本發(fā)明涉及一種檢測(cè)絕緣子缺陷的方法及系統(tǒng)，具體涉及一種利用光電場(chǎng)傳感器檢測(cè)絕緣子缺陷的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著近代電力工業(yè)不斷向著大機(jī)組、大容量和高電壓的迅速發(fā)展，運(yùn)行條件更加苛刻，缺陷率逐漸增加，為了保障發(fā)電和輸變電系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，國內(nèi)外電力行業(yè)普遍對(duì)電力設(shè)備的可靠性提出了越來越高的要求，作為輸變電系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)絕緣子運(yùn)行狀態(tài)的在線檢測(cè)、缺陷診斷顯得尤為重要。為解決劣化絕緣子的檢測(cè)問題，國內(nèi)外研究了多種檢測(cè)方法，目前檢測(cè)高壓輸電線路合成絕緣子缺陷的常用手段分別為：

一、用高倍望遠(yuǎn)鏡目測(cè)，由于一般缺陷的尺寸較小，而且需要從一定角度觀察才能看到，僅從地面觀察不夠可靠，因此要求登塔檢測(cè)，另外，內(nèi)絕緣故障僅靠觀測(cè)難以發(fā)現(xiàn)。

二、另一種現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)高壓輸電線路低零值懸式絕緣子的方法，常用工具是火花叉，檢測(cè)時(shí)將火花叉的兩金屬觸頭分別與絕緣子的鐵腳和鐵帽搭接，若絕緣子絕緣性能良好，則絕緣子承壓被擊穿，產(chǎn)生火花放電。操作人員根據(jù)火花放電聲音判斷絕緣子是否良好，該方法受到背景光噪聲限制，不能監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)距離絕緣子，短路良好絕緣子時(shí)會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)，不能檢測(cè)合成絕緣子。

三、聲波法檢測(cè)由絕緣子局部放電所發(fā)出的聲波，其靈敏度低于紅外成像法。在實(shí)際檢測(cè)過程中，高壓端金具經(jīng)常發(fā)生電暈，所產(chǎn)生的背景噪音會(huì)淹沒 絕緣子缺陷所發(fā)出的聲波。

四、紅外測(cè)溫法，由電場(chǎng)引起的絕緣材料的損壞，絕大多數(shù)與溫度有關(guān)。局部放電、泄漏電流流過絕緣物質(zhì)時(shí)的介電損耗或電阻損耗都可以引起絕緣子局部溫度升高。該方法受環(huán)境影響較大，太陽和背景輻射的干擾，光譜發(fā)射率e的選定，對(duì)焦情況、氣象條件等均會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響。

因此，在檢測(cè)高壓輸電線路合成絕緣子缺陷的實(shí)際應(yīng)用中還受到一些限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要提供一種的利用光電場(chǎng)傳感器檢測(cè)絕緣子缺陷的方法及系統(tǒng)，其操作簡(jiǎn)單、使用廣泛、檢測(cè)精確。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種利用光電場(chǎng)傳感器檢測(cè)絕緣子缺陷的檢測(cè)系統(tǒng)，包括光電場(chǎng)傳感器、升降平臺(tái)和電場(chǎng)測(cè)量?jī)x，所述光電場(chǎng)傳感器安裝在所述升降平臺(tái)上并與所述電場(chǎng)測(cè)量?jī)x連接，且所述光電場(chǎng)傳感器布置在絕緣子串的周圍。

進(jìn)一步地，所述升降平臺(tái)包括絕緣環(huán)、絕緣桿和絕緣繩，所述絕緣環(huán)固定在所述絕緣桿的頂端，所述絕緣繩的一端穿過所述絕緣環(huán)并與所述光電場(chǎng)傳感器連接。

更進(jìn)一步地，所述光電場(chǎng)傳感器的探頭到絕緣子串中的各片絕緣子傘裙邊緣的距離相同。

作為優(yōu)選項(xiàng)，所述光電場(chǎng)傳感器同時(shí)測(cè)量絕緣子串周圍在X、Y和Z三個(gè)方向的電場(chǎng)值以及合成X、Y和Z三個(gè)方向的電場(chǎng)值。

一種利用光電場(chǎng)傳感器檢測(cè)絕緣子缺陷的方法，包括以下步驟：

1)在絕緣子串周圍布置光電場(chǎng)傳感器；

2)沿絕緣子串移動(dòng)光電場(chǎng)傳感器，并記錄光電場(chǎng)傳感器在絕緣子串周圍 多個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)測(cè)得的電場(chǎng)值；

3)根據(jù)多個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)的電場(chǎng)值判斷絕緣子串中絕緣子的缺陷情況。

