CN103869165A - 高压输电线路悬式瓷绝缘子绝缘电阻带电测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电工测量领域，特别涉及一种高压输电线路悬式瓷绝缘子绝缘电阻带电测量方法。主要内容包括：利用电动葫芦【2】和绝缘绳【3】吊住检测杆检测端部【5】，以降低操作人员持杆【7】难度；利用姿态调节机构【6】自动保持测量电极【1】与待测绝缘子垂直，便于准确将测量电极送入待测绝缘子的两端金属部分；利用遥控电动葫芦上的编码器测量绝缘绳的长度，实现绝缘子绝缘电阻测量值的自动编号记录；检测电路【4】实现测量电源产生及由单片机等电路组成的绝缘电阻测量和通讯。装置由3个部分组成：遥控电动葫芦；测量杆；控制手柄【8】和地面站【9】。根据不同的需求，地面站亦可取消。

Description

高压输电线路悬式瓷绝缘子绝缘电阻带电测量方法

技术领域

本发明属于电工测量领域，特别涉及一种高压输电线路悬式瓷绝缘子绝缘电阻带电测量方法。 

背景技术

高压输电线路绝缘子是电力系统中使用范围广泛、数量庞大的重要一次设备。当绝缘子串中存在低值或零值绝缘子时，在污秽环境、过电压甚至工作电压下就极易发生闪络事故。低零值绝缘子是造成输电线路重大事故的隐患。绝缘电阻是反映瓷质绝缘子绝缘性能最基本的指标之一。目前的悬式绝缘子带电直接检测方法主要有火花叉法、音响叉、带电绝缘电阻测量仪等。测量时，操作人员站在杆塔上，手持一根端部装有叉形电极和放电间隙音响报警装置的绝缘杆，用叉形电极连接绝缘子两端的金属部分，根据放电声响、音响报警声、绝缘电阻值等，判断被测绝缘子的优劣。也有一些间接测量法，即通过绝缘子工作时的外在特征来判断绝缘子是否损坏，如红外测温法、紫外成像法、绝缘子串泄流电流等。由于电压等级的提高，绝缘距离加大导致绝缘杆很长，操作人员手持操作越来越困难，以至于无法进行。间接检测方法的准确性及抗干扰能力很难满足要求。因此测量方法的发展和测量装置的改进有着重要的意义。 

发明内容

本发明为一种可带电测量高压输电线路悬式瓷绝缘子的绝缘检测方法，主要内容包括：利用电动葫芦和绝缘绳吊住检测杆检测端部，以降低操作人员持杆难度；利用姿态调节机构自动保持测量电极与待测绝缘子垂直，便于准确将测量电极送入待测绝缘子的两端金属部分；利用电动葫芦上的编码器测量绝缘绳的长度，实现绝缘子绝缘电阻测量值的自动编号记录。装置由3个部分组成： 

遥控电动葫芦；

测量杆；

地面站。 

本发明通过以下技术方案来实现： 

采用通常的绝缘子带电检测原理（即：首先将工作的绝缘子工频交流高压旁路，利用装置内部的升压模块产生2500V直流电压，加在绝缘子两端，由单片机采集电压电流信号并通过数据拟合算法计算出绝缘子的绝缘电阻，通过绝缘电阻值判定绝缘子的优劣。）；开发一种遥控电动葫芦；开发一种检测头的姿态控制机构；开发一个控制手柄；通过无线微网实现检测电路、电动葫芦、控制手柄与位于地面的计算机联网，开发后台软件及各部分的控制软件。解决电压等级提高，绝缘距离增大后，绝缘子检测困难及耐张绝缘子检测困难问题，实现超、特高压输电线路悬式绝缘子的绝缘电阻值带电检测。

本发明带电检测示意图见附图1及附图2。以下文字中方括号内数字为附图中的部件编号。在悬式绝缘子串上方横担的合适位置安装一个遥控电动葫芦【2】，经绝缘绳【3】连接在测量杆的测量端部吊钩【5】上。遥控电动葫芦，收紧或放松绝缘绳，调解测量杆的测量端部（以下简称“检测头”）的空间位置。 

