超高壓直流線路復(fù)合絕緣子檢測方法的研究

1、第 30卷 第 12期 電 網(wǎng) 技 術(shù) V ol. 30 No. 12 2006年 6月 Power System Technology Jun. 2006文章編號:1000-3673(2006 12-0047-06 中圖分類號:TM855; TM216 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 學(xué)科代碼:470·4034 超高壓直流線路復(fù)合絕緣子檢測方法的研究程養(yǎng)春 1,劉 斌 1,李成榕 2,趙林杰 1(1.華北電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院,北京市 昌平區(qū) 102206;2.高電壓與電磁兼容北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué) ,北京市 昌平區(qū) 102206Detection Method of Composite

2、Insulators for DC EHV Transmission LinesCHENG Yang-chun1, LIU Bin1, LI Cheng-rong2, ZHAO Lin-jie1(1. School of Electrical Engineering, North China Electric Power University, Changping District, Beijing 102206, China ; 2. Beijing Key Laboratory of High Voltage & EMC(North China Electric Power Uni

3、versity ,Changping District, Beijing 102206, China ABSTRACT: The on-line detection methods of faulty composite insulators for EHV transmission lines, such as infrared image method, electric field map method and hydrophobicity method, are summarized. Combining with special problems of composite insul

4、ators for HVDC transmission lines, the difficulties and defects of applying above-mentioned detection methods to DC composite insulators are analyzed. The authors point out that the aspsects of heating mechanism, the DC electric field distribution and the hydrophobicity detection of high voltage DC

5、composite insulators should be researched in depth.KEY WORDS: composite insulator; infrared image; defect ; DC electric field measurement; hydrophobicity ; high voltage insulation engineering摘要:介紹了超高壓線路交流復(fù)合絕緣子帶電檢測方法, 如 紅外測溫法、 電場法和憎水性分級法等, 并結(jié)合直流輸電線 路復(fù)合絕緣子的特殊問題, 分析了這些方法應(yīng)用于直流復(fù)合 絕緣子時(shí)的不足和困難, 指出在直流復(fù)合絕緣子異常

6、發(fā)熱機(jī) 理、直流電場測量和憎水性測量等方面均需深入研究。關(guān)鍵詞:復(fù)合絕緣子;紅外熱像圖;缺陷;直流電場測量; 憎水性;高電壓與絕緣技術(shù)0 引言從地域上來看, 我國能源資源 和 生產(chǎn)力 發(fā) 展呈 逆向 分 布 , 能源豐富 的 西部 地 區(qū)遠(yuǎn)離經(jīng)濟(jì) 發(fā) 達(dá) 的 東 部 地 區(qū) , 因此采 用 遠(yuǎn)距離 、 大容 量輸電 系統(tǒng)成為必 然 。 ±800kV 特高壓直流輸電 具有遠(yuǎn)距離 、 大容 量、 低損耗 等 優(yōu)勢 , 國家 電網(wǎng) 公司已規(guī)劃建設(shè) 6回 ±800kV 、 4000A 、 6400MW 的特高壓直流輸電 工 程 , 將金沙江下游烏東德 、 白鶴灘 、 溪洛渡 、 向

7、家 壩 4個(gè)巨型 水電 站 的 38GW 電 力 輸 送到 2000km 外 的 華東負(fù)荷中心 和 1000多公里 外的 華中負(fù)荷中 心 1-4。 我國 超 (特 高壓直流輸電 系統(tǒng)作為西部大 量 水電的 東送通道 , 其承載 的 功率非 常 大 , 通 常 會滿 負(fù)荷運(yùn)行 。直流 系統(tǒng)故 障后 , 由 于 大 量 功率 輸 送 不 出 去 , 導(dǎo)致 系統(tǒng) 頻 率 升 高; 大 量 功率 的 轉(zhuǎn)移 , 使得 部 分線路特 別是 網(wǎng) 省間聯(lián)絡(luò) 線 嚴(yán)重過 負(fù)荷 , 對整 個(gè) 電網(wǎng)的 安全穩(wěn)定 運(yùn)行 造 成 很 大 沖擊 5。直流輸電線 路 是 直流輸電 系統(tǒng) 的 重要組 成部 分, 因 輸電線路