進(jìn)一步地，所述步驟2具體為，

2.1)確認(rèn)光電場(chǎng)傳感器在絕緣子串周圍布置無誤；

2.2)將光電場(chǎng)傳感器的探頭對(duì)準(zhǔn)絕緣子串高壓端的第一片絕緣子傘裙，并沿絕緣子串的高壓端到低壓端移動(dòng)光電場(chǎng)傳感器，并依次記錄光電場(chǎng)傳感器在多個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)測(cè)量的第一電場(chǎng)值；

2.3)沿絕緣子串的低壓端到高壓端移動(dòng)光電場(chǎng)傳感器，并依次記錄光電場(chǎng)傳感器在多個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)測(cè)量的第二電場(chǎng)值；

2.4)將多個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)的第一電場(chǎng)值分別與對(duì)應(yīng)預(yù)設(shè)點(diǎn)的第二電場(chǎng)值進(jìn)行平均計(jì)算，得到多個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)的電場(chǎng)值。

更進(jìn)一步地，所述步驟2.1具體為：

2.1)將光電場(chǎng)傳感器移動(dòng)到絕緣子串的高壓端處，觀察絕緣子串的高壓端是否有放電或者異常電暈現(xiàn)象，若沒有放電或者異常電暈現(xiàn)象，則光電場(chǎng)傳感器在絕緣子串周圍布置無誤。

作為優(yōu)選項(xiàng)，所述步驟3具體為：

3)根據(jù)多個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)的電場(chǎng)值繪制絕緣子串周圍電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線，判斷絕緣子串中絕緣子的缺陷情況，所述絕緣子串周圍電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線為絕緣子串空間軸向的電場(chǎng)變化率曲線。

作為優(yōu)選項(xiàng)，所述步驟3具體為：

3)根據(jù)多個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)的電場(chǎng)值繪制絕緣子串周圍電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線，判斷絕緣子串中絕緣子的缺陷情況，所述絕緣子串周圍電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線為絕緣子串空間軸向的電場(chǎng)變化率曲線，將多個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)的電場(chǎng)值利用有限元仿真計(jì)算方法對(duì)絕緣子串的電場(chǎng)分布規(guī)律進(jìn)行仿真分析，判斷絕緣子串中絕緣子的缺陷情況。

作為優(yōu)選項(xiàng)，所述預(yù)設(shè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)為13個(gè)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：其能在劣化絕緣子對(duì)空間軸向電場(chǎng)分量影響很大的基礎(chǔ)上提出一種利用光電場(chǎng)傳感器測(cè)量絕緣子串表面的軸向電場(chǎng)分布情況檢測(cè)劣化絕緣子的方法，通過直接分析絕緣子串空間軸向電場(chǎng)的變化能夠判斷出劣化絕緣子及其位置。本發(fā)明的方法所用儀器較為簡(jiǎn)單，對(duì)天氣等外界環(huán)境要求甚低，測(cè)量點(diǎn)較多；同時(shí)本發(fā)明的方法具有不需接觸絕緣子串、不需登塔、檢測(cè)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，并用計(jì)算代替了部分測(cè)量工作，因此工作量較小，有利于運(yùn)行維護(hù)人員的使用；另外在本發(fā)明的方法中，環(huán)境溫度的變化不影響絕緣子劣化的判斷，在干燥的情況下，絕緣子表面的污穢不影響絕緣子劣化的判斷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的使用狀態(tài)示意圖；

圖2為本發(fā)明的方法步驟示意圖；

圖3為良好絕緣子串與劣化絕緣子串的電場(chǎng)分布關(guān)系的曲線原理圖；

圖4為清潔絕緣子串的試驗(yàn)與仿真結(jié)果圖；

圖5為當(dāng)d＝0.3和0.5m時(shí)劣化絕緣子位置分別對(duì)空間軸向電場(chǎng)變化率的影響示意圖。

圖中：光電場(chǎng)傳感器1、升降平臺(tái)2、電場(chǎng)測(cè)量?jī)x3、絕緣子串4、絕緣環(huán)5、絕緣桿6、絕緣繩7。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

如圖1～2所示的一種利用光電場(chǎng)傳感器檢測(cè)絕緣子缺陷的檢測(cè)系統(tǒng)，包括光電場(chǎng)傳感器1、升降平臺(tái)2和電場(chǎng)測(cè)量?jī)x3，所述光電場(chǎng)傳感器1安裝在所述升降平臺(tái)2上并與所述電場(chǎng)測(cè)量?jī)x3連接，且所述光電場(chǎng)傳感器1布置在絕緣子串4的周圍。所述升降平臺(tái)2包括絕緣環(huán)5、絕緣桿6和絕緣繩7，所述絕緣環(huán)5固定在所述絕緣桿6的頂端，所述絕緣繩7的一端穿過所述絕緣環(huán)5 并與所述光電場(chǎng)傳感器1連接。所述光電場(chǎng)傳感器1的探頭到絕緣子串4中的各片絕緣子傘裙邊緣的距離相同。所述光電場(chǎng)傳感器1同時(shí)測(cè)量絕緣子串4周圍在X、Y和Z三個(gè)方向的電場(chǎng)值以及合成X、Y和Z三個(gè)方向的電場(chǎng)值。

