专利名称：一种检测输电线路复合绝缘子憎水性的装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电力设备绝缘故障检测领域，特别涉及一种检测输电线路复合绝缘子憎水性的装置及其控制方法。
背景技术：
复合绝缘子作为输电线路外绝缘使用已经有近40年的历史，很多国家和地区的电网中都用到复合绝缘子，并且其挂网运行的数量仍在逐步增多。复合绝缘子由于具有污闪、湿闪电压高，重量轻等优点，在我国电网中得到广泛的应用。随着我国电网电压等级的逐步提高，对输电线路外绝缘的要求也越来越高，复合绝缘子在电网中的作用也显得越来
越重要。目前，高压复合绝缘子中应用比较广泛的伞裙护套材料是高温硫化硅橡胶，具有电气绝缘性、耐候性、耐高低温特性、生理惰性、低表面张力和低表面能等优点。硅橡胶中存在大量不同程度的未交联的低分子量硅氧烷链段，这些低分子量硅氧烷链段的迁移是硅橡胶材料具有憎水性迁移特性的主要原因，也是其憎水性恢复的主要原因。硅橡胶材料是有机材料，与陶瓷和玻璃绝缘子等无机材料不同，有机材料分子中元素是由共价键结合在一起的，元素之间的键和力比较低，因而有机材料的大分子容易断裂，尤其在紫外线辐射、电晕放电、潮湿、温度变化等环境以及化学因素的作用下，分子键容易发生断裂，导致有机材料老化。复合绝缘子伞裙发生老化时，其表面憎水性下降，电气性能和机械性能都会随之下降，且下降之后这种性能是不可恢复的。如果材料某种性能的下降是可恢复的，称之为疲劳；如果材料某种性能的下降是不可恢复的，则称为老化。大部分材料(尤其是有机材料)普遍存在老化问题，但其老化速度因材料的不同差别很大。不仅仅是有机材料，无机材料同样也存在老化问题，如输电线路中的陶瓷绝缘子和玻璃绝缘子也会发生老化，但是由于其老化的速度很慢，运行过程中可以不做考虑。作为由一种有机材料构成的复合绝缘子，由于其表面容易受绝缘子表面局部放电、紫外辐射、电晕放电、酸雨等因素的影响，挂网运行过程中普遍存在老化现象，在特高压输电线路中电晕放电的影响尤为突出。发明人在实现本发明的过程中发现现有技术中至少存在以下的缺点和不足由于复合绝缘子的老化使得憎水性逐渐丧失，影响了输电线路的稳定性，输电线路出现了较高的故障率。
发明内容
本发明提供了一种检测输电线路复合绝缘子憎水性的装置及其控制方法，本发明通过对复合绝缘子的憎水性进行检测，进而对输电线路的老化程度进行实时的监控，及时更换老化的输电线路，提高了输电线路的稳定性，降低了输电线路的故障率，详见下文描述一种检测输电线路复合绝缘子憎水性的装置，所述装置包括调压器、1 250的变压器、水电阻、6组针电极、绝缘板和6组板电极，所述调压器的两端接220伏交流电，所述调压器与所述1 250的变压器并联连接，所述1 250的变压器一端接水电阻，所述水电阻的一端连接有所述6组针电极，所述 6组针电极固定在所述绝缘板上，试样设置在所述6组板电极上，所述6组板电极和所述 1 250的变压器的另一端接地，所述6组针电极接高压端。所述6组针电极的针尖处直径为0. 25mm，针长120mm，针间距是10mm。所述6组针电极和所述6组板电极上下位置一致。一种检测输电线路复合绝缘子憎水性的控制方法，所述方法包括以下步骤(1)将第一块试样设置在板电极上，加压预设时间后放入第二块试样，再加压所述预设时间后放入第三块试样，按照同样的步骤放入其他三块试样后，再加压所述预设时间后停止加压，获取经电晕老化处理后的试样憎水性变化；(2)获取工频交流电压，通过动态水滴实验对所述试样憎水性变化进行处理，获取表征试样憎水性的放电幅值、放电时间间隔、相邻放电幅值、相邻放电时间间隔和放电脉冲次数；(3)对所述放电幅值、所述放电时间间隔、所述相邻放电幅值、所述相邻放电时间间隔和所述放电脉冲次数进行统计和降噪处理获取放电幅值与放电脉冲次数之间的关系谱图、放电幅值与相邻放电幅值之间的关系谱图以及放电幅值和相邻放电时间间隔之间的关系谱图；(4)采用分形理论对所述放电幅值与放电脉冲次数之间的关系谱图、所述放电幅值与相邻放电幅值之间的关系谱图以及所述放电幅值和相邻放电时间间隔之间的关系谱图进行计算，获取到各个放电谱图的分形维数和相似度；(5)通过所述各个放电谱图的分形维数和相似度确定输电线路的老化程度。