8、 故 障 和檢 修導(dǎo)致整 個(gè) 直流輸電 系統(tǒng) 退 出 運(yùn)行 的 事例 時(shí) 有 發(fā) 生 。 據(jù)報(bào) 道 , 美 國 太平洋聯(lián)絡(luò) 線 500kV 直流 升 壓 工程 在 投 運(yùn) 不 到 1年的時(shí) 間內(nèi)就閃絡(luò) 了 7次 6。 2004年 葛南 線 因 年 度 大 修造 成 的 能 量不 可 用 率達(dá) 到 16.665%; 因 直流線路 原 因 停 電 4次 , 停 電時(shí) 間 累計(jì) 12.267h 。 龍政 線 因 直流線路 原 因 停 電 6次 , 停 電時(shí) 間累計(jì) 59.5h , 造 成能 量不 可 用 率達(dá)到 0.339%; 系統(tǒng)大 修 、 控制及保護(hù) 和直流線路 故 障是 造 成能 量 可 用

9、率下 降 的 主要 因 素 7。對 于超高壓直流輸電線路, 主要 故 障是 絕緣子 雷擊閃絡(luò) 和 污穢閃絡(luò) ; 主要維護(hù) 工作 是 檢測 低 零值 絕緣子、 劣質(zhì) 絕緣子和 清除污穢 。特高壓直流輸電 線路 全長 達(dá) 上 千 公里 ,絕緣子用量 巨大 , 維護(hù) 工作 尤 為 費(fèi) 時(shí) 費(fèi) 力 。 然 而 , 目前 直流輸電方面的研究 主 要集 中 在電 站設(shè) 備 上, 對 用量 最 大 、直 接影響 線路 可靠 性的絕緣子 及 其運(yùn)行 性 能 研究 較少 8。 我國已 發(fā) 生 了 多 起 500kV 交流復(fù)合絕緣子 事 故 , 而 直流絕 緣子的 運(yùn)行 環(huán)境比 交流絕緣子的 運(yùn)行 環(huán)境 更 為

10、惡 劣 ,發(fā) 生 事 故 的 概 率 更 高。 據(jù) 資 料 報(bào) 道 和 相關(guān) 研 究 9-10表明 ,在 相似 的地理 環(huán)境 中 ,在直流高壓 作48 程 養(yǎng)春 等 :超高壓直流線路復(fù)合絕緣子檢測方法的研究 V ol. 30 No. 12用 下 絕緣子的 金 屬端頭腐蝕 和 污穢 程 度 都 比 交流 高電壓 作 用時(shí) 更 為 嚴(yán)重 ,絕緣子的 損 壞 率 也更 高, 其中 污穢是 復(fù)合絕緣子 損 壞 的 主要原 因 。綜 上 所述 ,研究超高壓直流輸電線路復(fù)合絕緣 子的帶電檢測技術(shù) 很 有必 要 。 但 目前 針 對 直流復(fù)合 絕緣子的研究 成 果 較少 , 本文總 結(jié)了交流復(fù)合絕緣 子的帶

11、電檢測技術(shù),并 對 直流復(fù)合絕緣子的特殊 情 況進(jìn) 行 討論 , 旨 在 將 交流復(fù)合絕緣子檢測技術(shù)的 成 功經(jīng) 驗(yàn)引 入 到 直流復(fù)合絕緣子的帶電檢測 中 來。1紅外測溫法用于直流復(fù)合絕緣子帶電檢測1.1交流復(fù)合絕緣子的發(fā)熱機(jī)理交流復(fù)合絕緣子在 運(yùn)行中其 絕緣 物 質(zhì) 的 變化 常與發(fā)熱 聯(lián) 系 在 一 起 。 據(jù)報(bào) 道 , 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 均 可 引 起 絕緣子 局 部 溫 度 的 升 高 11-12。 因此 , 根 據(jù) 發(fā)熱 現(xiàn) 象 能 發(fā) 現(xiàn) 交流復(fù)合絕緣子的 局 部 破 損 和 放 電缺陷。 理 論 上, 當(dāng) 絕緣

12、子外 護(hù) 套或芯棒破 損 后 ,水分 潮氣 可 滲 入 其中 ,在電場和 化學(xué) 作 用 下 侵蝕芯棒 , 最 終 導(dǎo)致 芯棒斷裂 ; 或者形 成 炭化 通道 , 減小 絕緣 子的 有 效 絕緣 距離 。在這 個(gè) 過 程中 , 破 損部 位往往 存 在 局 部 強(qiáng) 場,從 而 引 發(fā) 局 部 放 電。 每一 個(gè) 局 部 放 電 都伴隨著微小 的電流 脈 沖 或 電子 崩 , 它們打 在絕 緣 材料 上, 既 會 破壞材料本身 的 化學(xué) 結(jié) 構(gòu) , 使 其 炭 化 , 又 使 絕緣 材料 溫 度升 高。圖 1為 高壓 端局 部 導(dǎo) 通 后 絕緣子熱像圖, 可 見 發(fā)熱 點(diǎn)處 于缺陷的 端 部 (即

