一種利用光電場傳感器檢測絕緣子缺陷的檢測系統的製作方法
2023-05-03 17:04:06 1
本實用新型涉及一種檢測絕緣子缺陷的系統，具體涉及一種利用光電場傳感器檢測絕緣子缺陷的系統。
背景技術：
隨著近代電力工業不斷向著大機組、大容量和高電壓的迅速發展，運行條件更加苛刻，缺陷率逐漸增加，為了保障發電和輸變電系統的安全、經濟運行，國內外電力行業普遍對電力設備的可靠性提出了越來越高的要求，作為輸變電系統的重要組成部分，對絕緣子運行狀態的在線檢測、缺陷診斷顯得尤為重要。為解決劣化絕緣子的檢測問題，國內外研究了多種檢測方法，目前檢測高壓輸電線路合成絕緣子缺陷的常用手段分別為：
一、用高倍望遠鏡目測，由於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，另外，內絕緣故障僅靠觀測難以發現。
二、另一種現場檢測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，檢測時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，產生火花放電。操作人員根據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，不能監測遠距離絕緣子，短路良好絕緣子時會產生危險，不能檢測合成絕緣子。
三、聲波法檢測由絕緣子局部放電所發出的聲波，其靈敏度低於紅外成像法。在實際檢測過程中，高壓端金具經常發生電暈，所產生的背景噪音會淹沒絕緣子缺陷所發出的聲波。
四、紅外測溫法，由電場引起的絕緣材料的損壞，絕大多數與溫度有關。局部放電、洩漏電流流過絕緣物質時的介電損耗或電阻損耗都可以引起絕緣子局部溫度升高。該方法受環境影響較大，太陽和背景輻射的幹擾，光譜發射率 e的選定，對焦情況、氣象條件等均會對檢測結果造成影響。
因此，在檢測高壓輸電線路合成絕緣子缺陷的實際應用中還受到一些限制。
技術實現要素：
本實用新型的目的就是要提供一種的利用光電場傳感器檢測絕緣子缺陷的系統，其操作簡單、使用廣泛、檢測精確。
為實現上述目的，本實用新型所設計的一種利用光電場傳感器檢測絕緣子缺陷的檢測系統，包括光電場傳感器、升降平臺和電場測量儀，所述光電場傳感器安裝在所述升降平臺上並與所述電場測量儀連接，且所述光電場傳感器布置在絕緣子串的周圍。
進一步地，所述升降平臺包括絕緣環、絕緣杆和絕緣繩，所述絕緣環固定在所述絕緣杆的頂端，所述絕緣繩的一端穿過所述絕緣環並與所述光電場傳感器連接。
更進一步地，所述光電場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。
作為優選項，所述光電場傳感器同時測量絕緣子串周圍在X、Y和Z三個方向的電場值以及合成X、Y和Z三個方向的電場值。
一種利用光電場傳感器檢測絕緣子缺陷的方法，包括以下步驟：
1)在絕緣子串周圍布置光電場傳感器；
2)沿絕緣子串移動光電場傳感器，並記錄光電場傳感器在絕緣子串周圍多個預設點測得的電場值；
3)根據多個預設點的電場值判斷絕緣子串中絕緣子的缺陷情況。
進一步地，所述步驟2具體為，
2.1)確認光電場傳感器在絕緣子串周圍布置無誤；
2.2)將光電場傳感器的探頭對準絕緣子串高壓端的第一片絕緣子傘裙，並沿絕緣子串的高壓端到低壓端移動光電場傳感器，並依次記錄光電場傳感器在多個預設點測量的第一電場值；
2.3)沿絕緣子串的低壓端到高壓端移動光電場傳感器，並依次記錄光電場傳感器在多個預設點測量的第二電場值；
2.4)將多個預設點的第一電場值分別與對應預設點的第二電場值進行平均計算，得到多個預設點的電場值。
更進一步地，所述步驟2.1具體為：
2.1)將光電場傳感器移動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象，若沒有放電或者異常電暈現象，則光電場傳感器在絕緣子串周圍布置無誤。
作為優選項，所述步驟3具體為：
3)根據多個預設點的電場值繪製絕緣子串周圍電場強度分布曲線，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強度分布曲線為絕緣子串空間軸向的電場變化率曲線。
