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电力企业利用紫外线检测技术检测绝缘子
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中国电力企业利用紫外线检测技术检测绝缘子

December 17, 2015 • Utility Practice & Experience, Utility Practice & Experience, 最近文章汇总

以紫外线为基础的检测技术旨在通 过电力设备附近空气中形成的电晕效应,检测放电对电气设备外绝缘产生的影响。中国一家大型输电企业的绝缘子维护程序就是以这种检测技术为基础,特别是利用该检测技术来确定易受覆冰和污秽影响的绝缘子清洗的最佳时间。本文由武汉市湖北超高压输变电公司的祁利、李进扬与李豫撰写,阐述了他们使用本检测手段的经验以及他们对检测结果的分 紫外线检测法在湖北超高压输变电公司中析情况。
引言
电力设备外绝缘在积污受潮后,沿面泄漏电流增大。在绝 缘子伞径小的部位泄漏电流密度大,如靠近绝缘子法兰部 位直径小,此泄漏电流热效应首先会使绝缘子这些部位表 面干燥。干燥区因承受电压高,产生局部放电,局部放电 会沿绝缘子表面伸展,出现跨区域的局部放电电弧,最终 电弧迅速发展,直至贯通绝缘子表面,从而完成闪络的整 个过程。如果设备外绝缘表面覆冰,也会使外绝缘电位分 布改变,产生局部放电,最终导致冰闪事故。 紫外线是波长为100~400nm的电磁波。在发生外绝缘局 部放电的过程中,周围气体被击穿而电离,气体电离后的 放射光波的频率与气体的种类有关,空气中的主要成分是 氮气(N2),氮气在局部放电的作用下电离,电离的氮 原子在复合时发射的光谱(波长λ=280~400nm)主要落 在紫外光波段。 紫外检测就是利用电力设备局部放电时产生的紫外光,用 检测紫外光的方法检测电力设备外绝缘状况,再分析外设 备绝缘的真实情况,为电力设备除冰清扫提供指导,防止 外绝缘污闪及冰闪事故的发生。
紫外线检测法在湖北超高压输变电公司中的应用
紫外线检测装置记录的沿绝缘子的 表面放电 绝缘子 中国电力企业利用紫外线检测技术检测绝缘子 chinaissue01