13、 局 部 放 電 最 強(qiáng) 的 位 置 13。 SP01 絕緣子 正 常 部 分的 某 一點(diǎn) ; AR01 絕緣子的缺陷 區(qū) 域。 圖 1高壓端有導(dǎo)通性缺陷的絕緣子熱像圖Fig. 1 The infrared image of a composite insulator string with defect at high voltage end水 是 強(qiáng) 極 性 物 質(zhì) , 具有 相當(dāng) 高的介電常 數(shù) , 當(dāng) 其 處 于交 變 電場時(shí),水分子 將 隨 電場方 向 的 改 變 反 復(fù) 極 化 , 產(chǎn)生能 量 損耗 (介 質(zhì) 損耗 并 轉(zhuǎn) 化 為 熱量, 使 水分的溫 度 上 升 ,這 種 情況

14、只 有 在缺陷 部 位 受 潮 時(shí) 才 出 現(xiàn) ; 但 另 一 方面,水分的 蒸 發(fā) 也 可 能 降 低其 溫 度 。正 常 情況 下 復(fù)合絕緣子 中 絕緣介 質(zhì) 的電 阻 非 常 大 ,流 過 絕緣子的 泄漏 電流 僅 為 微 安 級 別 。 當(dāng) 某 處 絕緣 材料 的電 阻 下 降 到 一 定 范圍 后 , 原 先 流 過 雜 散 電 容 的 一 部 分 泄漏 電流 會 集 中 流 過 該 處 , 導(dǎo)致 該 處 的電 阻 損耗大 于 別 處 ,從 而 在 該 處 出 現(xiàn)局 部 發(fā) 熱。 本文 作 者 研究了來 自 運(yùn)行 現(xiàn) 場的 佛山供 電 局 良 小 線 10+2塔 B 相 絕緣子的發(fā)熱

15、 情況 。 該 絕緣子 鐵 腳 上 有 許 多 毛刺 ,在 正 常 運(yùn)行 電壓 下有 電 暈聲 ,第 一 傘 下部 護(hù) 套 在 長 期電 暈 侵蝕 下已 嚴(yán)重 老 化 發(fā) 白 , 其 絕緣電 阻 下 降 到 500M /cm。 熱像圖如圖 2所 示 , 護(hù) 套 老 化 部 位明 顯 發(fā)熱。 圖 2 良小線 10+2塔 B 相絕緣子熱像圖Fig. 2 The infrared image of the composite insulator string on tower 10+2 of Liangxiao line1.2直流復(fù)合絕緣子的發(fā)熱機(jī)理直流復(fù)合絕緣子出 現(xiàn) 缺陷 后 , 也 可 能 存

16、 在 局 部 放 電, 因此 也 可 利 用紅外測溫法檢測 該類 缺陷。 而 對 于 受 潮 缺陷, 由 于直流電場 下 不 存 在 極 化 損耗 , 不 會 出 現(xiàn) 異常發(fā)熱 現(xiàn)象 , 反 而可 能因?yàn)?受 潮 部 位 電 阻減小 而 泄漏 電流發(fā)熱 減小 ,出 現(xiàn) 異常 低 溫。 對 于 良 小 線 10+2塔 B 相 絕緣子 所表現(xiàn) 出的 因 外 護(hù) 套 老 化引 起 的異常發(fā)熱 現(xiàn)象 , 也 可 能因 直流電場 下 不 存 在 雜散 電 容 電流 而 不 會 發(fā) 生 。因此 ,應(yīng)用紅外測溫法帶電檢測直流復(fù)合絕緣 子時(shí) 所 發(fā) 現(xiàn) 的缺陷 類 型會大大 少 于交流復(fù)合絕緣 子, 僅 能

17、發(fā) 現(xiàn) 有 局 部 放 電的缺陷。 關(guān) 于直流復(fù)合絕 緣子的發(fā)熱機(jī)理 仍 需 進(jìn)一 步 研究。2 電場法用于直流復(fù)合絕緣子帶電檢測2.1直流復(fù)合絕緣子的諧波電場測量電場法 利 用復(fù)合絕緣子 周圍 的電場分 布 曲 線 來 判 斷 缺陷, 其 原 理 是 基 于缺陷 改 變 了絕緣子 周圍 的電場分 布 。 基 于電場法, 華 北 電 力大 學(xué) 與 華 北 電 力 科 學(xué) 研究 院 合 作 開 發(fā)了 DL-1型 合 成 絕緣子帶電 檢測 儀 , 已 在高壓交流輸電線路的絕緣子帶電檢測 中 推廣 應(yīng)用。第 30卷 第 12期 電 網(wǎng) 技 術(shù) 49 直流電場測量技術(shù)的難 度 遠(yuǎn) 超 過 交流電場。