作為優選項，所述步驟3具體為：
3)根據多個預設點的電場值繪製絕緣子串周圍電場強度分布曲線，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強度分布曲線為絕緣子串空間軸向的電場變化率曲線，將多個預設點的電場值利用有限元仿真計算方法對絕緣子串的電場分布規律進行仿真分析，判斷絕緣子串中絕緣子的缺陷情況。
作為優選項，所述預設點的個數為13個。
本實用新型的優點在於：其能在劣化絕緣子對空間軸向電場分量影響很大的基礎上提出一種利用光電場傳感器測量絕緣子串表面的軸向電場分布情況檢測劣化絕緣子的方法，通過直接分析絕緣子串空間軸向電場的變化能夠判斷出劣化絕緣子及其位置。本實用新型的方法所用儀器較為簡單，對天氣等外界環境要求甚低，測量點較多；同時本實用新型的方法具有不需接觸絕緣子串、不需登塔、檢測時間短的優點，並用計算代替了部分測量工作，因此工作量較小，有利於運行維護人員的使用；另外在本實用新型的方法中，環境溫度的變化不影響絕緣子劣化的判斷，在乾燥的情況下，絕緣子表面的汙穢不影響絕緣子劣化的判斷。
附圖說明
圖1為本實用新型的使用狀態示意圖；
圖2為本實用新型的方法步驟示意圖；
圖3為良好絕緣子串與劣化絕緣子串的電場分布關係的曲線原理圖；
圖4為清潔絕緣子串的試驗與仿真結果圖；
圖5為劣化絕緣子串的試驗與仿真結果圖。
圖中：光電場傳感器1、升降平臺2、電場測量儀3、絕緣子串4、絕緣環 5、絕緣杆6、絕緣繩7。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細描述：
如圖1～2所示的利用光電場傳感器檢測絕緣子缺陷的檢測系統，包括光電場傳感器1、升降平臺2和電場測量儀3，所述光電場傳感器1安裝在所述升降平臺2上並與所述電場測量儀3連接，且所述光電場傳感器1布置在絕緣子串4的周圍。所述升降平臺2包括絕緣環5、絕緣杆6和絕緣繩7，所述絕緣環5固定在所述絕緣杆6的頂端，所述絕緣繩7的一端穿過所述絕緣環5並與所述光電場傳感器1連接。所述光電場傳感器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。所述光電場傳感器1同時測量絕緣子串4周圍在 X、Y和Z三個方向的電場值以及合成X、Y和Z三個方向的電場值。
一種利用光電場傳感器檢測絕緣子缺陷的方法，包括以下步驟：
1)在絕緣子串4周圍布置光電場傳感器1；
2)沿絕緣子串4移動光電場傳感器1，並記錄光電場傳感器1在絕緣子串4周圍多個預設點測得的電場值，所述預設點的個數為13個；
2.1)確認光電場傳感器1在絕緣子串4周圍布置無誤：將光電場傳感器1 移動到絕緣子串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象，若沒有放電或者異常電暈現象，則光電場傳感器1在絕緣子串4 周圍布置無誤；
2.2)將光電場傳感器1的探頭對準絕緣子串4高壓端的第一片絕緣子傘裙，並沿絕緣子串4的高壓端到低壓端移動光電場傳感器1，並依次記錄光電場傳感器1在多個預設點測量的第一電場值；
2.3)沿絕緣子串4的低壓端到高壓端移動光電場傳感器1，並依次記錄光電場傳感器1在多個預設點測量的第二電場值；
2.4)將多個預設點的第一電場值分別與對應預設點的第二電場值進行平均計算，得到多個預設點的電場值。
3)根據多個預設點的電場值判斷絕緣子串4中絕緣子的缺陷情況：根據多個預設點的電場值繪製絕緣子串4周圍電場強度分布曲線，判斷絕緣子串4 中絕緣子的缺陷情況，所述絕緣子串4周圍電場強度分布曲線為絕緣子串4 空間軸向的電場變化率曲線，將多個預設點的電場值利用有限元仿真計算方法對絕緣子串4的電場分布規律進行仿真分析，判斷絕緣子串4中絕緣子的缺陷情況。
實施例1：
檢測時，將光電傳感器1通過絕緣環5、絕緣杆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同步運動，將光電傳感器1通過光纖與電場測量儀3連接。光電場傳感器1是一種基於Pockels 效應的傳感器，側採用絕緣性能好的電光晶體作為傳感元件；通過絕緣強度極高的光纖作為信號傳輸通道，使其絕緣結構大大簡化，同時沒有鐵心和線圈，不存在磁飽和、鐵磁諧振等問題，可以提高測量精度。
