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绝缘子|复合绝缘子left图
复合绝缘子的检测技术

日期:2018-09-27

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复合绝缘子的检测技术

  直接观测法

  目前对于复合绝缘子外部物理缺陷常用的方法是直接观测法,即用双筒望远镜在塔下观察以发现常见的表面缺陷如护套、伞裙、金具等部位有无开裂,有无电蚀损、粉化、漏电痕迹等,如有以上现象应立即更换绝缘子。但地面观察不够可靠,还需登塔检测而且难以发现内绝缘故障如树枝状通道等。

  紫外成像法

  微小但稳定的表面局部放电会导致复合绝缘子伞裙和护套形成碳化通道或电蚀损。当绝缘子表面形成碳化通道时,其使用寿命会大大降低,甚至在短期内被击穿。利用电子紫外光学探伤仪可以带电检测复合绝缘子表面由于局部放电而形成的碳化通道和电蚀损,其原理是:局部放电过程中带电粒子复合会放出紫外线,当绝缘子表面形成导电性碳化通道时,局部放电加剧。该方法的不足之处是要求在夜间、正温度环境下操作;另外要求检测时正在发生局部放电,这要求检测应在高湿度甚至有降雨的环境中进行。但检测结果容易受到观察角度的影响,检测设备也较昂贵。

  红外成像法

  红外成像法可以检测局部放电、泄漏电流流过绝缘物质时的介电损耗或电阻损耗等引起的绝缘子局部温度升高,可以用于在线检测。广电集团佛山供电分公司对大量运行复合绝缘子进行了红外热像测温普查,结果发现:凡有明显局部过热点的绝缘子,其过热点至绝缘子高压端硅橡胶表面均显着发黑、粉化、变脆、憎水性基本丧失,有的有许多细小裂纹甚至出现严重破损;发热点至高压端的一段不能承受工频耐压试验或陡波冲击试验,可知发热点为内绝缘界面局部放电进展的位置。仪器造价高且测量易受阳光、大风、潮气、环境温度及一些能引起绝缘子表面温度急剧变化因素的影响是红外成像法的不足之处。

  超声波法

  清华大学研究了用超声波法来检测复合绝缘子芯棒裂纹。超声波检测的实现是基于超声波在从一种介质进入另一种介质的传播过程中会在两介质的交界面发生反射、折射和模式变换的原理,超声波发生器发射始脉冲进入绝缘子介质,当绝缘子有裂纹时,则在时间轴上出现该裂纹的反射波,由时间轴上缺陷波的大小和位置即可判断绝缘子中缺陷情况。用超声波检测复合绝缘子机械缺陷时具有操作简单、安全可靠、抗干扰能力强等优点。但由于其存在耦合、衰减及超声换能器性能问题,在远距离遥测上目前尚未有重大突破,不适合现场检测,而主要用于企业生产在线检测以及实验室鉴定。

  电场分布法

  复合绝缘子存在着多种界面,目前认为,因复合绝缘子金属端头处密封不良,潮气进入内部,导致沿着芯棒与护套的界面或芯棒内部缺陷发展的电致碳痕是复合绝缘子容易发生也是危险的故障。陡波试验可以检测复合绝缘子的内绝缘缺陷,但该方法无法实现现场在线检测。电场分布法可在线检测复合绝缘子的内绝缘缺陷,且该方法所用仪器较为简单,对天气等外界环境要求甚低。运行中的复合绝缘子,正常状态下电场强度和电势沿绝缘子轴向的变化曲线是光滑的。当绝缘子存在导通性缺陷时,该处电位变为一常数,故其电场强度将突然降低,电场分布曲线也不再光滑,而是在相应的位置上有畸变,中间下陷,两端上升。因此测量复合绝缘子串的轴向电场分布可找出绝缘子的内绝缘导通性故障。

  憎水性检测方法

  目前,适用于现场的憎水性测量方法主要是瑞典输电研究所提出的喷水分级法。该方法将复合绝缘子表面的憎水性分为7级并给出分级判据和标准图片,HC-1级和HC-7级分别对应憎水性最强和最差(即 完全亲水)的状态。试验中,用普通喷壶对试品表面喷洒水雾,观察水分在试品表面的分布情况,对比分级判据和标准图片,得出绝缘子表面的憎水性状况。喷水分级法的缺陷是对人的主观判断依赖性较大。近年来,数码摄像技术和计算机数字图像处理技术的发展为人们更为客观和精确地评价复合绝缘子表面的憎水性提供了一条新的道路。瑞典的研究人员对人工模拟老化的复合绝缘子试样通过喷水分级法测量憎水性等级,同时拍摄喷水后绝缘子表面的数字灰度图像。利用计算机图像处理技术从大量数字灰度图像中提取出一个函数值和HC等级呈单调关系的数学函数(命 名为憎水性指示函数), 从而通过憎水性指示函数来得出绝缘子的憎水等级。但该研究仅停留在实验室阶段,缺乏对复杂情况下复杂表面的分析;虽然对现场在线测试做了可行性预测,但并没有付诸实施。目前,华 北电力大学(北 京)高电压与电磁兼容研究所正在从事基于喷水分级法和数字图象处理技术的复合绝缘子表面憎水性在线检测方法的研究并已取得阶段性成果,全部项目预计在2005年第一季度完成。

