘子污秽度灰密为1.0mg/cm²；绝缘子污秽度等值附盐密度值为0.2mg/cm²；环境温度为15摄氏度。在60％，70%，80％，90%和99％等湿度条件下稳定一段时间后进行测量。将三次谐波幅值与基波幅值相比，从而得到三次谐波含量变化情况，如图1所示。其中，λ表示三次谐波的含量。由图1可见，当99％的高湿度持续一段时间时间后，表面电弧逐渐增强，三次谐波含量迅速增大。

另外，对不同盐密下三次谐波的幅值进行测试，测试结果如图 2所示。测试结果表明当相对湿度增加时，泄漏电流变大而其失真减少；随着相对湿度和盐密的增加，三次谐波也要增加。由图2还可以看出，当保持湿度条件不变的情况下，随着污秽盐密度值的加大，三次谐波幅值也随之增大。表明污秽盐密度值对三次谐波电流有较大影响。

实验数据表明，由于污秽闪络前表面电弧的存在，泄漏电流三次谐波与污秽闪络之间存在很强的相关性，可以将泄漏电流三次谐波作为污秽闪络预警的重要的参考特征量之一。

绝缘子局部放电从发生到发展直至闪络的全过程，都伴随着泄漏电流幅值和波形的变化，低频谐波的幅值随着表面电弧的增强而增大，尤其是三次谐波、五次谐波幅值增加明显，而基波的幅值没有明显增加。低频的三次谐波的变化趋势，能更好表征绝缘子的运行状态。

图3是根据本发明实施例的污秽闪络预警系统的示意图。

如图3所示，结合以上原理，本发明提供了一种绝缘子污秽闪络预警系统300，包括检测单元302、数据处理单元304和预警单元306，其中：所述检测单元302安装在绝缘子上,对所述绝缘子的泄漏电流中三次谐波的含量进行检测并发送至数据处理单元304；所述数据处理单元304对从所述检测单元302接收到的所述三次谐波的含量数据与预设值进行对比，当所述三次谐波的含量大于预设值时，发送预警信号至预警单元306；所述预警单元306接收到所述预警信号时，发出绝缘子污秽闪络预警。在该技术方案中，通过检测泄漏电流中三次谐波的含量来监控绝缘子的状态，现对于现有相关技术中仅仅从泄漏电流平均值、最大值等单一数值大小来判断污秽状况和闪络预警的不足之处，提高了污秽闪络预警的准确性和可靠性。

优选地，所述的绝缘子污秽闪络预警系统还包括微气候传感器308，检测所述绝缘子所处环境中的气候条件，并将检测结果发送至所述数据处理单元304；所述数据处理单元304还对从所述微气候传感器308接收到的数据进行处理。在该技术方案中，同时对绝缘子周围的微气候进行监控，最终在判断绝缘子的污秽状况时增加了可参考的环境变量，进一步提高了污秽闪络预警的可靠性。

优选地，所述数据处理单元304通过无线网络向所述预警单元306发送信息。在该技术方案中，通过无线网络发送检测数据，如GPRS、WCDMA、WIFI等，数据传输更加方便，无需布置有线网络，布网更加灵活。

图4是根据本发明实施例的绝缘子污秽闪络预警方法的流程图。

如图4所示，本发明还提供了一种绝缘子污秽闪络预警方法，包括：步骤402，对绝缘子泄露电流中三次谐波的含量进行检测并发送至数据处理单元；步骤404，所述数据处理单元对接受到的所述三次谐波的含量数据与预设值进行对比，当所述三次谐波的含量大于预设值时，发送预警信号至预警单元；步骤406，所述预警单元接受到所述预警信号时，发出绝缘子污秽闪络预警。在该技术方案中，通过检测泄漏电流中三次谐波的含量来监控绝缘子的状态，现对于现有相关技术中仅仅从泄漏电流平均值、最大值等单一数值大小来判断污秽状况和闪络预警的不足之处，提高了污秽闪络预警的准确性和可靠性。

根据本发明的以上技术方案，提供以下实施例。

图5是根据本发明又一实施例的污秽闪络预警系统的示意图。

如图5所示，通过截流环501采集到的泄漏电流通过信号处理电路503处理后进入ARM处理器504，同时ARM处理器504还要接收微气候传感器502所采集到的微气候数据，ARM504对数据进行处理后（包括计算泄漏电流中三次谐波的含量）通过GPRS模块506发送到后台专家预警系统507，当后台专家预警系统507接收到的泄漏电流中三次谐波与基波大小比例超过一定值时发出污秽闪络预警信息，另外还会有专业人员对微气候信息等数据进行监控。根据实验研究结果，该定值推荐为0.5-1.0，也可以有用户根据实际情况设定。

另外，数据的采集处、和发送理过程中可以通过太阳能电池供电系统505进行供电。

其中，在该实施例中，关于泄漏电流的采集，实际应用中获取泄漏电流的方法有两种：一是采用电流互感器，即将绝缘子穿过电流互感器的原边，从副边获取信号，经放大，滤波后采样，该方法的优点是不影响原来绝缘子的运行状态和分布参数，信号与大地隔离可以避免对后端测量回路的干扰，缺点是由于绝缘子表面的泄漏电流变化范围大，从十几微安到几十毫安，普通的电流互感器难以保证精度，对小电流不灵敏，且难以对泄漏电流的高频分量和低频分量同时有较好的响应。灵敏度高，动态范围宽的电流互感器设计复杂，制造困难。另一种方法是本实施例所采用的基于泄漏电流沿面流动的原理的截流环法。截流环通过导电银胶和附属固定装置与绝缘子紧密接触，将绝缘子表面电流截取，经电阻采样，通过测量电压可以计算出泄漏电流的大小，采用此方法设备简单，灵敏度高且不会造成波形失真。