图一:紫外线检测装置记录的沿绝缘子的
表面放电

2008年初,我国南方部分地方遭遇持续时间长、影响范 围大的暴风雪天气,在此期间,应用紫外仪器对湖北超高 压输变电公司运行维护的多个500kV变电站及部分500kV 输电线路进行了紫外线检测,发现了部分设备放电异常, 表1是紫外检测发现的部分异常情况及处理结果。 紫外线检测结果分析, 闪络与污染之间的关系 通过紫外线检测及盐密测量,绝缘子表面放电的大小与 污秽度有很大的关系。凤磁线阻波器支柱绝缘子外绝缘 爬距为13750mm,爬电比距为25mm/kV,这在中国主 要应用于最低的污秽等级。而实际盐密测量结果为上节 0.35mg/cm2、中节0.21 mg/cm2、下节0.25 mg/cm2, 平均值为0.27 mg/cm2,按照GB/T 16434-1996《高压 架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择 标准》,该设备污秽度达到4级,其污秽度已超过外绝 缘配置要求。 图一是由紫外线检测装置记录到的一张表面放电的图 片。2006年12月,龙斗线跳闸杆塔附近盐密值测量值 为0.22mg/cm2,达到了3级污秽区上限值,而177#杆 塔爬电比距为25.2mm/kV,是按照3级污秽的下限配 置,其外绝缘配置也低于实际污秽等级。 很明显,局部地区外绝缘设置低于设备实际污秽度是造 成污闪事故的主要原因,一旦遇恶劣气象条件或局部环 境发生变化,就可能发生污闪。
闪络与湿度之间的关系 2008年2月4日晚8时及2月5日早7时,我们先后2次对龙 斗线上177#杆塔绝缘子进行了紫外线检测。第一次检测 结果为,中相最大放电量超过5000光子每秒,右相最大 放电量超过8000光子每秒,左相最大放电量超过6000光 子每秒,当时环境湿度是67%。(见图二) 第二次检测结果为,中相最大放电量为1500光子/秒, 右相3000光子/秒,左相2000光子/秒,当时环境湿度是 43%。第二次检测与第一次检测结果比较,平均放电量降 低了4000光子/秒。测量结果降低与环境湿度变化有很大 的关系。相对湿度高,绝缘子表面电解质更容易吸潮, 湿润。开始吸湿的相对湿度因电解质的种类而异,例如 盐开始吸湿的相对湿度为75%,而氯化镁的约为35%。 污秽绝缘子外表面的潮湿可由毛毛雨、大雾、融冰、冻 雨等特殊天气产生,2008年春节前后几起异常及闪络就 是在这样的条件下发生。凤磁线放电最严重的时候,湿 度为95%,正在下冻雨,附着在绝缘子表面,很容易浸润 污秽,形成导电层。我们通过紫外线多次跟踪检测,在 此种条件下放电量也是最大的。 2008年2月4日07时26分,500kV龙斗线177#杆塔中相 绝缘子串在大雾天气下闪络放电,2008年2月22日06时 10分,500kV龙斗线路177#杆塔中相再次发生雾闪故 障。这2次调闸都是在大雾天气,而且跳闸时间一般在凌 晨6-7点,调查显示该地区一般晚上12点以后起雾,绝缘 子表面污秽经过长时间吸收雾气中水分,污秽经过一段 时间充分浸润,最后发生雾闪。 同样地,我们也对孝感220kV隔离开关、玉贤变电站 500kV 2#母线进行了紫外线检测,晚上设备外绝缘放 电量要比白天的多,例如孝感220kV隔离开关晚上检测 结果超过10000光子/秒,白天测量结果降低到5000光 子/秒,晚上的相对湿度要比白天高是一个主要的原因。 绝缘子覆盖冰雪对污闪电压有着不同的影响。在融冰期 的交流闪络电压只有湿闪电压的40%,在融冰期闪络的概 率最大。2008年1月17日及23日, 500kV线相于13时
13分发生故障跳闸。2次跳闸都是在融冰期间。 此处污染严重,在北风向上有多处矿石、化肥厂,这些 工厂排放的烟尘等漂浮在空气中,其风后附着并冻结在 绝缘子表面,融冰时污秽的冰水沿着绝缘子表面往下 流,形成导电的通道,导致污闪事故的发生。现场收集 了闪络故障点落下的冰,如图三,其融化后颜色为酱黑 色,测得其导电率大约为干净水的5倍。 闪络与设备结构的关系
通过对变电站不同类型设备的紫外线检测,发现处于同一环境及污秽等级下的不同类型设备放电情况不同。这与绝缘子的形状、大小、结构等有密切关系。小直径的设备,如引线支柱瓷瓶、隔离开关支柱瓷瓶、开关支柱等,该类设备外瓷直径小,同等条件下更容易放电。主要原因是:
一. 外瓷直径小,其伞裙比也较小,同等干弧 距离下爬电距离也比较小; 二. 该类设备法兰盘径小,均压环也比较小, 靠近法兰等金属部位的绝缘子更容易放电, 如图四所示。 同一变电站内大直径的设备,如电流互感器、电压互感 器、变压器套管等外年瓷的直径比较大,一般没有放电 现象。500kV磁湖、咸宁变电站母线引线支柱、接地刀 闸支柱瓷瓶、隔离开关支柱瓷瓶放电量比较大,一般超 过5000光子/秒,而其它设备表面放电不超过2000光 子/秒。玉贤、凤凰山、孝感3站220 kV隔离开关、母线 引线支柱瓷瓶等小盘径设备靠法兰等金属部位放电也比 较严重,部分设备绝缘子伞裙间较细部位也有放电。 2006年2月河南500kV郑州、嵩山、牡丹江污闪设备 均为母线支柱、阻波器支柱、隔离开关支柱等小直径设 备,而站内其它设备未发生闪络,2005年2月,湖北超 高压输变电公司下属的500kV玉贤变电站发生3次冰闪 跳闸事故,除5012CT、5013CT发生冰闪爆炸外,另外 一起事故就是玉贤50511刀闸支柱瓷瓶发生冰闪,导致 玉贤500kV1#母线跳闸。
在污秽和覆冰情况下,孝感变电站内不同形状的电流互感器产生的闪络现象也不同。
如果设备外型为上细下粗的塔形结构,如电流互感器、 套管等,这一类特殊外型设备也容易导致设备污闪或冰 闪。这是因为这种设备在下雨时候,雨水带者污秽沿着 上伞裙向下流,被直径大的下伞裙接住,易于形成伞裙 之间的“桥接”,导致闪络事故的发生。同样,在雨雪 天气上下伞裙也易形成“冰凌桥接”,导致冰闪。例 如:上述发生爆炸的5012和5013 电流互感器就正是采 用的这种设计,它由中国的一家工厂制造,这家工厂生 产的设备已经在中国多次发生污闪与覆冰闪络事故。 结论
紫外线能检测到电力设备局部场强过高空气被击穿后的放电电子(离子),例如电力设备外绝缘表面的局部放电、尖端放电。紫外线不能直接检测绝缘子表面的泄漏电流大小,也不能直接检测绝缘子表面的污秽情况,但能检测绝缘子因污秽、覆冰后局部放电的大小、形态、部位,对可能发生的污闪、冰闪事故早期预警,间接检测外绝缘表面污秽情况。电力企业的维护人员可利用这种数据对线路和变电站的绝缘情况进行密切监视,可以预见闪络并采取措施降低其风险。
到目前为止,中国仍没有相关的标准规定闪络风险在高 得难以接受之前的电晕阈值。不过,根据对湖北超高压 输变电公司的500 kV输变电设备进行紫外线检测的现有 经验,可以得出以下两点重要的结论: 1. 紫外线检测可以检测出电弧以及其位置与强度; 2.对检测到的异常不仅要以放电光子数为依据,还要根 据放电部位及形态做出综合判断。电力设备大部分放 电部位为金属等位置,主要是因为该区域电位分布不 均,局部场强大,天气潮湿,虽然放电量超过10000光 子/秒,但放电稳定,没有爆发性向外瓷表面发展,因此 一般不会导致设备闪络,随着天气好转,放电情况也会 消失。 如果放电部位在绝缘子表面,虽然放电光子数小,一般 超过5000光子/秒,但为间歇、爆发性放电,此种条件 下,如果天气条件继续恶劣,那么设备随时会发生闪络 事故。2008年2月4日,龙斗线177#杆塔绝缘子紫外线 检测中相放电量最小(最大值为5000光子/秒),但整 串绝缘子表面都有放电现象。不久之后,又发生了两次 闪络并且这两次闪络都发生在这座塔上。 根据现场实际检测经验,建议紫外检测参考标准见表2

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