本发明提供的技术方案的有益效果是本发明提供了一种检测输电线路复合绝缘子憎水性的装置及其控制方法，本发明通过测量不同老化时间的复合绝缘子表面放电的特征参数，包括放电幅值、放电次数、相邻放电幅值以及相邻放电时间间隔，并通过对上述特征参数的分析，获得对应于不同老化时间的复合绝缘子表面放电特征之间的三个谱图，通过对三个谱图的分析得到了三个谱图对应的分形维数和相似度，实现了对复合绝缘子的憎水性进行实时的检测，根据老化程度对老化的输电线路进行及时的更换，提高了输电线路的稳定性，降低了输电线路的故障率，并且由于直接获取到表面放电电流参数，受外界干扰较小，准确度很高，满足了实际应用中的需要。
图1为本发明提供的一种检测输电线路复合绝缘子憎水性的装置的示意图；图2为本发明提供的在不同电晕老化时间下的试样憎水性变化的示意图；图3为现有技术提供的动态水滴实验装置的示意图；图4为本发明提供的表面放电特征参数示意图；图5为本发明提供的不同老化试样的放电幅值与放电次数之间的关系谱图；图6为本发明提供的不同老化试样的放电幅值与相邻放电幅值之间的关系谱图7为本发明提供的不同老化试样的放电幅值和相邻放电时间间隔之间的关系谱图；图8为本发明提供的图5的分形维数示意图；图9为本发明提供的图6的分形维数示意图；图10为本发明提供的图7的分形维数示意图；图11为本发明提供的憎水性评估的变量参数相对变化趋势示意图；图12为本发明提供的放电特征谱图与静态接触角之间的相似度示意图；图13为本发明提供的一种检测输电线路复合绝缘子憎水性的控制方法的流程图。附图中，各标号所代表的部件列表如下1调压器；21 250的变压器
R水电阻；36组针电极；
4试样；56组板电极；
6水泥电阻:7机械支架；
8铜电极；9滴水装置；
10水滴；11数据采集系统 12 检测阻抗；13 绝缘板。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。复合绝缘子由于污秽、潮湿、放电等因素的影响，其憎水性会逐渐下降甚至丧失。 憎水性的严重下降将导致复合绝缘子污闪电压的显著下降，从而威胁电力系统的安全稳定运行。通过对发生闪络的绝缘子进行检测发现，其憎水性状态已经发生变化。因此通过对复合绝缘子表面憎水性的检测可以实时的得出输电线路的老化程度，实现对输电线路的检测。在IEC的相关标准中，憎水性测量也称为湿润性测量。IEC/TS 62073-2003推荐使用3种憎水性测试方法，即接触角法、表面张力法和喷水分级法。此后，随着泄漏电流法在在线绝缘子表面运行状态监测上的应用与发展，也被陆续应用于表面憎水性状态的检测。因此硅橡胶绝缘子的憎水性判据分为静态接触角法(CA法)；表面张力法；喷水分级法(HC法)；泄漏电流测量法；动态水滴法(DDT法)。静态接触角法是指通过微注射器将体积约4ul 7ul左右的水滴滴在材料表面， 然后测量材料表面水珠的接触角的大小来反映材料憎水性状态的方法。该方法的主要过程是高速摄像机拍摄水滴在材料表面的状态，然后应用相应的软件测量水滴与材料表面的接触角。这种方法测量简单、方便，因而被广泛用于复合绝缘子表面憎水性的评估。但是当复合绝缘子表面有积污时，接触角会有明显的迟滞现象，这时一般先让水滴在材料表面静止20s左右，再对其进行测量。表面张力法是使用具有不同表面张力的一组液体评估复合绝缘子憎水性的一种方法。该方法采用了低范围、中等范围、高范围3个张力范围内的液体混合物。将少量混合物轻轻喷洒在试样表面，记录连续层分裂为小水滴所需要的时间，连续层在试样表面保持时间最接近^的混合物所具有的表面张力被定义为被测试品的表面张力。喷水分级法，S卩HC法(Hydrophobicity Classification Guide)，是由瑞典输配电研究所提出的表征复合绝缘子憎水性状态的方法。该方法将憎水性分为7级HC1-HC3级为憎水性状态，HC4级为中间过渡状态，HC5-HC7级为亲水性状态。各级之间划分的主要依据是被测表面的积聚状态，并有标准的分级图参考。HC法可方便用于实际绝缘子憎水性的现场评估，缺点是受主观影响大。复合绝缘子表面的泄漏电流是指在污闪发生之前流过复合绝缘子表面的电流，它综合反映了电压、气候和污秽等要素。