一種利用光電場(chǎng)傳感器檢測(cè)絕緣子缺陷的方法，包括以下步驟：

1)在絕緣子串4周圍布置光電場(chǎng)傳感器1；

2)沿絕緣子串4移動(dòng)光電場(chǎng)傳感器1，并記錄光電場(chǎng)傳感器1在絕緣子串4周圍多個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)測(cè)得的電場(chǎng)值，所述預(yù)設(shè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)為13個(gè)；

2.1)確認(rèn)光電場(chǎng)傳感器1在絕緣子串4周圍布置無誤：將光電場(chǎng)傳感器1移動(dòng)到絕緣子串4的高壓端處，觀察絕緣子串4的高壓端是否有放電或者異常電暈現(xiàn)象，若沒有放電或者異常電暈現(xiàn)象，則光電場(chǎng)傳感器1在絕緣子串4周圍布置無誤；

2.2)將光電場(chǎng)傳感器1的探頭對(duì)準(zhǔn)絕緣子串4高壓端的第一片絕緣子傘裙，并沿絕緣子串4的高壓端到低壓端移動(dòng)光電場(chǎng)傳感器1，并依次記錄光電場(chǎng)傳感器1在多個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)測(cè)量的第一電場(chǎng)值；

2.3)沿絕緣子串4的低壓端到高壓端移動(dòng)光電場(chǎng)傳感器1，并依次記錄光電場(chǎng)傳感器1在多個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)測(cè)量的第二電場(chǎng)值；

2.4)將多個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)的第一電場(chǎng)值分別與對(duì)應(yīng)預(yù)設(shè)點(diǎn)的第二電場(chǎng)值進(jìn)行平均計(jì)算，得到多個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)的電場(chǎng)值。

3)根據(jù)多個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)的電場(chǎng)值判斷絕緣子串4中絕緣子的缺陷情況：根據(jù)多個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)的電場(chǎng)值繪制絕緣子串4周圍電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線，判斷絕緣子串4中絕緣子的缺陷情況，所述絕緣子串4周圍電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線為絕緣子串4空間軸向的電場(chǎng)變化率曲線，將多個(gè)預(yù)設(shè)點(diǎn)的電場(chǎng)值利用有限元仿真計(jì)算方法對(duì)絕緣子串4的電場(chǎng)分布規(guī)律進(jìn)行仿真分析，判斷絕緣子串4中絕緣子的缺陷情況。

實(shí)施例1：

檢測(cè)時(shí)，將光電傳感器1通過絕緣環(huán)5、絕緣桿6和絕緣繩7固定在離絕緣子串4表面一定距離處，保證光電傳感器1可以和絕緣繩7同步運(yùn)動(dòng)，將光電傳感器1通過光纖與電場(chǎng)測(cè)量?jī)x3連接。光電場(chǎng)傳感器1是一種基于Pockels效應(yīng)的傳感器，側(cè)采用絕緣性能好的電光晶體作為傳感元件；通過絕緣強(qiáng)度極高的光纖作為信號(hào)傳輸通道，使其絕緣結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，同時(shí)沒有鐵心和線圈，不存在磁飽和、鐵磁諧振等問題，可以提高測(cè)量精度。

本發(fā)明一種利用光電場(chǎng)傳感器檢測(cè)絕緣子缺陷的方法設(shè)計(jì)的原理如下：

圖3為良好絕緣子串與劣化絕緣子串的電場(chǎng)分布關(guān)系的曲線原理圖，橫軸為絕緣子串的位置，由左至右為從絕緣子串的低壓端到高壓端，縱軸為電場(chǎng)強(qiáng)度，規(guī)定上面一條曲線為曲線A，下面一條曲線為曲線B；曲線B是根據(jù)電磁場(chǎng)理論計(jì)算出的電場(chǎng)強(qiáng)度沿良好的絕緣子串軸向的變化曲線，正常情況下該曲線是光滑的，呈“U”形；當(dāng)絕緣子串存在導(dǎo)通性缺陷時(shí)(見圖3中的圓圈)，缺陷處的電位變?yōu)橐怀?shù)，由于電場(chǎng)強(qiáng)度是電位沿長(zhǎng)度的變化率，因此缺陷處的電場(chǎng)強(qiáng)度將突然降低，作出的電場(chǎng)分布曲線也不再光滑，而是在相應(yīng)的位置上有畸變，見圖3中的曲線A，曲線A呈現(xiàn)的形狀為“中間下陷，兩端上升”。

