基于现场的简易绝缘子故障指示器的设计

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摘 要：绝缘子故障是长期以来影响电力系统安全稳定运行的重要因素之一，针对现有绝缘子故障监测装置无法准确快速监测复合绝缘子故障的不足，提出一种基于现场的简易绝缘子故障指示器，解决橡胶绝缘子和复合绝缘子故障时难以被发现的问题，提高人工巡查绝缘子故障的效率。

关键词：绝缘子；故障指示器；故障监测

引言

伴随着社会和科技的发展，电力消费也在逐渐增加，同时电能质量问题也变得更加严峻，可靠的供电越来越受到大家的关注。在配电网故障中，单相故障占80%，而绝缘子故障是导致单相接地故障的主要原因之一；在输电网中，绝缘子是高压架空输电线路的关键部件，易受到风力、冰雪、雷电、粉尘等因素影响，造成绝缘子故障，导致电网跳闸等停电事故；因此，研究能够准确快速对绝缘子故障进行定位的装置具有重要意义[1-2]。

1 绝缘子故障检测研究现状

绝缘子作为一种特殊的绝缘控件，在架空线路中发挥着巨大的作用。随着科技的不断发展，绝缘子由直接应用于电线杆发展成为高型高压输电铁塔上由很多盘式绝缘子组成的绝缘子串，在电力输电线路上发挥越来越重要的作用。

绝缘子串通常由玻璃或陶瓷制作而成，可以有效地增加爬电距离，近年来出现了具有抗污闪能力强、维护少等优点的橡胶绝缘子、复合绝缘子等，在现场中得到广泛应用。绝缘子在架空输电线路中起着两个基本作用：支撑导线和防止电流回地。绝缘子的这两个作用必须得到保证，不应该由于环境和电负荷条件发生变化导致的各种机电应力而失效，若绝缘子频繁出现故障，会导致接地短路等各类故障，损害线路的使用和运行寿命，进而危及整个系统的安全，因此，对绝缘子故障的监测是非常有必要的。

绝缘子的检测，主要依据是劣化绝缘子的电气性能、温度分布、局部放电等与良好绝缘子相比存在着差异。根据这些特征和差异，研制了很多不同的检测方法。多年来，电力线路及变电站绝缘子的绝缘状况检测方法主要有离线检测和在线检测两种[3]。

1.1 离线检测

劣质绝缘子的绝缘密度下降，其主要表现为绝缘电阻降低、甚至为零，分担电压下降、甚至为零，耐受电压水平也降低，根据此特征出现了绝缘电阻测定法、分布电压测定法、交流耐压法，其中交流耐压法是最直接、最权威、也是检验其他方法有效性和检出劣质绝缘子真伪的依据。

除了上述三种方法，离线检测还有离线盐密度测量和超声波检测法。离线盐密度测量是把绝缘子表面的导电污物密度转化等值为单位面积上含有多少毫克的盐，是划分污秽等级的依据，也是选择绝缘水平和确定维护措施的依据。超声波检测法利用声电传感器，探测劣质绝缘子发生局部放电时发出的超声波来确定劣质部位。

在评估绝缘子的性能方面，以上方法是有效可行的，但是也存在一些不足：工作量比较大，测量精度也不够高，并且离线测试并不能反映绝缘子在现场实际运行时的状态和情况。

1.2 在线检测

为了获取绝缘子在实际运行下的状况和情态，绝缘子在线监测系统的研究在最近几年逐渐引起国内外电力工作者的重视。目前，国内外绝缘子在线监测多是基于全球移动通信网、计算机技术、通信技术以及传感器技术的检测等，通过调理电路、数模转换等获得电气量信息，实时监测绝缘子的污秽以及老化状况，然后由专家系统做出准确的评估和预测，以实现故障警告。

绝缘子在线监测方法主要有激光多普勒振动法、红外热像仪法、紫外成像法为代表的非电量测量法和以电场法、脉冲电流法为典型的电量测量法[4-6]。

目前，在线监测系统存在以下缺点：（1）仅以设定泄漏电流报警阀值为主要手段，报警方式单一；（2）监测数据量较大，中央数据处理系统较为复杂，处理数据的时候会产生误差，影响判断结果；（3）不能进行故障定位，无法直接提供故障点的坐标；（4）无线传输系统的成本较高。

