专利名称：检测输电线路外绝缘的装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种检测输电线路外绝缘的装置。特别是涉及一种利用动态滴水法获得不同憎水性所对应的放电所发射的电磁波信号，并通过分析信号特征辨别绝缘子憎水性强弱的检测输电线路外绝缘的装置及其控制方法。
背景技术：
复合绝缘子作为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，我们称之为疲劳；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。复合绝缘子老化就意味着憎水性的逐渐丧失，进而影响线路的稳定性，因此对输电线路中复合绝缘子的老化问题应给以足够重视。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。因此对复合绝缘子表面憎水性的检测有着很重要的意义。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1、静态接触角法(CA法)；2、表面张力法；3、喷水分级法(HC法)；4、泄漏电流测量法；5、动态水滴法(DDT法)。其中，
①静态接触角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。②表面张力法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2s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。③喷水分级法喷水分级法，即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。④泄漏电流法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。⑤动态水滴法(DDT法)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。现有复合绝缘子表面憎水性评估方法存在诸多缺点①静态接触角法虽然具有很高的测量精度，但是需要严格的测试环境，主要用于实验室条件下以及离线状态下的绝缘子憎水性评估，不 适用于在线绝缘子的表面憎水性检测。②表面张力法中使用的某些液体对人体有一定的危害性，因此该方法目前还没有得到广泛应用。③喷水分级法虽然操作快速、简单，但是该方法主要依靠人为对比和分级，受人的主观因素影响大，且不能定量评估绝缘子表面憎水性。④目前对泄漏电流的研究大都停留在理论阶段，且大部分着眼于运行状态检测，所以迄今为止尚未有基于泄漏电流的定量评估复合绝缘子憎水性的有效方法。⑤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憎水性需要进一步的理论研究和实验支持。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于动态水滴实验法的，通过分析绝缘子表面放电所发射电磁波信号变化，从而评估绝缘子憎水性强弱的检测输电线路外绝缘的装置及其控制方法。本发明所采用的技术方案是一种检测输电线路外绝缘的装置及其控制方法，检测输电线路外绝缘的装置，包括用于支撑试样的倾斜绝缘支架，所述的试样的上部和下部分别对应设置有高压端电极和地电极，所述的高压端电极通过电阻R连接变压器一输出端，所述的地电极接地，所述变压器的初级线圈通过调压器连接交流电源，所述试样的上方设置有用于向试样的位于高压端电极下端部的表面滴水滴的滴水装置，所述的试样表面的前方设置有用于接收水滴在试样表面引发放电时产生的电磁波信号的天线，所述的天线连接滤波放大电路，所述滤波放大电路通过数据采集卡连接计算机。所述的变压器的输出端并联有电压表。所述的高压端电极和地电极均为板式电极，在试样的表面上两电极之间的间距为40 60mmo所述的天线设置在距试样表面9 Ilcm处。所述的绝缘支架的倾斜角度为50° 60°，从而所述的试样的倾斜角度为50。 60°。所述的水滴是导电率为3±0· 2mS/cm的NaCl溶液。用于检测输电线路外绝缘的装置的控制方法，包括如下步骤I)将试样放在倾角为50° 60°的绝缘支架上，并将与变压器输出端连接的高压端电极和与地连接的地电极分别放在试样的表面；2)连接好电路，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，通过电阻接至上高压端电极，地电极直接接地；3)用滴水装置向试样表面滴水滴，使水滴从上端高压端电极沿试样表面流下，经试样表面，流到下端地电极处，被收集，在不施加电压的情况下，连续滴水5分钟；4)滤波放大电路通过天线接收到水滴在试样表面引发放电时产生的电磁波信号，并将该电磁波信号滤波放大后通过数据采集卡存到计算机中；5)计算机提取多个每I分钟时间长度的电磁波信号；6)将提取的电磁波信号进行小波信号处理，获取信号的持续时间、频率分量和幅值，绘制电磁信号波形的三维谱7)对三维谱图利用公式Λ = h(m2；[h；!n)Y计算空缺率Λ
