绝缘子缺陷带电检测原理及仿真技术综述

沈阳工程学院 于杰承 高 阳 冷雪敏

绝缘子缺陷带电检测原理及仿真技术综述

沈阳工程学院 于杰承 高 阳 冷雪敏

本文介绍了绝缘子缺陷的在线检测的机制，目前国内常见的合成绝缘子带电检测方法是可视化的，并不能找到硅橡胶缺陷以下潜在的准确性。本文阐述了绝缘子内缺陷检测原理，通过对绝缘子串的纵向电场分布的提取，根据缺陷绝缘子绝缘子的纵向电场分布的判断，利用无线网络将数据传输到计算机的地面人员，这些数据将显示在曲线，可以用来显示是否绝缘子内部缺陷。为寻找输电线路故障绝缘子提供了方便，提高了供电的可靠性，本实用新型填补了以往复合绝缘子串运行中无法检测到的空白，具有很好的推广价值。

合成绝缘子；故障缺陷监测；带电检测设备

0.引言

在我国，复合绝缘子已广泛应用于35kV至500kV的电压等级。随着我国合成绝缘子数量的不断增加，合成绝缘子造成的经济损失也越来越多。目前，在中国的复合绝缘子现场检验的唯一方法是目测，它找不到准确的潜在缺陷的硅橡胶。为了发现复合绝缘子潜在的早期故障，防止因潜在故障而引起的故障，必须对绝缘子中的活绝缘子进行检测。在运行过程中，随着绝缘子老化，复合绝缘子内部缺陷逐年增加，复合绝缘子因内部缺陷闪络的可能性越来越高[1]。因此，开展对复合绝缘子带电检测技术的研究，开发相应的带电探测器是十分必要和迫切的。

1.绝缘子内缺陷检测原理

本文提供了一种带电检测设备的绝缘体，通过提取绝缘子串的纵向电场分布，根据缺陷绝缘子绝缘子的纵向电场分布的判断，利用无线网络将数据传输到计算机的地面人员，数据将显示为曲线，可以直观显示是否已在故障绝缘子缺陷。为了找到输电线路的故障绝缘子，便于提高供电可靠性。

本文实施例中， 所述的数据接收终端机用于采用最小二乘法对接收的纵向电场数据进行曲线拟合，将拟合后的曲线与原始采集的纵向电场数据曲线进行对比，得到了两条曲线之间的最大差值，确定了最大差值是否超过设定阈值的最大差值。如果测试绝缘子有缺陷，则需要更换或修理，否则，绝缘子正常；

本文实施例中，数据接收终端机包括绝缘子带电检测仪分析软件和计算机，所述计算机及分析软件用于处理所述绝缘子带电检测仪向所述数据接收终端机发送的数据，将计算分析结果通过计算机显示出来。

2.绝缘子带电检测系统检测步骤

步骤1、采用电场传感器采集绝缘子的纵向电场数据，并对所采集的纵向电场数据进行无源滤波和差分放大处理；

本文实施例中，通过对所采集的纵向电场数据进行无源滤波和差分放大处理，将信号调理至采集合理范围[2]；

步骤2、当电场传感器接近绝缘子边沿时触发光电传感器，将当前电场传感器所采集的绝缘子纵向电场数据发送至数据采集单元；

本文实施例中，电场传感器接近绝缘子边沿时触发光电传感器，通知单片机电场传感器处于最佳位置，请求测量电场数据；

步骤3、数据采集单元根据各周期内的采样数据，求取各周期的纵向电场数据有效值，并发送至单片机中；

步骤4、单片机对接收到的每个周期的纵向电场数据的有效值进行平滑滤波，通过无线自组网的通信将处理后的数据传送到数据接收端；

本文实施例中，单片机采集20周期有效值数据，进行平滑滤波处理，减少误采样概率，提高采样准确率；

步骤5、反复执行步骤1至步骤5，直至绝缘子串所有绝缘子均完成测量；

步骤6、数据接收终端机采用最小二乘法对接收的纵向电场数据进行曲线拟合；

步骤7、将拟合后的曲线与原始采集的纵向电场数据曲线进行对比，获得两曲线之间的最大差值；

步骤8、确定最大差值是否超过设定阈值，如果是这样，则测试绝缘子中存在需要更换或修理的缺陷，否则，绝缘子正常[3]。

本文实施例中，将最小二乘法计算处理结果和原采集数据进行对比做差值，根据预先设定阈值可以判断出对应绝缘子内部缺陷；绝缘子正常情况下电场纵向分布曲线是平滑曲线，出现局部绝缘子缺陷会造成电场曲线有较大畸变率。在本项目中控制系统是单片机系统，采用Atmega公司高性能16位简指令集的MCU，可以实现20M/s的数据处理频率，该MCU的外围接口丰富，单电源供电，扩展方便，并且具有体积小和极低功耗，具有工业级的指标符合室外的高低温等环境和高抗干扰特性，这些在电力行业都是很重要的特性。电场传感器系统是指利用耦合电极方法测量绝缘子纵向电场的相关传感器和外围电路，是本产品的核心系统之一；通信系统采用了Zigbee技术实现无线传输网络，方便了数据传输。整个设备的供电采用可充电的蓄能电池[4]。

3.检测转置通信设计

无线自组织网络是移动通信与计算机网络相结合的网络，每个节点在网络中可以简单地计算感知周围的环境，实现每个节点在无线通信中与邻居节点的通信半径。通过Ad hoc网络，这些节点形成低功耗和高度灵活的网络。每个用户终端有两个功能：路由器和主机。作为主机，终端需要运行各种应用程序的用户；作为一个路由器，终端需要运行一个路由协议，根据路由策略和路由表的数据包转发和路由维护工作，节点实现合适的路由协议的要求[5]。Ad hoc网络路由协议的目标是快速、准确、高效，找到准确的路由信息，可以在最短的时间内调查，并能适应快速变化的网络拓扑结构，同时减少了额外的延迟和维护控制信息的路由，减少路由协议的开销，以满足移动终端的计算能力，限制存储空间和权力。

4.结论

根据理论分析，复合绝缘子的最大电场强度沿轴线测量，沿轴向逐渐减小，在塔的中心达到最小值，然后随着缺陷的增加，对应的波形失真曲线将出现的位置。复合绝缘子的实测电场分布曲线与良好的复合绝缘子的曲线形状一致，表明这些绝缘子不存在缺陷。根据分布曲线的凸变，可以判断运行中绝缘子的好坏，填补了原复合绝缘子串运行中无法检测到的空白。从用于测试的效率，只有20分钟，基于66kV级绝缘子的电场分布检测。根据以上分析，准确可靠，操作简便，本实用新型填补了以往复合绝缘子串运行中无法检测到的空白，具有很好的推广价值。

[1]杨哲,钟宏宇,高阳,贺瑞斌,戴菁．关于合成绝缘子内缺陷带电检测技术的研究[J]．山东工业技术,2015(20):184-186．

[2]李世林,李特,张湘．复合绝缘子带电检测技术研究及应用现状[J]．电工电气,2013(6):7-10．

[3]王少华,叶自强,罗盛．500kV复合绝缘子断裂机理及检测方法[J]．中国电力,2011(8):19-21．

[4]朱振池．支柱绝缘子缺陷检测装置的研究[D]．东南大学,2015．

[5]段军鹏,艾上美．架空输电线路绝缘子检测机器人的设计与研究[A]．云南电网有限责任公司、云南省电机工程学会．2015年云南电力技术论坛论文集(上册)[C]．云南电网有限责任公司、云南省电机工程学会,2015:3．