近些年来，一些学者在对污闪机理的研究中发现绝缘子表面的泄漏电流和污闪放电的发展过程关系十分密切，复合绝缘子表面产生的泄漏电流中包含了大量信息，它可以用来综合反映复合绝缘子的受潮程度、污秽程度、绝缘子承受电压以及绝缘子形状等因素。绝缘子表面泄漏电流的变化过程同时也反映了复合绝缘子污秽的积累变化过程，所以对合成绝缘子表面污秽层泄漏电流的监测对于判断输电线路外绝缘的运行状态具有非常重要的意义。因此，普遍采用监测绝缘子表面泄漏电流的方法来评估绝缘污秽状态，更重要的是泄漏电流可以实现连续在线监测。近些年来，动态水滴法(Dynamic Drop Test, DDT)逐渐被一些学者所接受，并用来研究绝缘子表面憎水性的变化及相关影响因素。Otsubo等人采用动态水滴法研究了不同污秽等级的液滴在复合绝缘子表面的动态特性及其对绝缘子憎水性的影响，同时研究了绝缘子表面粗糙度及ATH含量对其憎水性的影响。Kurimoto等人依托动态水滴法建立了绝缘子表面局部放电脉冲个数与憎水性变化之间的对应关系，推动了动态水滴法在绝缘子表面憎水性评估上的应用。Tokoro等人通过测量动态水滴法中液滴在硅橡胶材料表面的一些形态参数研究了温度、材料表面粗糙度及ATH含量等因素对硅橡胶材料表面憎水性的影响，并建立了硅橡胶材料老化程度评估方法。动态水滴法是近些年才提出的一种复合绝缘子憎水性评估方法，因此依据该方法来定量评估绝缘子表面的憎水性状态需要进行进一步的研究。为了通过对复合绝缘子的憎水性进行检测，进而对输电线路的老化程度进行实时的监控，及时更换老化的输电线路，提高了输电线路的稳定性，降低了输电线路的故障率， 参见图1，本发明实施例提供了一种检测输电线路复合绝缘子憎水性的装置，详见下文描述一种检测输电线路复合绝缘子憎水性的装置，包括调压器1、1 250的变压器2、 水电阻R、6组针电极3、绝缘板13和6组板电极5，调压器1的两端接220伏交流电，调压器1与1 :250的变压器2并联连接，1 250 变压器2的一端接水电阻R，水电阻R的一端连接有6组针电极3，6组针电极3固定在绝缘板上，试样4设置在6组板电极5上，6组板电极5和1 250变压器2的另一端接地，6组针电极3接高压端。其中，为了取得较好的试样憎水性，具体实现时优选针电极3的针尖处直径为 0. 25mm，针长120mm，每个针之间的间距是10mm。其中，为了取得较好的试样憎水性，具体实现时优选针电极3和板电极5上下位置一致。
参见图13，一种检测输电线路复合绝缘子憎水性的控制方法，该方法包括以下步骤101 将第一块试样设置在板电极5上，加压预设时间后放入第二块试样，再加压预设时间后放入第三块试样，按照同样的步骤放入其他三块试样后，再加压预设时间后停止加压，获取经电晕老化处理后的试样憎水性变化；其中，本发明实施例以预设时间为2小时为例进行说明，即将第一块试样设置在板电极上，加压2小时后立即放入第二块试样，再加压2小时之后同样立即放入第三块试样。同理放入其他三块试样后，再加压2小时后停止加压。此时获得的6块试样分别是经过电晕老化12小时、10小时、8小时、6小时、4小时和2小时处理后的试样憎水性变化。参见图2，电晕老化后六块试样的憎水性变化，接触角不断降低的原因主要是发生电晕放电时电晕电场中的碰撞电离和电子崩冲击试样表面造成硅橡胶表面分子化学键的断裂。硅橡胶之所以具有憎水性是由于硅氧键主链的强极性作用被紧密围绕在主链周围的非极性甲基基团向表面取向所屏蔽，而电晕放电造成化学键断裂破坏了甲基基团的作用，最终导致硅橡胶材料表面憎水性的丧失。102:获取工频交流电压，通过动态水滴实验获取表征试样憎水性的放电幅值 (Vi)、放电时间间隔(ti)、相邻放电幅值(VcJ、相邻放电时间间隔(t。。n)和放电脉冲次数；其中，动态水滴实验电路如图3所示，工频交流电压通过1 40变比的变压器产生，输出电压为5KV。本发明实施例中的样品采用上述电晕老化试验中经过不同老化时间的硅橡胶片，试样4被放在倾角为60°的绝缘板上，绝缘板上电极模型为板-板型电极，上下电极均为不锈钢片，上下电极间距为50mm。水滴是导电率为3士0. 2mS/cm的NaCl溶液， NaCl溶液从上端高压端电极沿试样表面流下，经试样表面，流到下端低压端电极，流入事先准备好的下电极侧的容器中收集起来。