18、華 北 電 力大 學(xué) 與 廣 西 梧州 超高壓 局 合 作 開 發(fā)了 基 于 諧波 電場的 ZHL-1型 直流絕緣子帶電檢測 儀 , 如圖 3所 示 。 該儀器 由 電場測量 探 頭 、 托架 和 連 接 柄 組 成 。電場測量 探 頭 是 一 長 方 形 金 屬 盒 , 內(nèi) 裝 電路, 用來測量并 存 儲 電場 數(shù) 據(jù) 。 托架 用絕緣 材料 制 成 , 用 以 安 放 電場 探 頭 和 連 接 柄 。 連 接 柄 為金 屬件 ,用 螺釘固 定 在 托架 中部 ,用 以連 接 帶電 操 作 絕緣 桿 。 圖 3 ZHL-1型直流絕緣子帶電檢測儀Fig. 3 The ZHL-1 type on

19、line detection devicefor DC composite insulator利 用 ZHL-1檢測 儀 在 實(shí) 驗(yàn) 室 對 含 有 缺陷的 3只 絕緣子 (13號 和 1只良好 絕緣子 (4號 進(jìn) 行 帶電檢 測。測量結(jié) 果 如圖 4所 示 ,圖 中 縱軸 為 所 測 到 的 諧 波 場 強(qiáng) 特 征 值 , 其大 小 與 被 測直流電場 大 小 成 正 比 ; 橫軸 為 絕緣子 傘裙號 ,從 低 壓 側(cè)開始 計(jì) 數(shù) 。 由 圖 4可 見 , 1號 和 2號 絕緣子的 曲 線在高壓 端都 有 明 顯 下 降 , 曲 線 斜 率 發(fā) 生 突 變 的 位 置正 是 缺陷的 端 部

20、; 3號 絕緣子的 曲 線 雖 不像 1號 、 2號 絕緣子的 曲 線 那樣畸 變 得很 厲害 , 無 明 顯 下 陷, 但 3號 絕緣 子的 曲 線在第 20、 21號傘裙 處 與 4號 的 曲 線 相 比 有 微小 下 降 , 4號曲 線 比較 光滑 。 因此 ,從 曲 線上 可 以判 斷 出 1號 和 2號 絕緣子 存 在高壓 端 短 路缺 陷, 3號 絕緣子 含 有 懸浮 缺陷, 4號 絕緣子 為 良好 絕緣子, 完 全 符 合 實(shí) 際 情況 。對 于 500 kV 超高壓直流輸電線路的直線 塔 , 復(fù) 合絕緣子 距 塔 身 較 遠(yuǎn) ,不 能 使 用絕緣 操 作 桿 , 可 采300

21、25000 20000 15000 10000 50 0 04812 1620241號 2號3號4號 傘裙 編 號諧 波 場 強(qiáng) 特 征 值 /(k V /m 圖 4 ZHL-1檢測儀的實(shí)驗(yàn)量測量結(jié)果Fig. 4 The electric field distribution of four composite insulators measured with ZHL-1 type device in laboratory用絕緣 繩吊拉 方 式 , 簡單 可靠 ,如圖 5所 示 。 其 檢測結(jié) 果 如圖 6所 示 ,電場分 布 曲 線與 實(shí) 驗(yàn) 室 測 得 的 良好 復(fù)合絕緣子的電場分 布 曲

22、 線 具有 相似形 狀 14。圖 5 使用 ZHL-1檢測儀現(xiàn)場檢測直線串 Fig. 5 The operation of ZHL-1 device on field0 10 2030 40 50 60傘裙 編 號諧 波 場 強(qiáng) 特 征 值 /(k V /m 020000 40000 60000 80000 10001200圖 6 ZHL-1檢測儀測得的 500 kV復(fù)合絕緣子電場分布 Fig. 6 The electric field distribution of a 500kV compositeinsulator measured with ZHL-1 device on field2

