專利名稱：檢測輸電線路外絕緣的裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測輸電線路外絕緣的裝置。特別是涉及一種利用動態(tài)滴水法獲得不同憎水性所對應(yīng)的放電所發(fā)射的電磁波信號，并通過分析信號特征辨別絕緣子憎水性強(qiáng)弱的檢測輸電線路外絕緣的裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合絕緣子作為外絕緣使用已經(jīng)有近40年的歷史，很多國家和地區(qū)的電網(wǎng)中都用到復(fù)合絕緣子，并且其掛網(wǎng)運(yùn)行的數(shù)量仍在逐步增多。復(fù)合絕緣子由于具有污閃、濕閃電壓高，重量輕等優(yōu)點，在我國電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。隨著我國電網(wǎng)電壓等級的逐步提高，對輸電線路外絕緣的要求也越來越高，復(fù)合絕緣子在電網(wǎng)中的作用也顯得越來越重要。目前，高壓復(fù)合絕緣子中應(yīng)用比較廣泛的傘裙護(hù)套材料是高溫硫化硅橡膠，具有 電氣絕緣性、耐候性、耐高低溫特性、生理惰性、低表面張力和低表面能等優(yōu)點。硅橡膠中存在大量不同程度的未交聯(lián)的低分子量硅氧烷鏈段，這些低分子量硅氧烷鏈段的遷移是硅橡膠材料具有憎水性遷移特性的主要原因，也是其憎水性恢復(fù)的主要原因。硅橡膠材料是有機(jī)材料，與陶瓷和玻璃絕緣子等無機(jī)材料不同，有機(jī)材料分子中元素是由共價鍵結(jié)合在一起的，元素之間的鍵和力比較低，因而有機(jī)材料的大分子容易斷裂，尤其在紫外線輻射、電暈放電、潮濕、溫度變化等環(huán)境以及化學(xué)因素的作用下，分子鍵容易發(fā)生斷裂，導(dǎo)致有機(jī)材料老化。復(fù)合絕緣子傘裙發(fā)生老化時，其表面憎水性下降，電氣性能和機(jī)械性能都會隨之下降，且下降之后這種性能是不可恢復(fù)的。如果材料某種性能的下降是可恢復(fù)的，我們稱之為疲勞；如果材料某種性能的下降是不可恢復(fù)的，則稱為老化。大部分材料(尤其是有機(jī)材料)普遍存在老化問題，但其老化速度因材料的不同差別很大。不僅僅是有機(jī)材料，無機(jī)材料同樣也存在老化問題，如輸電線路中的陶瓷絕緣子和玻璃絕緣子也會發(fā)生老化，但是由于其老化的速度很慢，運(yùn)行過程中可以不做考慮。作為由一種有機(jī)材料構(gòu)成的復(fù)合絕緣子，由于其表面容易受絕緣子表面局部放電、紫外輻射、電暈放電、酸雨等因素的影響，掛網(wǎng)運(yùn)行過程中普遍存在老化現(xiàn)象，在特高壓輸電線路中電暈放電的影響尤為突出。復(fù)合絕緣子老化就意味著憎水性的逐漸喪失，進(jìn)而影響線路的穩(wěn)定性，因此對輸電線路中復(fù)合絕緣子的老化問題應(yīng)給以足夠重視。復(fù)合絕緣子由于污穢、潮濕、放電等因素的影響，其憎水性會逐漸下降甚至喪失。憎水性的嚴(yán)重下降將導(dǎo)致復(fù)合絕緣子污閃電壓的顯著下降，從而威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過對發(fā)生閃絡(luò)的絕緣子進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，其憎水性狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生變化。因此對復(fù)合絕緣子表面憎水性的檢測有著很重要的意義。在IEC的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，憎水性測量也稱為濕潤性測量。IEC/TS 62073-2003推薦使用3種憎水性測試方法，即接觸角法、表面張力法和噴水分級法。此后，隨著泄漏電流法在在線絕緣子表面運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測上的應(yīng)用與發(fā)展，也被陸續(xù)應(yīng)用于表面憎水性狀態(tài)的檢測。因此硅橡膠絕緣子的憎水性判據(jù)分為1、靜態(tài)接觸角法(CA法)；2、表面張力法；3、噴水分級法(HC法)；4、泄漏電流測量法；5、動態(tài)水滴法(DDT法)。其中，