权利要求
1.一种检测输电线路外绝缘的装置，其特征在于，包括用于支撑试样(2)的倾斜绝缘支架(1)，所述的试样(2)的上部和下部分别对应设置有高压端电极(3)和地电极(4)，所述的高压端电极(3)通过电阻R连接变压器(Tl)一输出端，所述的地电极(4)接地，所述变压器(TI)的初级线圈通过调压器(T2 )连接交流电源，所述试样(2 )的上方设置有用于向试样(2)的位于高压端电极(3)下端部的表面滴水滴(5)的滴水装置(6)，所述的试样(2)表面的前方设置有用于接收水滴在试样(2)表面引发放电时产生的电磁波信号的天线(7)，所述的天线(7 )连接滤波放大电路(8 )，所述滤波放大电路(8 )通过数据采集卡(9 )连接计算机(10)。
2.根据权利要求I所述的检测输电线路外绝缘的装置，其特征在于，所述的变压器(Tl)的输出端并联有电压表(kV)。
3.根据权利要求I所述的检测输电线路外绝缘的装置，其特征在于，所述的高压端电极(3)和地电极(4)均为板式电极，在试样(2)的表面上两电极之间的间距为40 60mm。
4.根据权利要求I所述的检测输电线路外绝缘的装置，其特征在于，所述的天线(7)设置在距试样(2)表面9 Ilcm处。
5.根据权利要求I所述的检测输电线路外绝缘的装置，其特征在于，所述的绝缘支架(I)的倾斜角度为50° 60°，从而所述的试样(2)的倾斜角度为50° 60°。
6.根据权利要求I所述的检测输电线路外绝缘的装置，其特征在于，所述的水滴(5)是导电率为3±0. 2mS/cm的NaCl溶液。
7.一种用于权利要求I所述的检测输电线路外绝缘的装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤 1)将试样放在倾角为50° 60°的绝缘支架上，并将与变压器输出端连接的高压端电极和与地连接的地电极分别放在试样的表面； 2)连接好电路，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，通过电阻接至上高压端电极，地电极直接接地； 3)用滴水装置向试样表面滴水滴，使水滴从上端高压端电极沿试样表面流下，经试样表面，流到下端地电极处，被收集，在不施加电压的情况下，连续滴水5分钟； 4)滤波放大电路通过天线接收到水滴在试样表面引发放电时产生的电磁波信号，并将该电磁波信号滤波放大后通过数据采集卡存到计算机中； 5)计算机提取多个每I分钟时间长度的电磁波信号； 6)将提取的电磁波信号进行小波信号处理，获取信号的持续时间、频率分量和幅值，绘制电磁信号波形的三维谱图； 7)对三维谱图利用公式:
8.根据权利要求7所述的检测输电线路外绝缘的装置的控制方法，其特征在于，所述的水滴是导电率为3±0. 2mS/cm的NaCl溶液。
9.根据权利要求7所述的检测输电线路外绝缘的装置的控制方法，其特征在于，所述的高压端电极和地电极均为板式电极，在试样的表面上两电极之间的间距为40 60mm。
10.根据权利要求7所述的检测输电线路外绝缘的装置的控制方法，其特征在于，步骤2)所述的滴水的频率为每分钟12±1滴。
全文摘要
一种检测输电线路外绝缘的装置及其控制方法，装置有支撑试样的倾斜绝缘支架，试样的上部和下部分别对应设置有高压端电极和地电极，高压端电极通过电阻R连接变压器一输出端，变压器的初级线圈通过调压器连接交流电源，试样的上方设置有滴水装置，试样表面的前方设置有天线，天线连接滤波放大电路，滤波放大电路通过数据采集卡连接计算机。方法将试样放在绝缘支架上，并连接高压端电极和地电极，通电；向试样表面滴水滴，接收电磁波信号；绘制电磁信号波形的三维谱图；利用公式计算空缺率Λ；绘制二维谱图；绘制放电递归图并计算递归率；确定试样的憎水性等级。本发明可以减小外界干扰，准确度高，直观、清楚、准确地反映绝缘子表面憎水性的变化情况。
文档编号G01R31/12GK102721904SQ20121014399
公开日2012年10月10日 申请日期2012年5月10日 优先权日2012年5月10日
发明者刘勇, 李云鹏, 杜伯学, 马宗乐 申请人:天津大学