测量杆由检测触头【1】、检测电路【4】、姿态调整机构【6】、绝缘杆【7】、控制手柄【8】组成。其中检测触头用于与绝缘子的两端金属部分连接；检测电路包括用于带电检测绝缘子的绝缘电阻的电路（以下简称“绝缘检测电路”），以及测量检测头姿态的电路（以下简称“姿态检测电路”）；姿态调整机构用于调整检测头的姿态，即将地平面作为参考平面，检测头的正前方作为检测头的方向，预设一个检测头方向与地平面的角度（以下简称“预设角”），姿态检测电路检测到实际角度与预设角不相符时，通过姿态调整机构自动调整该角度，使之与预设角度一致；绝缘杆通过姿态调整机构与检测头连接；控制手柄用于遥控电动葫芦、设置预设角、开启及关闭测量、设置绝缘子起始编号、并由安装在控制手柄上的显示器读取绝缘电阻值，由安装在控制手柄上的声光报警器给出低零值报警信号。 

地面站【9】由笔记本计算机、无线通讯模块和软件组成。经无线通讯模块接收到检测电路发回的绝缘电阻值、遥控电动葫芦发回的编码器脉冲信息、控制手柄发回的启动信息、人工设置线路编号、杆塔编号及绝缘子串号。根据上述信息计算出绝缘子编号。软件包含一个数据库，记录各绝缘子的线路号、串号、绝缘子序号、检测时间、绝缘电阻值等信息，并可通过交互式窗口查询、显示这些信息及相关图表。 

绝缘检测电路包括：锂电池及电源管理电路、单片机、直流升压电路、高压滤波电路、信号采集电路，无线通讯模块等。 

姿态检测电路由3轴重力加速度传感器及单片机组成，单片机与绝缘检测电路的单片机共用。 

姿态调整机构由直流减速电机、两维旋转节和限位开关组成。 

控制手柄由无线通讯模块、单片机、控制按键、显示器、声光报警器、锂电池及电源管理电路组成。设计成便携佩戴形式，如设计成手指关节操作方式或手套操作板形式。 

遥控电动葫芦由锂电池及电源管理电路、无线通讯模块、单片机、直流减速电动机，光电编码器，机械结构等组成。 

测量杆作防跌落设计。 

各部分的连接关系为： 

该装置由两个操作人员操作。一个位于地面，操作地面站，一个位于杆塔上。地面操作人员输入线路号、塔号、绝缘子串号。塔上的操作人员装好遥控电动葫芦，操作控制手柄，确定是从首片还是从末片开始测量（系统默认最靠近输电线的绝缘子为首片绝缘子）。然后塔上的操作人员手持检测杆的绝缘杆末端，控制遥控手柄调解电动葫芦及检测头的姿态，将检测头送入待检绝缘子串的首片绝缘子或末片绝缘子，按动测量启动按钮开始测量，控制手柄上的报警器发出“嘟嘟”声时，表示该片绝缘子测量结束。塔上的操作人员控制遥控手柄调解电动葫芦将检测头送入待检绝缘子串的下一片待测绝缘子，直到整串绝缘子检测完毕。重复该过程检测下一串绝缘子。

对应绝缘电阻值的绝缘子的片号，由位于遥控电动葫芦上的光电编码器计数信息、塔号和绝缘子串号信息经计算得出。塔号和串号包含了预先录入的绝缘子串信息，如绝缘子型号，是I型串、V型串、还是耐张串，该串有几片绝缘子等，这些信息除非在技术改造后有变动，只需录入一次。 

检测电路由锂离子电池供电，电池电压经电源管理模块后分为三路，一路3.0V为单片机及其外围工作电路供电，一路未经处理直接供直流升压模块产生2500V检测电压加到被测绝缘子上，一路5.0V供姿态调整机构的直流减速电机。 

