基于声发射技术的绝缘子污秽放电监测

郭淑贞　郭子韡

摘 要

在绝缘子污秽放电存在声发射现象的基础上，提出了一种基于声发射技术监测绝缘子污秽放电的方法，并研制出绝缘子污秽放电监测装置。进行了大量污秽试验，试验结果表明，随着绝缘子污秽放电强度的加强，放电产生的声波信号也随之加强，信号脉冲的幅值增大，脉冲出现的频率也增大。绝缘子污秽放出的电产生的声波信号能很真实的反映绝缘子污秽放电的过程，通过监测声波信号可以判断放电的发展趋势及对电力系统的危害性。

【关键词】声发射技术 绝缘子污秽 放电监测

空气中悬浮的各种微粒在电场力和地球引力等一系列外力的作用下，逐渐积累在整个绝缘子的外表，日积月累就慢慢的形成了薄薄的污秽层，在满足这样的条件下，如果遇到大雾和细雨这些可以致使周围空气较为湿润的天气时，就会发生绝缘子污秽放电现象，还有一定的可能会在绝缘子表面有闪络现象。因为绝缘子污秽放电现象对整个电力系统有很多的影响，因为相关技术部门对于污秽监测技术一直都受到很多重视。因此本文在这里提出一种新的绝缘子污秽放电监测的方法，就是通过测定污秽放电过程中发出的声波信号监测污秽绝缘子。

1 绝缘子污秽放电过程和声发射现象

有许多固态的微粒悬浮在大气中，而随着时间积累这些微粒在绝缘子的表面沉积起来。遇到天气环境干燥的情况下，污秽物由于其自身内阻比较大，因而放电不会进行。相反，在天气环境湿润的情况下，污秽物就会变潮湿，此时其内阻变小，增大了其漏电电流，电流高度集中产生热量使该区域而变得干燥，从而使得该区域的阻值大于其他的区域，产生压差从而形成放电。查阅相关的文献，从中我们得出，在污秽区形成放电主要由三部分组成。第一，整个污秽物的内阻比较大，在污秽物上形成的电还不能击穿空气，因此无法形成放电，其漏电电流比较小。第二，增加污秽物的湿度或者在污秽物上有过压的条件下，使得干燥区域的空气被击穿从而形成放电，根据伏安特性曲线，在电压保持不变的情况下，随着放电而使得其电阻变大，因而减小了在该区域的漏电电流。与之相应的，由于外界环境的关系，使得干燥区又变得潮湿，再次形成上述过程。因而，在不引起外界条件变化的条件下，会持续反复的进行。第三，继续增加污秽物的湿度以及电场强度，根据伏安特性曲线，在局部区域上的电弧变小，形成闪络。通常在这样的条件下，漏电电流会比较大，有一定的概率发生污闪。在污秽区形成放电到产生污闪的过程得出，在绝缘子表层区域形成放电是始于第二部分。从相关的实验数据中也可以看出，在形成放电时，会带有产生声波以及热量。从查阅的相关文献中，我们从中也应该明白，在污秽区上形成放电本质上可以说是其突然释放能量。表面上来说，释放的能量使得介质在该区域形成压力，并传递到空气中发生振动从而形成声波，通常我们把这种现象叫作基于污秽的绝缘子放电产生的声波。声波的频谱在一定范围内很宽。

2 基于声发射的绝缘子污秽放电过程监测的原理

如果绝缘子不发生放电，也就不会发射出声波信号，但是随着绝缘子放电强度的增大，就会发射出声波，而它的信号也随着放电强度逐渐变强。通常状况下，我们可以把它当做点声源，以空气为媒介朝着四周传播出去。其中在放电过程中产生的能量包括了声波中蕴含的能量，因而可以用定量的方式来测算两个能量间的关系。参照相关的理论和文献，我们从中也应该看出，声波幅度和放电释放能量的平方根之间有一定正比的关系，采用有关仪器检测声波的幅度，从而可以利用这个比例关系计算出放电释放的能量，并对产生的危害进行判断。从事实来说，在整个放电过程中尤其是第二部分时，绝缘子的绝缘情况不会因为漏电电流的而受到影响，往往可以用传感器来采集声波信号，当然在选用传感器时需要采用具有高精度和灵敏度仪器，监控传感器收集声波信号，从而确定放电强度是否达到污闪。在接近出现污闪的幅值时，进行相应的报警，进而可以保障系统的安全。

3 传统的绝缘子污秽放电监测方法

监测方法主要有以下几种：

3.1 第一种为等值盐密法

主要是指用利用蒸馏水对绝缘子的表面进行清理，并用容器收集这些污秽物，然后用搅拌棒搅拌污秽物使其快速溶解，再污液稳定后，对它的温度与电导率进行测量，从而参照相关公式算出等值盐密。这种监测方法比较常用，但是存在很大的缺点，只有在电路不运作时才能测量绝缘子，同时测量工作繁琐，具有较大的误差，甚至反映不了污秽等级。