  泄漏电流测量法

  泄漏电流测量法是利用泄漏电流沿面形成的原理,在绝缘子接地侧通过引流卡或电流传感器,在线实时测量泄漏电流,利用信号处理单元计算出一段时间内泄漏电流的各种统计值(如 峰值平均值、峰值最大值或大电流脉冲数), 通过无线传输与有线传输相结合,将数据传输到数据总站,运用专家知识和自学习算法对上述三种知识进行综合分析,对绝缘子的积污状况作出评估和预测,并为实现状态检修提供科学依据。对于复合绝缘子,由于其特有的憎水性及憎水迁移性,使得绝缘子受潮时,在任何一个瞬间能够参与导电的只是全部污秽中已经溶解而未流失的那部分,称为“有效污秽”。因此,复合绝缘子的沿面泄漏电流与有效污秽度有关,同时与憎水性也有关系。另外,绝缘子的泄漏电流与电压等级、绝缘子型号、绝缘子片数、环境温度、湿度等因素也有关系。该方法的研究和应用目前尚存在较大的争议。

复合绝缘子的结构及特点

  复合绝缘子是一种特殊的绝缘子,主要应用在抵押架空配电线路中,利用特殊的原料制作而成,在使用中占有重要的作用。在使用塑料组合绝缘子时要注意一些使用方法和事项,要防止绝缘子的老化,对设备产生一定的影响,损害设备的功效,起不到绝缘的效果。

  低压架空配电线路用塑料组合复合绝缘子,一般采用高密度聚乙烯为主要材料,加防老化剂一次挤塑成型,可根据绝缘子的不同用途制成各类低压绝缘子。

  这类绝缘子与传统的瓷绝缘子相比较,可降低造价、方便施工、提高工效,并且它的损坏率几乎为零,性能良好、适用性强、安全可靠,也是一种比较理想的低压架空配电线路用绝缘子。

  塑料组合绝缘子具有相对比较好的优势,能够在使用中展现良好的使用价值,提高工程的效率,保证施工的正常进行和实行,降低了工程的成本和费用。

  安装在输电线路上的复合绝缘子,在运行过程中因长期经受机电负荷、日晒雨淋、冷热变化等作用,可能出现绝缘电阻降低、开裂甚至击穿等故障,对供电可靠性带来潜在威胁,因此,复合绝缘子在线检测意义重大。

  在高压输电线路上,复合绝缘子的老化直接威胁着电力系统的安全运行,直接影响着电力系统的安全性。老化绝缘子特别是绝子零值绝缘子不但容易产生过热膨胀,导致绝缘子头部燥裂,造成断线事故,而且其闪络电压低,降低了高压线路的绝缘水平。

  复合绝缘子零值绝缘子指的是在运行中绝缘子两端的电位分布接近零或等于零的绝缘子。零值或低值绝缘子的影响(低值与绝缘子零值绝缘子的绝缘电阻一般为0 MΩ~300MΩ):线路导线的绝缘依赖于绝缘子串,由于制造缺陷或外界的作用,绝缘子的绝缘性能会不断劣化,当绝缘电阻降低或为零时称为低值或绝缘子'>零值绝缘子。它们对线路运行影响较大,据不完全统计,零值或低值绝缘子的比例在线路运行悬式瓷绝缘子中约达0.3[%]左右。

中国复合绝缘子的发展

  最开始出现的绝缘子是电报绝缘子。

  1914年,美国俄亥俄州的一家公司创造出了圆盘式的悬式绝缘子,这种绝缘子链的各元件连接得很灵活,因此当时称之为铰链式绝缘子。

  1918年,美国西屋公司制造出了新型的针式绝缘子,这种绝缘子的电场比以前的绝缘子要均匀,所以它的冲击系数不大。

  1921年,德国的一家公司改善了上述的绝缘子,创造出了上裙很大的针式绝缘子。实验表明:这种绝缘子在冲击闪络时可以保护下部伞裙不会损伤。

  1924年瑞士摩托公司首先创造出有两个伞裙的绝缘子,它的击穿电压很高,这是棒式绝缘子的前身,历史上称为摩托型绝缘子。

  在20世纪三十年代中期,研究人员也找得了钢化玻璃件可以作为制造高压绝缘子介电材料,最初的悬式钢化玻璃绝缘子是英国皮尔金顿公司研制的,第二次世界大战后,法国也掌握了玻璃绝缘子的生产方法。随后,在意大利、美国和当时的西德也都开始生产玻璃绝缘子。

  自20世纪50年代以来,美国就开始研究和使用复合绝缘子了,当时主要使用环氧树脂浇注结构,一般安装在户外。

  20世纪60年代后期,出现了由树脂增强玻璃钢芯棒和以橡胶或氟塑料等聚合材料为伞裙护套的复合结构绝缘子,并陆续在30多个国家和地区的各种工业线路和试验线路运行,额定电压为交流15~1500kV,直流为400~500kV。