绝缘子的被测电压、电流由信号采集电路送到单片机，运算并附加必要信息后经无线发射模块发送到控制手柄和地面站。检测电路、控制手柄、遥控电动葫芦和地面站的无线通讯采用支持微型无线网络的模块，组成一个无线网络。 

所述检测电路的电源管理模块包括5V的DC/DC升压稳压芯片，以及3.0V的稳压芯片；电动葫芦的电源管理模块包括5V的DC/DC升压稳压芯片；控制手柄的电源管理模块包括5V的DC/DC升压稳压芯片；均由锂离子电池供电。地面站的无线通讯模块由计算机USB供电。 

所述的绝缘检测电路的直流升压模块主要由脉宽调制电路、升压变压器倍压整流电路组成。 

所述单片机均采用ＡＶＲ单片机，包括复位电路、ISP下载线接口电路等。 

所述信号采集模块包括对被测绝缘子的测试电压检测和泄露电流检测，以及相应的放大和交流旁路滤波电路。 

所述声光报警采用LED及蜂鸣器，其重量轻、节能而且无需背光灯。 

所述地面站软件为PC平台上运行的Labview程序，通过RS-232串口和支持微型无线网络的数传模块与检测电路、电动葫芦、控制手柄通讯。 

本发明的有益效果为： 

本发明的测量装置提供了一种可靠、高精度的接触式测量悬式瓷绝缘子绝缘电阻的方法，可准确带电检测出绝缘子的阻值；利用遥控电动葫芦和检测头姿态控制，提高了检测效率，降低了操作人员的劳动强度，实现了耐张串的检测；利用微型无线网络及后台软件，实现了检测数据的自动录入及数据管理。

附图说明

图1 所述带电检测装置检测I型绝缘子串绝缘子示意图； 

图2 所述带电测量装置检测耐张绝缘子串绝缘子示意图；

图3 检测电路的原理框图；

图4 控制手柄电路的原理框图；

图5 遥控电动葫芦控制电路示意图；

图6 姿态调整机构示意图；

图7 遥控电动葫芦结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种悬式瓷绝缘子绝缘电阻带电检测装置，下面对本发明做进一步说明。 

本发明中的控制、测量电路的拓扑结构和软件编写可以有很多实现形式，没有唯一性，所用元器件也无不可替代的要求，例如单片机选用AVR系列，也只是本发明人习惯所致，用其他系列的单片机也能达到同样的目的。故此，本说明书只给出了原理框图（图3、图4、图5），并未给出具体电路，不影响本发明的实施。 

同样的原因，本发明的机械结构也只给出了示意图（图6，图7）。 

遥控电动葫芦的直流减速电机选型时，应考虑选用大减速比的减速电机，且在不加电时短路电机线圈，目的是在未加电时保持相当的制动力。如有必要，可以加装电磁式机械制动机构。 

本发明的技术路线部分建议采用锂离子电池，不排除采用磷酸铁锂电池或镍氢电池，不影响本发明的实施。 

本发明的技术路线部分建议采用Labview编写地面站程序，不排除采用C++等语言开发地面站程序，不影响本发明的实施。 

本发明中涉及到绝缘子编号的计算，方法是：电动葫芦上的编码器给出的脉冲个数与绝缘绳的长度有近似对应关系，绝缘子型号确定了绝缘子的高度，也即测量的行程，根据操作者手动调节电动葫芦进入测量位置时导致产生的编码器脉冲个数，即可得到绝缘子编号对应的编码器脉冲数量范围。绝缘子编号是递加或递减规律，每次递加或递减均应落入该脉冲数量范围内。具体的算法可以利用模糊控制或根据经验设定窗口，由于实现方法多样，这里不给出具体算法。 