23、.2 直流復(fù)合絕緣子的直流電場測量雖 然 直流電場測量技術(shù)的難 度 遠(yuǎn) 超 過 交流電 場, 但 研究復(fù)合絕緣子的直流電場分 布 可 為 直流絕 緣子的 設(shè) 計(jì) 和 維護(hù) 提 供科 學(xué) 依 據(jù) 。 例 如, 對 于直流 絕緣子 表 面的電 位 分 布規(guī) 律 , 傳 統(tǒng) 觀 點(diǎn) 認(rèn) 為 鹽密 的 影響 和電 導(dǎo) 的 作 用 決 定 了電場分 布 。 文 獻(xiàn) 6通 過 大 量的 試驗(yàn)總 結(jié), 認(rèn) 為 決 定 電場分 布 的 主要 因 素是 水 的 極 化 作 用,不 只 是 鹽密 電 導(dǎo) 的 作 用,并 提 出了 關(guān) 于直流絕緣子 濕 閃 的 新觀 點(diǎn) , 較 好 地 解釋 了 潮 濕天 氣 及

24、鹽密 較 低 情況 時(shí)直流絕緣子 串 在 額 定 電壓 下發(fā) 生 閃絡(luò) 的特殊 現(xiàn)象 。 污穢 受 潮 時(shí)絕緣子 表 面電 阻 大 幅 下 降 , 濕 度較 大 時(shí)分 布 電壓 還 可 反 映沿 絕緣子 串 的 積 污 程 度 15。在直流 系統(tǒng)中 ,絕緣子直流電 阻 太 大 , 以 致 于它身處 的介 質(zhì) , 即 空 氣 不 能 視 為 絕緣 體 ,絕緣子的 電壓分 布 主要由 絕緣子 自 身 電 阻 (主要是 表 面電 阻 、 周圍 空 氣 的 空 間 電流 或 電 荷 和高壓電場 決 定 。50 程 養(yǎng)春 等 :超高壓直流線路復(fù)合絕緣子檢測方法的研究V ol. 30 No. 12絕緣子

25、周圍 的 空 間 電 荷 和電 暈 產(chǎn)生 的 離 子流 對 電 場分 布 的 影響很 大 , 其 對 絕緣子 閃絡(luò) 電壓的 影響 機(jī) 理 尚 不 清 楚 。 目前 , 針 對 高壓輸電線路 下 方地面 附 近 的 離 子流的理 論 分析和 實(shí) 際 測量的研究 成 果 較 多 , 也 有 人 計(jì) 算 了絕緣子 周圍 離 子流 所 產(chǎn)生 的電場 分 布 , 但 未 見 絕緣子 附近 離 子流測量的 相關(guān) 報(bào) 道 。 空 氣相 對 濕 度 小 于 52%時(shí),絕緣子 表 面電 阻 很 大 , 空 間 電場 由 空 間 離 子流 決 定 , 兩 頭 高, 中 間 低 , 且 與電壓 極 性 有 關(guān) ,

26、但 差 異不 大 ; 大 于 65%時(shí), 空 間 電場 由 絕緣子 表 面電 阻 決 定 。測量超高壓輸電線路絕緣子 周圍 的直流電場 更 加 困難, 既 要 求 測量 儀器 體積 小 , 操 作 簡便 , 還 要 克服空 間 電 荷 和高壓 導(dǎo) 線電 暈 所 產(chǎn)生 的 離 子流的 影 響 。 目前 用于絕緣子直流電場測量的方法 主要 有 光 電 效 應(yīng)法、 旋 轉(zhuǎn) 電 極 靜 電 感 應(yīng)法、 球隙 和分壓 器 法 4類 , 后 2類只 能 用于 瓷 質(zhì) 絕緣子和 玻璃 絕緣子。 2.3 利用光電效應(yīng)測量直流電場光 電 效 應(yīng)法 利 用 一 些 光 電 晶體 的 pockels 效 應(yīng)、 ke

27、rr 效 應(yīng)、 光波 導(dǎo) 、電 致 光 吸收 、壓電 彈 光 效 應(yīng), 通 過 測量 受 電場 強(qiáng) 度 調(diào) 制 的 光 信 號 來 獲 得 電場 強(qiáng) 度 信息 16。 實(shí) 際 上 光 電 效 應(yīng)法的應(yīng)用 受 到 光 學(xué) 晶體 機(jī) 械加 工 精 度要 求 高, 受 溫 度 、應(yīng) 力 和 自 然 雙折射 嚴(yán)重 干擾 ,電 光 晶體價(jià)格 較 貴 , 光探 測 元 件 要 求十 分 靈敏精確 等 因 素 的 制 約 。測量直流電場的 過 程中 遇 到 的 更 大 困難 是 ,電 場測量 中 要 求 電 光 晶體 的電 導(dǎo) 率 和介電常 數(shù) 盡 量 小 , 而 介電常 數(shù) 小 的 晶體 的電 光 系 數(shù)