3.2 第二种为表面污秽电导率法

主要是指在潮湿的环境下，对绝缘子表面电导率进行测量，从而根据测量值和绝缘子表面积来对污层电导率进行计算，其中把污层作为电阻或者导电膜进行测量。采用这种监测方法进行测量，通常容易受到污层外形的影响，在遇到表面比较复杂的情况时，计算结果往往偏差比较大，这就要求操作人员具有丰富经验。

3.3 第三种为泄露电流法

主要是指在正常的电压条件下，测量污秽绝缘子上单位时间内大于某一幅值的脉冲次数。其中它的参数具有动态性，可以对污闪的整个过程进行监控。

在阳东的2台装置上安装了绝缘子进行在线监控，但是使用了一段时间之后，绝缘子就失去了理想的效果。第一，只能说明在安装绝缘子的装置上受到污秽的状况，具体整个装置受到的污秽程度不能直接反映；第二，要求具有较高的移动网络，因为如果其所在位置信号强度比较弱的话，就无法及时对数据进行在线处理。第三，改造绝缘子，使得方便安装传感器，在现场进行安装往往成本比较高且调试过程时间长。通过对上述三种方法的分析，基于它们所具有的缺点，提出了声学监测法，并且在进行实验基础上，分析了声波信号与放电程度两者之间的关系，从而说明这种方法具有可行性。

4 绝缘子污秽放电的声发射现象

查找具有相关内容的参考文献可以知道，根据目前已存在的各种研究成果可以很清楚的了解到，污秽绝缘子在运行电压下发生沿面闪络的物理过程包括：污层湿润形成导电层、伴随干燥带的形成而产生局部电弧、局部电弧沿绝缘子表面发展直到跨越绝缘子整个表面完成闪络。在这个过程中，一直伴随有热、声、光等现象， 大家所关注的是声信号的特征。在污秽放电的起始阶段，在绝缘子的钢脚等泄漏电流分布密集的地方产生干区，电压集中分布在干区上产生放电现象。首先从绝缘子钢脚根部沿瓷表面发出一些淡紫色细丝状放电，并伴有轻微的电晕声，接着铁帽边缘与瓷件连接处出现淡紫色短小电弧，钢脚处的放电演变为紫色刷状放电，夹杂有黄色或白色的小火星，同时放电声响增大；随着干区的继续扩大，帽缘和下伞面钢脚处出现桔黄色短电弧放电，电弧密集，放电持续发生，声响很大；随着受潮程度的加深，原来钢脚处密集的短电弧被频率较低但强度明显加大的桔黄色电弧代替，最后出现红色的主电弧贯穿整个泄距，发生闪络。在污秽放电发展的整个过程中，放电的出现是间歇的、时强时弱的，但它的总趋势是确定的，即由微弱的辉光放电到强烈的局部电弧。

在这个过程中的声信号由弱到强，从开始的轻微的电晕声，到后面嗡嗡的电弧声，都是污秽放电在20Hz一20kH：频段内发出的声信号被人的耳朵接收后产生的效果。通过这种放电声就可以判断出绝缘子是否即将闪络，同样用声传感器代替人耳，也可用来判断绝缘子的工作状态。

5 结论

参考相关资料和多次试验可以了解到，绝缘子污秽放电的三个阶段都有很多的不同处。首先我们可以知道，放电所产生的声波信号与绝缘子污秽放电强度成相关正比，信号脉冲的幅值也会随着声波信号强度的增大而增强，进而导致脉冲的平率也随之增大。其次我们可以通过声波信号直接监测到绝缘子的污秽放电现象是否已经发生，污秽放电的主要发展趋势可以依据声波信号的不断变化来准确的判断出，进而实现时刻能够对绝缘子污秽放电进行监测和及时预警。最后的主要监测方法为非接触测量方法，此方法的关键之处就是并没有与绝缘子有空气上的接触，更不需要对绝缘子进行相关方面的技术改进，此方法操作快捷方便。为了更好的做好监测方面的工作，就要求监测装置的性能指标和功能有待进一步改善，有些问题还要进一步解决。

参考文献

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[5]邓正龙.污秽绝缘子在线监测系统的设计[D].西北工业大学，2004.

作者简介

郭淑贞（1978-），女，山东省人。研究生学历。现为湖南水利水电职业技术学院高级工程师。研究方向为电力电子技术。

作者单位

1.湖南水利水电职业技术学院 湖南省长沙市 410000

2.国网安徽省电力公司亳州供电公司 安徽省亳州市 236000endprint