除第一片绝缘子（首片或末片）测量时操作人员要按动测量启动按钮外，其余绝缘子的测量可根据测量触头接通后引入的运行中绝缘子上的工频交流电压信号启动测量，并在测量结束后，发送测量数据及附加信息。每次测量的结束取决于测量电路的稳定时间及单片机的运算速度。每次测量的开始，必须要有一次工频交流电压信号消失的过程，该过程必须要保持一定时间，该保持时间是为了避免测量触头接触点抖动造成的误判。第一片绝缘子测量时按动启动按钮，是为了给出首片或末片信号，便于确定绝缘绳的起始位置，也即电动葫芦的编码器脉冲计数起点。具体是首片还是末片，在测量前的设置确定，该设置信息也通过无线网络传递到地面的计算机。 

部分绝缘子串采用两串并联甚至四串并联，此时仍然将每串绝缘子当成独立的绝缘子串，仍按上述方法测量，则没有任何问题。如果将绝缘子串看成列，绝缘子看成行，这种测量方式是，测完一列，再测另一列。如果按行测，测完一行再测下一行，操作起来效率会比较高，但实现绝缘子自动编号有困难，如果要满足这种需求，装置的编号功能应设计两种模式：全自动模式和半自动模式，并通过控制手柄上的开关进行切换。全自动模式针对单串，半自动模式针对并联串，在半自动模式下，顺序编号仍然自动进行，串的区别用按键人工完成。为了避免人工操作错误，增加语音提示或在检测头上安装箭头光标提示。 

低零值报警应当在控制手柄上显示，塔上的操作人员应对报警的绝缘子进行复测，进一步确认。考虑到塔上的环境，该报警应当足够警醒，但不能过分，以免对高空作业的安全产生负面影响。 

控制手柄上的绝缘电阻值显示可以代换成语音报数。不论是数字显示方式还是语音报数方式，均应可设置成取消模式。 

地面站不是必要的，用户可能有考虑到野外作业，携带设备越精简越好的偏好，此时可以考虑在控制手柄上设计SD卡来存储数据，并将地面站上与测量相关的运算放在控制手柄的单片机上，其他的数据管理功能放在单位的计算机上，在控制手柄上设计简单的人机对话窗口，完成相关设置。这些设计不是本发明的核心内容，也不影响到本发明的实施，且设计本身多种多样，不具有唯一性，这里不给出具体实施方案。 

前述的防跌落设计只是一个建议，不影响本专利的实施。  

Claims (3)

1. 一种可带电测量高压输电线路悬式瓷绝缘子的绝缘检测方法，其特征在于：利用遥控电动葫芦盘绕绝缘绳吊住检测杆检测端部；利用姿态调节机构自动保持测量电极与待测绝缘子垂直，便于准确将测量电极送入待测绝缘子的两端金属部分；利用电动葫芦上的编码器测量绝缘绳的长度，实现绝缘子绝缘电阻测量值的自动编号记录；装置由3个部分组成：                                                

遥控电动葫芦；

测量杆；

地面站；

测量杆由检测触头、检测电路、姿态调整机构、绝缘杆、控制手柄组成；

其中检测触头用于与绝缘子的两端金属部分连接；检测电路用于带电检测绝缘子的绝缘电阻，以及测量检测头的姿态；姿态调整机构自动调整检测头使之与绝缘子串垂直；绝缘杆通过姿态调整机构与检测头连接；控制手柄用于遥控电动葫芦、设置预设角、开启及关闭测量、设置绝缘子起始编号、并由安装在控制手柄上的显示器读取绝缘电阻值，由安装在控制手柄上的声光报警器给出低零值报警信号。

2.根据权利要求1所述的遥控电动葫芦，其特征在于：由锂电池及电源管理电路、无线通讯模块、单片机、直流减速电动机，光电编码器，机械结构等组成；

遥控电动葫芦盘绕绝缘绳吊住检测杆检测端部，以降低操作人员持杆难度；利用电动葫芦上的编码器测量绝缘绳的长度，实现绝缘子绝缘电阻测量值的自动编号记录。

3.根据权利要求1所述的姿态调节机构，其特征在于：由3轴重力加速度传感器及单片机、直流减速电机、两维旋转节和限位开关组成组成，用于自动保持测量电极与待测绝缘子垂直，便于准确将测量电极送入待测绝缘子的两端金属部分。

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