①靜態(tài)接觸角法靜態(tài)接觸角法是指通過微注射器將體積約4ul 7ul左右的水滴滴在材料表面，然后測量材料表面水珠的接觸角的大小來反映材料憎水性狀態(tài)的方法。該方法的主要過程是高速攝像機(jī)拍攝水滴在材料表面的狀態(tài)，然后應(yīng)用相應(yīng)的軟件測量水滴與材料表面的接觸角。這種方法測量簡單、方便，因而被廣泛用于復(fù)合絕緣子表面憎水性的評估。但是當(dāng)復(fù)合絕緣子表面有積污時，接觸角會有明顯的遲滯現(xiàn)象，這時一般先讓水滴在材料表面靜止20s左右，再對其進(jìn)行測量。②表面張力法表面張力法是使用具有不同表面張力的一組液體評估復(fù)合絕緣子憎水性的一種 方法。該方法采用了低范圍、中等范圍、高范圍3個張力范圍內(nèi)的液體混合物。將少量混合物輕輕噴灑在試樣表面，記錄連續(xù)層分裂為小水滴所需要的時間，連續(xù)層在試樣表面保持時間最接近2s的混合物所具有的表面張力被定義為被測試品的表面張力。③噴水分級法噴水分級法，即HC 法(Hydrophobicity Classification Guide),是由瑞典輸配電研究所提出的表征復(fù)合絕緣子憎水性狀態(tài)的方法。該方法將憎水性分為7級HC1-HC3級為憎水性狀態(tài)，HC4級為中間過渡狀態(tài)，HC5-HC7級為親水性狀態(tài)。各級之間劃分的主要依據(jù)是被測表面的積聚狀態(tài)，并有標(biāo)準(zhǔn)的分級圖參考。HC法可方便用于實際絕緣子憎水性的現(xiàn)場評估，缺點是受主觀影響大。④泄漏電流法復(fù)合絕緣子表面的泄漏電流是指在污閃發(fā)生之前流過復(fù)合絕緣子表面的電流，它綜合反映了電壓、氣候和污穢等要素。近些年來，一些學(xué)者在對污閃機(jī)理的研究中發(fā)現(xiàn)絕緣子表面的泄漏電流和污閃放電的發(fā)展過程關(guān)系十分密切，復(fù)合絕緣子表面產(chǎn)生的泄漏電流中包含了大量信息，它可以用來綜合反映復(fù)合絕緣子的受潮程度、污穢程度、絕緣子承受電壓以及絕緣子形狀等因素。絕緣子表面泄漏電流的變化過程同時也反映了復(fù)合絕緣子污穢的積累變化過程，所以對合成絕緣子表面污穢層泄漏電流的監(jiān)測對于判斷輸電線路外絕緣的運(yùn)行狀態(tài)具有非常重要的意義。因此，普遍采用監(jiān)測絕緣子表面泄漏電流的方法來評估絕緣污穢狀態(tài)，更重要的是泄漏電流可以實現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測。⑤動態(tài)水滴法(DDT法)近些年來,動態(tài)水滴法(Dynamic Drop Test, DDT)逐漸被一些學(xué)者所接受,并用來研究絕緣子表面憎水性的變化及相關(guān)影響因素。Otsubo等人采用動態(tài)水滴法研究了不同污穢等級的液滴在復(fù)合絕緣子表面的動態(tài)特性及其對絕緣子憎水性的影響，同時研究了絕緣子表面粗糙度及ATH含量對其憎水性的影響。Kurimoto等人依托動態(tài)水滴法建立了絕緣子表面局部放電脈沖個數(shù)與憎水性變化之間的對應(yīng)關(guān)系，推動了動態(tài)水滴法在絕緣子表面憎水性評估上的應(yīng)用。Tokoro等人通過測量動態(tài)水滴法中液滴在硅橡膠材料表面的一些形態(tài)參數(shù)研究了溫度、材料表面粗糙度及ATH含量等因素對硅橡膠材料表面憎水性的影響，并建立了硅橡膠材料老化程度評估方法。動態(tài)水滴法是近些年才提出的一種復(fù)合絕緣子憎水性評估方法，因此依據(jù)該方法來定量評估絕緣子表面的憎水性狀態(tài)需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究?