另外，具体而言，由泄漏电流截流环501采集到的电流信号要经过信号处理电路503采样放大、低通滤波等电路环节，最终由ARM处理器504的A/D采样端口进行采样，将泄漏电流信号转换为数字数据，再经由ARM处理器504对数据进行整理、存储，在适当的时候经由GPRS网络发送到后台专家预警系统507进行判断，从而对绝缘子状况作出评估和预警。

由于线路运行时泄漏电流的变化范围较大（20uA-40mA），在截流环端采集泄漏电流时采用了两个阻值分别为240Ω和18Ω的采样电阻分别对大小电流进行采样。系统根据当前测量值大小自动切换不同的采样电阻对应传感器不同量程和分辨率。同时，由于泄漏电流幅值一般较小。因此需要对采样所得电流进行放大处理。采样和放大电路图如图6所示。

需要对由两个采样电阻采集到的泄漏电流进行滤波处理，以获得想要得到的泄漏电流基波分量以及三次谐波分量。同时去掉高次谐波成分。使用一个低通滤波器对信号进行滤波。如图7所示。滤波器的频率为

对R₀₁、R₀₂、C₀₁、C₀₂选取适当的值，从而使f＝300HZ。

由于周围有强电信号和高频噪声，截流环输出的微弱信号极易被干扰,系统采用双层屏蔽电缆及自适应噪声对消法去除干扰。同时对于采集到的信号采用如光耦隔离片等措施进行多层隔离,防止大电流信号对电路的损坏。

ARM处理器通过A/D采样端口实现模数转换，并利用通用的50Hz基波和三次谐波数值方法实现绝缘子泄露电流基波和三次谐波的计算。

根据实际数据，基于三次谐波监测的污秽闪络预警系统被现场安装于某220kV线路杆塔之上，选取连续两年同一时期的泄漏电流三次谐波含量变化曲线进行比较，在第一年9月25日到10月1日期间三次谐波含量曲线有明显的突变，三次谐波含量增加了20%以上。此时的温度保持在20摄氏度左右，而在这段持续的时间内湿度接近为100%。同时，在一般情况下三次谐波含量很低，接近于0%。运行结果与本发明中所提到的湿度对绝缘子泄漏电流有很大的影响相吻合。因此，实际运用中监测泄漏电流三次谐波含量变化曲线，当三次谐波含量有明显的增加时需要密切关注绝缘子的状况，防止污闪的发生具有明显优势。第二年9月至11月间泄漏电流三次谐波含量比第一年年同一时期的含量要大而且更加频繁，也表明了绝缘子串污秽有加大的趋势，需预防发生闪络。与仅仅监测泄漏电流趋势曲线相比，使用本发明所提出的监测泄漏电流三次谐波含量变化曲线的方法更加准确可靠。

综上所述，本发明的技术方案通过检测泄漏电流中三次谐波的含量来监控绝缘子的状态，现对于现有相关技术中仅仅从泄漏电流平均值、最大值等单一数值大小来判断污秽状况和闪络预警的不足之处，提高了污秽闪络预警的准确性和可靠性；同时对绝缘子周围的微气候进行监控，最终在判断绝缘子的污秽状况时增加了可参考的环境变量，进一步提高了污秽闪络预警的可靠性。

本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims

1.一种绝缘子污秽闪络预警系统，其特征在于，包括检测单元、数据处理单元和预警单元，其中：

所述检测单元安装在绝缘子上,对所述绝缘子的泄漏电流中三次谐波的含量进行检测并发送至数据处理单元；

所述数据处理单元对从所述检测单元接收到的所述三次谐波的含量数据与预设值进行对比，当所述三次谐波的含量大于预设值时，发送预警信号至预警单元；

所述预警单元接收到所述预警信号时，发出绝缘子污秽闪络预警。

2.根据权利要求1所述的绝缘子污秽闪络预警系统，其特征在于：

还包括微气候传感器，检测所述绝缘子所处环境中的气候条件，并将检测结果发送至所述数据处理单元；

所述数据处理单元还对从所述微气候传感器接收到的数据进行处理。

3.根据权利要求1或2所述的绝缘子污秽闪络预警系统，其特征在于，所述数据处理单元通过无线网络向所述预警单元发送信息。

4.一种绝缘子污秽闪络预警方法，其特征在于，包括：

步骤402，对绝缘子泄露电流中三次谐波的含量进行检测并发送至数据处理单元；

步骤404，所述数据处理单元对接受到的所述三次谐波的含量数据与预设值进行对比，当所述三次谐波的含量大于预设值时，发送预警信号至预警单元；

步骤406，所述预警单元接受到所述预警信号时，发出绝缘子污秽闪络预警。

5.根据权利要求4所述的绝缘子污秽闪络预警方法，其特征在于：

还包括，微气候传感器检测所述绝缘子所处环境中的气候条件，并将检测结果发送至所述数据处理单元；

6.根据权利要求5或6所述的绝缘子污秽闪络预警方法，其特征在于，所述数据处理单元通过无线网络向所述预警单元发送信息。