28、 往往也 較 小 ; 晶體 內(nèi) 部離 子 遷 移 和 空 間 電 荷 在 傳感 器 上 聚 集后 , 原 空 間 電場 遭 到 改 變 ; 連 接 探 頭 與 光 學(xué) 儀器 的 光 纖 通 常 擁 有 塑 料 外 皮 , 也 能 夠 束縛 大 量 空 間 電 荷 , 造 成 空 間 電場 改 變 。 因此 這 類 測量方法 未 得 到 廣 泛 應(yīng) 用。圖 7為 BGO 晶體 在直流電場 中 輸出結(jié) 果 的 漂 移 , 誤 差 可 達(dá) 10%, 基 本 上 10 min 后 趨 于 穩(wěn)定 。 LN 晶體 的電 阻 率為 1016cm , 漂 移 現(xiàn)象 很 微 弱 ,在測 量 中 察覺 不 到 1

29、7。 空 間 電 荷 在直流電場的 作 用 下 定輸 出 電 壓 /p u1020301.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 t /min施 加 電壓 100 V加 電壓 300 V 施 加 電壓 500 V 0.9250.5500.187圖 7 BGO 晶體在直流電場中輸出結(jié)果的漂移 Fig. 7 The floating output of BGO crystalin DC electric field300 25000 20000 15000 10000 50 35000 歸 一 化 輸 出 /103p u0 有 正 負(fù) 極 性 空 間 電 荷 有 正極 性 空 間 電 荷無 空

30、 間 電 荷10203040506070電場 強(qiáng) 度 /(kV/m圖 8 空 間 電 荷對 直流電場測量的 影響 Fig. 8 The influence of space charge to themeasurement of DC electric field向運(yùn) 動 ,并 附 著 在 傳感 器 上, 產(chǎn)生 附加 電場, 影 響 測量結(jié) 果 。圖 8為 10 mm長 的 鋰酸鈮 晶體 在 無 空 間 電 荷 、 有 正極 性 空 間 電 荷 和 有 正 負(fù) 空 間 電 荷 時(shí) 隨 直流電場 增 加 時(shí)的 歸 一化 輸出 情況 。 可 見 , 空 間 電 荷 的 影響 非 常 大 , 正 負(fù)

31、 電 荷 同 時(shí) 存 在時(shí) 影 響尤 為 嚴(yán)重 18。2.4 利用 旋轉(zhuǎn) 電 極靜 電 感 應(yīng)法測量直流電場利 用 1對 相 對 旋 轉(zhuǎn) 的 葉輪 形 電 極 , 將 空 間 直流 電場在電 極 上 感 應(yīng) 到 的電 荷 信 號 調(diào) 制 成 交流電流 信 號 進(jìn) 行 測量, 降 低 了 對 放 大 器 等 后 續(xù) 處 理電路的 要 求 。測量 原 理如圖 9所 示 , 若 將 該 旋 轉(zhuǎn) 電 極置 于 直流電場 中 ,并 使 極 板 與電場方 向 垂 直, 則 極 板 上 聚 集 的電 荷 也 近 似 按 正 弦 規(guī) 律 變化 。 若 將 兩 極 板 通 過 電 阻相 連 , 則 電 阻 上

32、會有 近 似 正 弦 電流流 動 ,電 阻 兩 端也 產(chǎn)生 交流電壓。 可 見 , 該 交流電壓的 大 小 與直流電場的 大 小 成 正 比 19。交 流 側(cè)直流電場圖 9 旋轉(zhuǎn) 電 極感 應(yīng)法測直流電場 原 理Fig. 9 The sketch map of rotating electric poleto induce DC electric field本文 利 用 該 方法 對 2.1節(jié) 所述 含 有 缺陷的復(fù)合 絕緣子和 良好 絕緣子的直流電場分 布 進(jìn) 行 了測量,4812 1620240 20000 40000 60000 直 流 場 強(qiáng) 特 征 值 /(k V /m 傘裙 編 號