，F(xiàn)有復(fù)合絕緣子表面憎水性評估方法存在諸多缺點①靜態(tài)接觸角法雖然具有很高的測量精度，但是需要嚴(yán)格的測試環(huán)境，主要用于實驗室條件下以及離線狀態(tài)下的絕緣子憎水性評估，不 適用于在線絕緣子的表面憎水性檢測。②表面張力法中使用的某些液體對人體有一定的危害性，因此該方法目前還沒有得到廣泛應(yīng)用。③噴水分級法雖然操作快速、簡單，但是該方法主要依靠人為對比和分級，受人的主觀因素影響大，且不能定量評估絕緣子表面憎水性。④目前對泄漏電流的研究大都停留在理論階段，且大部分著眼于運(yùn)行狀態(tài)檢測，所以迄今為止尚未有基于泄漏電流的定量評估復(fù)合絕緣子憎水性的有效方法。⑤動態(tài)水滴法是近些年才提出的一種復(fù)合絕緣子憎水性評估方法，因此依據(jù)該方法來定量評估絕緣子表面憎水性需要進(jìn)一步的理論研究和實驗支持。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于動態(tài)水滴實驗法的，通過分析絕緣子表面放電所發(fā)射電磁波信號變化，從而評估絕緣子憎水性強(qiáng)弱的檢測輸電線路外絕緣的裝置及其控制方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種檢測輸電線路外絕緣的裝置及其控制方法，檢測輸電線路外絕緣的裝置，包括用于支撐試樣的傾斜絕緣支架，所述的試樣的上部和下部分別對應(yīng)設(shè)置有高壓端電極和地電極，所述的高壓端電極通過電阻R連接變壓器一輸出端，所述的地電極接地，所述變壓器的初級線圈通過調(diào)壓器連接交流電源，所述試樣的上方設(shè)置有用于向試樣的位于高壓端電極下端部的表面滴水滴的滴水裝置，所述的試樣表面的前方設(shè)置有用于接收水滴在試樣表面引發(fā)放電時產(chǎn)生的電磁波信號的天線，所述的天線連接濾波放大電路，所述濾波放大電路通過數(shù)據(jù)采集卡連接計算機(jī)。所述的變壓器的輸出端并聯(lián)有電壓表。所述的高壓端電極和地電極均為板式電極，在試樣的表面上兩電極之間的間距為40 60mmo所述的天線設(shè)置在距試樣表面9 Ilcm處。所述的絕緣支架的傾斜角度為50° 60°，從而所述的試樣的傾斜角度為50。 60°。所述的水滴是導(dǎo)電率為3±0· 2mS/cm的NaCl溶液。用于檢測輸電線路外絕緣的裝置的控制方法，包括如下步驟I)將試樣放在傾角為50° 60°的絕緣支架上，并將與變壓器輸出端連接的高壓端電極和與地連接的地電極分別放在試樣的表面；2)連接好電路，通過變壓器把頻率為50Hz的工頻交流電壓升至有效值為5kV的電壓，通過電阻接至上高壓端電極，地電極直接接地；3)用滴水裝置向試樣表面滴水滴，使水滴從上端高壓端電極沿試樣表面流下，經(jīng)試樣表面，流到下端地電極處，被收集，在不施加電壓的情況下，連續(xù)滴水5分鐘；4)濾波放大電路通過天線接收到水滴在試樣表面引發(fā)放電時產(chǎn)生的電磁波信號，并將該電磁波信號濾波放大后通過數(shù)據(jù)采集卡存到計算機(jī)中；5)計算機(jī)提取多個每I分鐘時間長度的電磁波信號；6)將提取的電磁波信號進(jìn)行小波信號處理，獲取信號的持續(xù)時間、頻率分量和幅值，繪制電磁信號波形的三維譜7)對三維譜圖利用公式Λ = h(m2；[h；!n)Y計算空缺率Λ
權(quán)利要求
1.一種檢測輸電線路外絕緣的裝置，其特征在于，包括用于支撐試樣(2)的傾斜絕緣支架(1)，所述的試樣(2)的上部和下部分別對應(yīng)設(shè)置有高壓端電極(3)和地電極(4)，所述的高壓端電極(3)通過電阻R連接變壓器(Tl)一輸出端，所述的地電極(4)接地，所述變壓器(TI)的初級線圈通過調(diào)壓器(T2 )連接交流電源，所述試樣(2 )的上方設(shè)置有用于向試樣(2)的位于高壓端電極(3)下端部的表面滴水滴(5)的滴水裝置(6)，所述的試樣(2)表面的前方設(shè)置有用于接收水滴在試樣(2)表面引發(fā)放電時產(chǎn)生的電磁波信號的天線(7)，所述的天線(7 )連接濾波放大電路(8 )，所述濾波放大電路(8 )通過數(shù)據(jù)采集卡(9 )連接計算機(jī)(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測輸電線路外絕緣的裝置，其特征在于，所述的變壓器(Tl)的輸出端并聯(lián)有電壓表(kV)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測輸電線路外絕緣的裝置，其特征在于，所述的高壓端電極(3)和地電極(4)均為板式電極，在試樣(2)的表面上兩電極之間的間距為40 60mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測輸電線路外絕緣的裝置，其特征在于，所述的天線(7)設(shè)置在距試樣(2)表面9 Ilcm處。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測輸電線路外絕緣的裝置，其特征在于，所述的絕緣支架(I)的傾斜角度為50° 60°，從而所述的試樣(2)的傾斜角度為50° 60°。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測輸電線路外絕緣的裝置，其特征在于，所述的水滴(5)是導(dǎo)電率為3±0. 2mS/cm的NaCl溶液。
7.一種用于權(quán)利要求I所述的檢測輸電線路外絕緣的裝置的控制方法，其特征在于，包括如下步驟 1)將試樣放在傾角為50° 60°的絕緣支架上，并將與變壓器輸出端連接的高壓端電極和與地連接的地電極分別放在試樣的表面； 2)連接好電路，通過變壓器把頻率為50Hz的工頻交流電壓升至有效值為5kV的電壓，通過電阻接至上高壓端電極，地電極直接接地； 3)用滴水裝置向試樣表面滴水滴，使水滴從上端高壓端電極沿試樣表面流下，經(jīng)試樣表面，流到下端地電極處，被收集，在不施加電壓的情況下，連續(xù)滴水5分鐘； 4)濾波放大電路通過天線接收到水滴在試樣表面引發(fā)放電時產(chǎn)生的電磁波信號，并將該電磁波信號濾波放大后通過數(shù)據(jù)采集卡存到計算機(jī)中； 5)計算機(jī)提取多個每I分鐘時間長度的電磁波信號； 6)將提取的電磁波信號進(jìn)行小波信號處理，獲取信號的持續(xù)時間、頻率分量和幅值，繪制電磁信號波形的三維譜圖； 7)對三維譜圖利用公式:
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測輸電線路外絕緣的裝置的控制方法，其特征在于，所述的水滴是導(dǎo)電率為3±0. 2mS/cm的NaCl溶液。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測輸電線路外絕緣的裝置的控制方法，其特征在于，所述的高壓端電極和地電極均為板式電極，在試樣的表面上兩電極之間的間距為40 60mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測輸電線路外絕緣的裝置的控制方法，其特征在于，步驟2)所述的滴水的頻率為每分鐘12±1滴。
全文摘要
一種檢測輸電線路外絕緣的裝置及其控制方法，裝置有支撐試樣的傾斜絕緣支架，試樣的上部和下部分別對應(yīng)設(shè)置有高壓端電極和地電極，高壓端電極通過電阻R連接變壓器一輸出端，變壓器的初級線圈通過調(diào)壓器連接交流電源，試樣的上方設(shè)置有滴水裝置，試樣表面的前方設(shè)置有天線，天線連接濾波放大電路，濾波放大電路通過數(shù)據(jù)采集卡連接計算機(jī)。方法將試樣放在絕緣支架上，并連接高壓端電極和地電極，通電；向試樣表面滴水滴，接收電磁波信號；繪制電磁信號波形的三維譜圖；利用公式計算空缺率Λ；繪制二維譜圖；繪制放電遞歸圖并計算遞歸率；確定試樣的憎水性等級。本發(fā)明可以減小外界干擾，準(zhǔn)確度高，直觀、清楚、準(zhǔn)確地反映絕緣子表面憎水性的變化情況。
文檔編號G01R31/12GK102721904SQ20121014399
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者劉勇, 李云鵬, 杜伯學(xué), 馬宗樂 申請人:天津大學(xué)