  从20世纪80年代开始,国外复合绝缘子推广应用非常迅速。美国是使用复合绝缘子早和应用广泛的国家,据有关资料介绍,截至1989年底,复合绝缘子占绝缘子市场的20%,复合支柱绝缘子占全部支柱绝缘子的33%,棒形悬式复合绝缘子占悬式绝缘子的15%,使用电压等级从交流115~765kV,直流到500kV。棒形悬式复合绝缘子平均运行时间已有7年,最长使用寿命已达30余年。其中78%的用户反映使用良好,18%的用户认为使用还可以,4%的用户反映有问题。

  20世纪80年代中期,北美35kV及以下电压等级的输电线路至少有200万支复合绝缘子在运行,德国积累了15万支复合绝缘子的运行经验,瑞士也有近20万支复合绝缘子运行10年以上。

  据《我国硅橡胶合成绝缘子的应用与展望》记载:截止1997年,在中国挂网复合绝缘子数量达到40万支。还有一数字讲到:到1998年底,中国35kV-500kV交流输电线路复合绝缘子的使用量已达60万支,并且全部为硅橡胶复合绝缘子。

  《输配电线路应用复合绝缘子的选择与技改研究》(杭州供电公司 张智伟)一文中指出,(截止2007年),进入中国电网的复合绝缘子仅几千万支,而且地域分布不均,推广面积不宽。

  同样出自张智伟的文章《应用复合绝缘子防污闪的新探寻》指出,现在(2008年),中国的复合绝缘子年需求量已突破300万支,使用数量已成为仅次于美国的第2大国,年需求量在近10年将会以20%以上的速度递增。中国到2010年新增输电线路和电气化铁路线路4.8万km,按测定每公里高压输电线路所需绝缘子4万元,就需近20亿元的绝缘子产品。

  中国在建设特高压交流、直流试验基地和示范线路时,70[%]以上的绝缘子均采用复合绝缘子。一方面瓷和玻璃绝缘子已经不能满足特高压线路建设的需要,无法应对特高压污秽外绝缘问题;一方面电压等级愈高,复合绝缘子的性价比愈高;另一方面,中国也想通过这次示范线路的建设让瓷和玻璃绝缘子在特高压领域做一些试验和检验。

  我国电力系统用复合绝缘子的研究始于20世纪80年代初。清华大学、武汉大学、华东电力试验研究院、西安电瓷研究所等单位经过“七五”期间的艰苦攻关,研制出棒形悬式硅橡胶复合绝缘子,并通过了IEC1109标准的全部试验项目。由于吸取了电气化铁道复合绝缘子的经验,一开始就采用了硅橡胶与乙丙橡胶作为伞裙材料。又由于乙丙橡胶绝缘子的几起试运行事故,最后伞裙材料只剩下硅橡胶一种,这种状况一直持续至今。

  1987年,湖北襄樊一家电力设备企业开始引进武汉大学复合绝缘子技术,开始生产复合绝缘子,成为中国,也是世界上第七家复合绝缘子生产企业。1988年正式生产出中国第一支复合绝缘子。

  1990年春,中国华北电网发生大面积污闪,而所有挂网复合绝缘子,虽然在重污区,但却经受住了那次大面积污闪事故的考验,无一支发生闪络事故。从此,复合绝缘子获得电力部门和电力专门的广泛认同,当时的国家电力部甚至专门下文在污秽区推广。

  中国复合绝缘子市场出现供不应求的局面,中国河北、江苏、上海等地都建起复合绝缘子工厂,复合绝缘子行业的竞争从此开始了。

  中国复合绝缘子经过以下三个阶段的发展,已经成为一个成熟的产品。

  1.1 1981~1990年是合成绝缘子开发研制、成果转让与产品化阶段。

  1.2 1990~1994年是合成绝缘子工业性试运行阶段。

  1.3 从1995年开始,合成绝缘子进入全面实用化阶段。

  至1995年,复合绝缘子不仅得到运行部门的广泛好评,而且引起设计部门的关注,500kV线路的调爬开始大批量使用复合绝缘子,新建线路也开始批量甚至全线采用复合绝缘子。

  主要标志是JB/T8460-1996“高压线路用棒形悬式复合绝缘子”行业标准公布和国调中心调网[1997]93号文颁发“合成绝缘子使用指导性意见”。

  据国调中心1997年颁发的“入网合成绝缘子质量保证必备条件”显示,当时有一定规模的复合绝缘子厂家已经达到十多家,在这十多家企业中,各种所有制和投资方式都有,中国复合绝缘子行业历经了一个个充分竞争的阶段。在这个阶段中,各厂家引进、消化和自主研发新技术、新工艺的拼劲十足,到本世纪初,中国复合绝缘子的技术已经达到国际领先水平。其中,仅襄樊国网公司一家就拥有相关专利15项。

  从2006年,甚至更早,中国开始着手建设特高压线路,复合绝缘子作为特高压线路中的重要元件受到了一点有的重视,各主要厂家先后研发出特高压交直流复合绝缘子,并在随后的试验基地和示范线路批量挂网。

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