本具體實(shí)施例模擬220kV線路的實(shí)際運(yùn)行情況，所加交流電壓有效值為127.0kV，模擬導(dǎo)線長(zhǎng)度5.0m,試驗(yàn)所用低值絕緣子串的絕緣電阻為40MΩ，零值絕緣子串采用地線短路鋼腳鋼帽來模擬，測(cè)量時(shí)短接地線背對(duì)光電場(chǎng)傳感器的探頭。

圖4為清潔絕緣子串的試驗(yàn)與仿真結(jié)果圖，圖中d為電場(chǎng)測(cè)量參考線或測(cè)量參考點(diǎn)到絕緣子串中軸的距離。高壓端到低壓端的絕緣子編號(hào)依次為No.1～No.13。由圖4可知，在大多數(shù)位置處實(shí)測(cè)值比計(jì)算值略微偏低，但兩者的變化規(guī)律基本吻合。由此證明，利用有限元仿真計(jì)算方法對(duì)瓷絕緣子串的電場(chǎng)分布規(guī)律進(jìn)行仿真分析是可行的。

本發(fā)明以空間軸向電場(chǎng)變化率σ_i,j分析劣化位置和距離d對(duì)其空間電場(chǎng)變 化的影響，其表達(dá)式為：

σ_i,j＝ΔE_i,j,f-ΔE_i,S/ΔE_i

式中：i為各個(gè)絕緣子位置；j為劣化絕緣子所在位置(i,j＝1～13)；f代表含有劣化絕緣子的絕緣子串；S代表良好絕緣子串。

圖5為當(dāng)d＝0.3和0.5m時(shí)劣化絕緣子位置分別對(duì)空間軸向電場(chǎng)變化率的影響，可以看出試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致。劣化絕緣子對(duì)空間軸向電場(chǎng)分量影響最大，測(cè)量距離越遠(yuǎn)，其空間軸向電場(chǎng)的變化率越小；劣化絕緣子位置靠近高壓端時(shí)，其空間軸向電場(chǎng)變化率增加，位于絕緣子串中部時(shí)其空間電場(chǎng)變化率最小且基本保持不變；靠近低壓端時(shí)其空間電場(chǎng)變化率又有所增加。當(dāng)d＝0.30m時(shí)，最小電場(chǎng)變化率為0.13；當(dāng)d＝0.50m時(shí)，最小電場(chǎng)變化率為0.04。可見隨著距離d的增大，劣化絕緣子位置處的空間電場(chǎng)變化率逐漸減小。傳感頭距離絕緣子10cm或者以內(nèi)，測(cè)量到的電場(chǎng)分布曲線接近理論的U型分布，而且非常光滑。

表1

如表1為當(dāng)d＝0.3m時(shí)No.11，No.12，No.13絕緣子的空間軸向電場(chǎng)變 化率。由表1可知，當(dāng)劣化絕緣子在串中任何位置時(shí)，橫擔(dān)側(cè)3片絕緣子周圍空間軸向電場(chǎng)的變化率基本穩(wěn)定，且3片中至少有2片的空間軸向電場(chǎng)變化率大于5.0％?；诿舾薪^緣子法的思想，本發(fā)明定義橫擔(dān)側(cè)3片絕緣子為敏感絕緣子組，通過測(cè)量這3片絕緣子的空間軸向電場(chǎng)變化率，就可判斷出絕緣子串中是否含有零值絕緣子。因此，對(duì)于220kV線路懸垂絕緣子串只需分析低壓端的3片絕緣子空間軸向電場(chǎng)變化率就可判斷出絕緣子串中是否含有零值絕緣子。

本發(fā)明在劣化絕緣子對(duì)空間軸向電場(chǎng)分量影響很大的基礎(chǔ)上提出一種利用光電場(chǎng)傳感器測(cè)量絕緣子串表面的軸向電場(chǎng)分布情況檢測(cè)劣化絕緣子的方法，通過直接分析絕緣子串空間軸向電場(chǎng)的變化能夠判斷出劣化絕緣子及其位置。本發(fā)明的方法所用儀器較為簡(jiǎn)單，對(duì)天氣等外界環(huán)境要求甚低，測(cè)量點(diǎn)較多；同時(shí)本發(fā)明的方法具有不需接觸絕緣子串、不需登塔、檢測(cè)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，并用計(jì)算代替了部分測(cè)量工作，因此工作量較小，有利于運(yùn)行維護(hù)人員的使用；另外在本發(fā)明的方法中，環(huán)境溫度的變化不影響絕緣子劣化的判斷，在干燥的情況下，絕緣子表面的污穢不影響絕緣子劣化的判斷。

最后，應(yīng)當(dāng)指出，以上實(shí)施例僅是本發(fā)明較有代表性的例子。顯然，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以有許多變形。凡依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)認(rèn)為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。