现有的绝缘子除玻璃和陶瓷制品之外，逐渐发展出橡胶绝缘子、复合绝缘子等。复合绝缘子具有耐污闪能力强、维护少等优点，得到很多供电单位的青睐。目前，大部分复合绝缘子在线运行时间较长，很多地方已出现复合绝缘子劣化问题，并且由复合绝缘子老化引起的事故数量也在不断增多。但是由于发生事故的复合绝缘子无法快速有效的检测出来，极有可能引起其他复合绝缘子故障，并且复合绝缘子上电压分布的非线性程度要比陶瓷绝缘子大，使得复合绝缘子的检测更加困难。

2 基于现场的绝缘子故障指示器

针对现有绝缘子故障检测方法的不足，提出一种基于现场的简易绝缘子故障指示器，用以解决橡胶绝缘子和复合绝缘子故障时难以被发现的问题，提高人工巡查绝缘子故障的效率及准确度。

基于现场的绝缘子故障指示器结构图如图1所示。整个故障指示装置由电流互感器、静铁芯、动铁芯、楔形棒、弹簧、指示板和支撑部分组成。

故障指示器的工作原理是通过电流互感器获取绝缘子下方接地电流，并将其通入静铁芯中，根据故障下的电流突增使得铁芯接触导致指示板弹出来显示绝缘子故障与否。在电力系统正常运行时，系统的三相基本是对称的，通过静铁芯的绝缘子接地电流非常小，基本没有磁场产生，此时，动铁芯是静止的，楔形棒将指示板串套在一起，观测口处无颜色显示。当电力系统发生故障时，绝缘子沿面放电被击穿时，绝缘子接地电流会突然增大，在静铁芯中产生较大磁场，动铁芯在磁力的吸引下向上移动，楔形棒随之向上移动，使原本串套在一起的指示板在弹簧的作用力下弹开，观测口处显示为红色，即故障状态。

装置外壳选择有机透明材质，可以方便观察绝缘子状态指示板的变化，同时有效支撑铁芯及指示板。

绝缘子的电气性故障主要有击穿和闪络两种。击穿是在绝缘子内部发生的，是绝缘子通过铁脚间瓷体与铁帽之间进行放电，从外表上看基本是不可能发现的，也不会产生痕迹，但是绝缘子本身已经失去了绝缘性能，甚至绝缘子有可能被完全破坏；而闪络则是发生在绝缘子表面，从外表上可以看见明显的烧痕，但是这种情况下有可能不会失掉绝缘性能。因此，通过电气量来判断绝缘子故障与否是可行的。

与常规的绝缘子故障检测方法相比，基于现场的绝缘子故障指示器装置具有以下优势：（1）装置工艺简单，施工方便，降低生产成本；（2）故障时接地电流变化明显，可以有效判别故障的发生，提高准确度；（3）不需要进行实质的数据采集与处理，从理论上减小误差的影响；（4）故障指示清晰明了，有利于提高人工巡查效率。

本装置利用电力系统正常运行与故障时绝缘子接地电流的剧烈变化，迅速而有效地做出反应，指示故障状态，有利于提高人工寻找故障的效率。同时，楔形棒与指示板的组合易于实现且灵敏度较高，判断结果准确，解决人工巡查时容易误判的问题。

3 结束语

绝缘子在电力输电线路中发挥着重要作用，绝缘子故障的不及时排除会引起电力系统的一系列事故。文章简要总结绝缘子故障的离线检测方法和在线检测方法并简要分析其优劣，针对复合绝缘子难以被发现的问题，提出一种基于在线的简易绝缘子故障指示器，通过简洁明了的指示，提高人工巡查绝缘子故障的效率，并提高故障判断的准确率。

参考文献

[1]仝卫国，于浩进，张秋实.基于神经网络的绝缘子故障诊断[J].计算机仿真，2013，30（9）：310-313.

[2]蒋坤.绝缘子故障诊断方法的研究[D].中国矿业大学，2014.

[3]张超.监测配电网绝缘子故障的无源指示器设计[D].苏州大学，2014.

[4]律方成，刘杰，石鹏，等.复合绝缘子故障检测方法的有效性分析[J].高压电器，2013（5）：95-100.

[5]池永斌.电网绝缘子在线检测技术[J].上海电力，2010（4）：266-269.

[6]聂一雄，尹项根.绝缘子在线检测方法的探讨[J].电瓷避雷器， 2000（2）：3-8.

作者简介：康嘉睿（2000-），女，汉族，四川安岳人，单位：山东省青岛市经济技术开发区第一中学。