33、1號2號 3號 4號圖 10 旋轉(zhuǎn) 法測 到 的復(fù)合絕緣子直流電場Fig. 10 The DC electric field distributions measuredby the rotating pole method第 30卷 第 12期 電 網(wǎng) 技 術(shù) 51得 到 如圖 10所 示 的結(jié) 果 , 可 見 高壓 端 具有 導(dǎo) 通 性 缺陷的 1號 和 2號 絕緣子的直流電場在高壓 端明 顯 下 降 ; 具有中部 缺陷的 3號 絕緣子的直流電場 也 在 缺陷 部 位明 顯 下 降 ; 4號良好 絕緣子的直流電場分 布 仍顯 現(xiàn) 光滑 的上 升 形 狀 。文 獻(xiàn) 14利 用 平 板 狀 電

34、 極 傳感 器 對 直流絕緣子 電場 進(jìn) 行 了測量。 文 獻(xiàn) 20利 用 具有 球 形 金 屬 外 殼 (直 徑 250mm 和 平 板 電 極 的 傳感 器 對 直流輸電線路 下 方 離 子流電場 進(jìn) 行 了測量, 認(rèn) 為 空 間 電 荷 漂 移 到 電 極 上 后 會產(chǎn)生 附加 電場, 其 準(zhǔn) 確 度 難 以 確 定 ,在 10%左右 。 文 獻(xiàn) 8通 過 采 用 振動 機(jī) 構(gòu) 改 變 兩 平 板 電 極 之 間 距離 來 調(diào) 制 靜 電 感 應(yīng) 信 號 。 基 于 此 類 方法的 測量 儀器 存 在機(jī) 械旋 轉(zhuǎn) 機(jī) 構(gòu)或 振動 機(jī) 構(gòu) , 較 為 復(fù) 雜 , 體積 龐 大 ,不 利 于

35、絕緣子 周圍極 不均 勻 電場的 準(zhǔn) 確 測量。 更 重要 的 是 ,從高 速 旋 轉(zhuǎn) 或 振動 的電 極 上 引 出 信 號 較 為 困難, 必 須 解決 “動 靜 結(jié)合 ” 問題。 所 使 用的電 刷 結(jié) 構(gòu) 易磨 損 , 接 觸 電 阻變化 不 定 , 使 得 信 號 不 夠 穩(wěn)定 。 本文 作 者 實(shí) 測發(fā) 現(xiàn) ,超高壓直流 輸電線路上 存 在 大 量的高 次 諧波 ,直流電場 傳感 器 輸出的交流 調(diào) 制 信 號 的 頻 率 常常 處 于 諧波 頻 率 之 間 ,難 以 提 取 14。 諧波 電場 也 會 被 旋 轉(zhuǎn) 電 極 調(diào) 制 , 造 成 強(qiáng) 大 干擾 。3 復(fù)合絕緣子 憎水

36、性的帶電檢測3.1 交流復(fù)合絕緣子憎水性 是 反 映 復(fù)合絕緣子 老 化 程 度 的 主要 指 標(biāo) , 在交流輸電線路上 已 得 到 廣 泛 應(yīng)用。 華 北 電 力 大 學(xué) 高電壓與電 磁兼 容 北 京市 重 點(diǎn) 實(shí) 驗(yàn) 室 研 制 了 PS-CIHC-02型 便 攜 式 憎水性帶電檢測 裝置 ,并研 究了 基 于 該裝置 的憎水性帶電檢測方法。 該 便 攜 式 憎水性帶電檢測 裝置 由 帶電 噴 水 裝置 、 憎水性圖 片 拍攝 裝置 、憎水性分析 軟 件 、 筆記 本 電 腦 等 組 成 。 其中 , 帶電 噴 水 裝置 由 電 動噴霧 器 、 內(nèi) 絕緣 操 作 桿 、 外絕緣 操 作 桿

37、 等 部 件 組 成 (如圖 11所 示 。憎水性 圖 片拍攝 裝置 為具有 高像 素 、 高 光 學(xué)變 焦 性 能 、 防 抖動 性 能優(yōu) 異并 具有 靜 像 拍攝 功能 的 微 型 數(shù) 碼攝 像機(jī) 21。 操 作 時(shí) 由 一 人 向 絕緣子 噴 水, 另 一 人 進(jìn) 行 攝 像,如圖 12所 示 。 拍攝 到 的 照片 經(jīng) 由 圖 13所 示 的 軟 件 與 標(biāo)準(zhǔn) 憎水性分級圖 片 相 比較 , 確 定 憎 水性級 別 。為 準(zhǔn) 確 評 價(jià) 運(yùn)行 復(fù)合絕緣子的憎水性, 提 出 利 用 本 裝置 進(jìn) 行 復(fù)合絕緣子憎水性的 動態(tài)巡 視 ,并 建 議 采 用 文 獻(xiàn) 22中 推 薦 的 動態(tài)巡