在不施加电压的情况下，滴水频率约为12士 1滴每分钟，连续滴水五分钟。连接好电路，然后开始加压。通过变压器把频率为50HZ的工频交流电压升至有效值为5KV的电压，将其通过一个ΜΚΩ的水泥保护电阻接至上高压端电极， 低压端电极接测量电路(采样电路，采样频率为44KHz)。同时通过示波器记录1 Ω水泥电阻两端的电流波形。该实验全程是在屏蔽的环境中进行。其中，参见图4，放电幅值是沿面放电波形中直接能获取的基本参数之一，用来表征放电强度的特征量；放电时间间隔可用来表征放电重复率；相邻放电幅值对应于放电幅值，表征随后放电强度；相邻放电时间间隔表征相邻放电速率；放电脉冲次数也是表面放电波形中可以直接获取的参数，用来表示放电的重复次数和剧烈程度。103 对放电幅值、放电时间间隔、相邻放电幅值、相邻放电时间间隔和放电脉冲次数进行统计和降噪处理获取放电幅值与放电脉冲次数之间的关系谱图、放电幅值与相邻放电幅值之间的关系谱图以及放电幅值和相邻放电时间间隔之间的关系谱图；其中，参见表1，利用表面放电的特征参数之间的关系，可以得出放电特征量图谱， 用以分析绝缘子试样表面老化程度，从而评估绝缘子的憎水性。表1放电特征参数的关系
权利要求
1.一种检测输电线路复合绝缘子憎水性的装置，其特征在于，所述装置包括调压器、 1 250的变压器、水电阻、6组针电极、绝缘板和6组板电极，所述调压器的两端接220伏交流电，所述调压器与所述1 250的变压器并联连接，所述1 250的变压器一端接水电阻，所述水电阻的一端连接有所述6组针电极，所述6组针电极固定在所述绝缘板上，试样设置在所述6组板电极上，所述6组板电极和所述1 250 的变压器的另一端接地，所述6组针电极接高压端。
2.根据权利要求1所述的一种检测输电线路复合绝缘子憎水性的装置，其特征在于， 所述6组针电极的针尖处直径为0. 25mm，针长120mm，针间距是10mm。
3.根据权利要求1所述的一种检测输电线路复合绝缘子憎水性的装置，其特征在于， 所述6组针电极和所述6组板电极上下位置一致。
4.一种用于权利要求1所述的检测输电线路复合绝缘子憎水性的装置的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)将第一块试样设置在板电极上，加压预设时间后放入第二块试样，再加压所述预设时间后放入第三块试样，按照同样的步骤放入其他三块试样后，再加压所述预设时间后停止加压，获取经电晕老化处理后的试样憎水性变化；(2)获取工频交流电压，通过动态水滴实验对所述试样憎水性变化进行处理，获取表征试样憎水性的放电幅值、放电时间间隔、相邻放电幅值、相邻放电时间间隔和放电脉冲次数；(3)对所述放电幅值、所述放电时间间隔、所述相邻放电幅值、所述相邻放电时间间隔和所述放电脉冲次数进行统计和降噪处理获取放电幅值与放电脉冲次数之间的关系谱图、 放电幅值与相邻放电幅值之间的关系谱图以及放电幅值和相邻放电时间间隔之间的关系谱图；(4)采用分形理论对所述放电幅值与放电脉冲次数之间的关系谱图、所述放电幅值与相邻放电幅值之间的关系谱图以及所述放电幅值和相邻放电时间间隔之间的关系谱图进行计算，获取到各个放电谱图的分形维数和相似度；(5)通过所述各个放电谱图的分形维数和相似度确定输电线路的老化程度。
全文摘要
本发明公开了一种检测输电线路复合绝缘子憎水性的装置及其控制方法，本发明通过测量不同老化时间的复合绝缘子表面放电的特征参数，包括放电幅值、放电次数、相邻放电幅值以及相邻放电时间间隔，并通过对上述特征参数的分析，获得对应于不同老化时间的复合绝缘子表面放电特征之间的三个谱图，通过对三个谱图的分析得到了三个谱图对应的分形维数和相似度，实现了对复合绝缘子的憎水性进行实时的检测，根据老化程度对老化的输电线路进行及时的更换，提高了输电线路的稳定性，降低了输电线路的故障率，并且由于直接获取到表面放电电流参数，受外界干扰较小，准确度很高，满足了实际应用中的需要。
文档编号G01R31/12GK102495342SQ201110415810
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者刘勇, 李 杰, 杜伯学, 程欣欣, 高宇 申请人:天津大学