本實用新型一種利用光電場傳感器檢測絕緣子缺陷的方法設計的原理如下：
圖3為良好絕緣子串與劣化絕緣子串的電場分布關係的曲線原理圖，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，縱軸為電場強度，規定上面一條曲線為曲線A，下面一條曲線為曲線B；曲線B是根據電磁場理論計算出的電場強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；當絕緣子串存在導通性缺陷時(見圖3中的圓圈)，缺陷處的電位變為一常數，由於電場強度是電位沿長度的變化率，因此缺陷處的電場強度將突然降低，作出的電場分布曲線也不再光滑，而是在相應的位置上有畸變，見圖3中的曲線A，曲線A呈現的形狀為「中間下陷，兩端上升」。
本具體實施例模擬220kV線路的實際運行情況，所加交流電壓有效值為 127.0kV，模擬導線長度5.0m,試驗所用低值絕緣子串的絕緣電阻為40MΩ，零值絕緣子串採用地線短路鋼腳鋼帽來模擬，測量時短接地線背對光電場傳感器的探頭。
圖4為清潔絕緣子串的試驗與仿真結果圖，圖中d為電場測量參考線或測量參考點到絕緣子串中軸的距離。高壓端到低壓端的絕緣子編號依次為 No.1～No.13。由圖4可知，在大多數位置處實測值比計算值略微偏低，但兩者的變化規律基本吻合。由此證明，利用有限元仿真計算方法對瓷絕緣子串的電場分布規律進行仿真分析是可行的。
本實用新型以空間軸向電場變化率σi,j分析劣化位置和距離d對其空間電場變化的影響，其表達式為：
σi,j＝ΔEi,j,f-ΔEi,S/ΔEi
式中：i為各個絕緣子位置；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d＝0.3和0.5m時劣化絕緣子位置分別對空間軸向電場變化率的影響，可以看出試驗結果與仿真結果基本一致。劣化絕緣子對空間軸向電場分量影響最大，測量距離越遠，其空間軸向電場的變化率越小；劣化絕緣子位置靠近高壓端時，其空間軸向電場變化率增加，位於絕緣子串中部時其空間電場變化率最小且基本保持不變；靠近低壓端時其空間電場變化率又有所增加。當 d＝0.30m時，最小電場變化率為0.13；當d＝0.50m時，最小電場變化率為 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變化率逐漸減小。傳感頭距離絕緣子10cm或者以內，測量到的電場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d＝0.3m時No.11，No.12，No.13絕緣子的空間軸向電場變化率。由表1可知，當劣化絕緣子在串中任何位置時，橫擔側3片絕緣子周圍空間軸向電場的變化率基本穩定，且3片中至少有2片的空間軸向電場變化率大於5.0％。基於敏感絕緣子法的思想，本實用新型定義橫擔側3片絕緣子為敏感絕緣子組，通過測量這3片絕緣子的空間軸向電場變化率，就可判斷出絕緣子串中是否含有零值絕緣子。因此，對於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變化率就可判斷出絕緣子串中是否含有零值絕緣子。
本實用新型在劣化絕緣子對空間軸向電場分量影響很大的基礎上提出一種利用光電場傳感器測量絕緣子串表面的軸向電場分布情況檢測劣化絕緣子的方法，通過直接分析絕緣子串空間軸向電場的變化能夠判斷出劣化絕緣子及其位置。本實用新型的方法所用儀器較為簡單，對天氣等外界環境要求甚低，測量點較多；同時本實用新型的方法具有不需接觸絕緣子串、不需登塔、檢測時間短的優點，並用計算代替了部分測量工作，因此工作量較小，有利於運行維護人員的使用；另外在本實用新型的方法中，環境溫度的變化不影響絕緣子劣化的判斷，在乾燥的情況下，絕緣子表面的汙穢不影響絕緣子劣化的判斷。
最後，應當指出，以上實施例僅是本實用新型較有代表性的例子。顯然，本實用新型不限於上述實施例，還可以有許多變形。凡依據本實用新型的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應認為屬於本實用新型的保護範圍。