38、 視 方 案 。 圖 11 PS-CIHC-02型帶電 噴水裝置 Fig. 11 The PS-CIHC-02 type online sprayer52 程養(yǎng)春等：超高壓直流線路復(fù)合絕緣子檢測方法的研究 12 Vol. 30 No. 12 參考文獻(xiàn) 1 舒印彪，劉澤洪，高理迎，等±800kV 6 400 MW 特高壓直流輸 電工程設(shè)計(jì)J電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(1：1-8 Shu Yinbiao ，Liu Zehong， Gao Liying ，et al A preliminary exploration for design of ±800kV UHVDC proje

39、ct with transmission capacity of 6400 MWJPower System Technology，2006，30(1： 1-8 2 蔣興良，苑吉河，孫才新，等我國±800 kV 特高壓直流輸電線 路外絕緣問題J電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(9：1-9 Jiang Xingliang， Yuan Jihe， Sun Caixin， al et External insulation of ±800 kV UHVDC power transmission lines in ChinaJPower System Technology，2006，30(9

40、：1-9 3 袁清云特高壓直流輸電技術(shù)現(xiàn)狀及在我國的應(yīng)用前景J電網(wǎng) 技術(shù)，2005，29(14：1-3 Yuan QingyunPresent state and application prospect of ultra HVDC transmission in ChinaJPower System Technology，2005，29(14： 1-3 4 舒印彪，劉澤洪，袁駿，等2005 年國家電網(wǎng)公司特高壓輸電論 證工作綜述J電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(5：1-12. Shu Yinbiao， Zehong， Liu Yuan Jun， al survey on demonstration

41、 et A of UHV power transmission by State Grid Corporation of China in the year of 2005JPower System Technology，2006，30(5：1-12 5 甘凌直流輸電系統(tǒng)事故應(yīng)對措施及分析J華中電力，2004， 17(6：36-38 Gan Ling Measures against accidents of the direct current system and analysisJCentral China Electric Power，2004，17(6：36-38 6 王振華， 江秀

42、臣， 韓振東 直流絕緣子串電位分布影響因素J 實(shí) 驗(yàn)室研究與探索，2005，24(6：30-32,109 Wang Zhenhua ，Jiang Xiuchen， Han Zhendong Study on the influential factors of voltage distribution of HVDC insulator strings J Research and Exploration in Laboratory， 2005， 24(6： 30-32,109 7 賈立雄，胡小正2004 年度全國直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性分析 J電力設(shè)備，2005，6(9：72-76 Jia L

43、ixiong，Hu XiaozhengOperation reliability analysis of nationwide HVDC power transmission system in 2004J Electrical Equipment，2005，6(9：72-76 8 江秀臣，徐霖，韓振東直流絕緣子串電壓分布測量方法及其分 布特性J上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，33(12：1490-1493 Jiang Xiuchen， Iin， Xu Han Zhendong Novel method for measuring voltage distribution of HVDC insu

44、lator string and its distribution characteristicsJJournal of Shanghai Jiaotong University，1999， 33(12：1490-1493 9 Train D ， Dube R Measurements of voltage distributions on suspension insulators for HVDC transmission linesJ IEEE Trans on Power Apparatus and Systems，1983，102(8：2461-2475 10 Cheng T CPo

45、llution performance of DC insulators under operating conditionsJIEEE Trans on Electrical Insulation，1981，16(3： 154-164 11 Vaillancourt G H，Hamel M，F(xiàn)rate JExperience with two fault composite insulators detection methods in Hydro-QuebecC10th International Symposium on High Voltage Engineering，Quebec，

46、1997，2：1467-1471 Spangenterg E ， Riquel G In service diagnostic of composite insulators EDFs test resultsC10th International Symposium on High Voltage Engineering，Quebec，1997，2：139-142 13 程養(yǎng)春，李成榕，陳勉，等高壓輸電線路復(fù)合絕緣子發(fā)熱機(jī)理 的研究J電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(5：57-60 Cheng Yangchun，Li Chengrong，Chen Mian，et alResearch on heat

47、ing mechanism of composite insulator of high voltage transmission lineJ Power System Technology， 2005， 29(5： 57-60 14 Cheng Yangchun， Chengrong， Li Qiu Dongfeng， al et The usage of harmonic electric field on detecting faulty insulators on high voltage DC transmitting linesC 2005 International Symposium on Electrical Insulating Materials，2005：514-517 15 江秀臣，傅正財(cái)，李