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测运行在污秽 地区绝缘子的 污秽积累是确 保任何架空电网可靠性 的关键
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监测系统探测架空输电线路绝缘子临界污秽

May 17, 2017 • Insulator / 绝缘子, 最近文章汇总

测运行在污秽 地区绝缘子的 污秽积累是确
保任何架空电网可靠性 的关键。如果不及时清洗, 积污绝缘子将提高闪络风 险, 导致潜在代价高昂的 电压骤降以及供电中断。
已开发出各种各样的泄 漏电流在线监测系统, 目的是当设备的污闪风险提高 时向电力公司发出警报。同时, 也广泛使用专业相机 来检测重污秽绝缘子上过度局部放电导致的电晕。
INMR采访了Metrycom Communications公司, 该公司自主研发了预测污秽闪络风险升高的技术, 从 而使运行维护人员有时间采取补救措施。该系统已在 以色列与俄罗斯160kV和400kV线路上最脆弱的区 域安装到位, 目前, 计划也在其它国家安装该系统。 ‘干区’ 动力学 多种污染源可以导致架空线路绝缘 子被染污, 从沙尘暴到海风, 从工业 排放物到道路盐
此外, 污秽沉积 通常不均匀, 取决于绝缘子的几何 形状伞裙边缘的积污通常较重, 而在光滑的表面, 由于自然清洗更 加有效, 积污通常较轻
当绝缘子被雾雨或露水打湿后, 污 层中存在的盐分将溶解, 表面电导率 急剧升高, 有时可达到数百毫安, 取 决于污秽与湿润的水平
染污绝缘子串的局部放电。放电活动不会中断线路的正常运行,但是,当积污严重并且环境湿度很高时, 电弧将覆盖绝缘子串上更大的区域。随着电弧电阻下降表面泄漏电流增大,最终导致闪络。 输电线 监测系统探测架空输电线路绝缘子临界污秽 Screen Shot 2015 03 11 at 1

染污绝缘子串的局部放电。放电活动不会中断线路的正常运行,但是,当积污严重并且环境湿度很高时, 电弧将覆盖绝缘子串上更大的区域。随着电弧电阻下降表面泄漏电流增大,最终导致闪络

Metrycom公司创始人和首席执 行官CEOLiron Frenkel回顾 了潮湿环境中, 染污绝缘子表面干 区电弧形成的动力学性能他解 释说, 由于绝缘子表面区域是不均 匀的, 绝缘子串的沿面电流密度也 将发生变化, 导致不同区域内的发 热各异电流密度最大的区域将 首先被烘干, 该区的电压降上升到 空气间隙击穿的值, 继而产生电弧 或放电现象
Frenkel强调说 “但由于表面电流蒸 干水分, 电弧熄灭, 这种现象本身不 会导致绝缘子失效但随着被蒸干 的表面再次变得潮湿, 这一过程重新 开始电弧可能发展至覆盖沿绝缘 子串的1片或更多片绝缘子, 覆盖区 域的大小取决于污秽的水平与湿润 程度, 甚至可能造成闪络我们的系
统设计为采用特殊的传感器来检测 干区电弧, 与传感器相连的数据处理 装置允许对现状进行远程分析”
Frenkel解释说, 尽管已对污秽闪络 的动力学性能研究多年, 但是, 提醒 运行维护人员闪络风险增大的传统 方法并非总是可靠或者并非总是符 合成本效益他评述说, 例如, 依靠 测量泄漏电流的其中一个问题是, 只有当相对湿度超过85%时, 这一 参数才与积污水平相关联因此, 这种方法并非总是能够精确地预 测污秽闪络此外, 使用这种方法 评估绝缘子积污要求在许多绝缘 子串上安装传感器装置
Frenkel评述说, 电晕相机在提醒运 维人员绝缘子污秽水平过高方面也 存在局限性其中包括有效覆盖线 路区域的直升机巡检费用很高, 每次 巡检结果因当时的天气条件例如 湿度与风速产生的变化, 以及要求 操作人员具备解释主观并且常常缺 乏可靠的过往数据支持的读数并 且, 污秽可能由于诸如沙尘暴或道 路盐这样的事件快速积累, 对于监 测突变的绝缘子污秽水平, 电晕相 机并非是那么有效的工具
他评述说, “我们方法的不同之处在 于, 我们依靠单个传感器, 每个传感 器可以覆盖约2km长的线路事实 上, 我们起初的开发理念是, 采用可以覆盖大片区域的无线传感器, 令 系统的现场安装更加容易”
安装在避雷线上的传感器,测量干区电弧产生的电磁脉冲。 输电线 监测系统探测架空输电线路绝缘子临界污秽 Screen Shot 2015 03 11 at 1

安装在避雷线上的传感器,测量干区电弧产生的电磁脉冲。

Frenkel解释道, 安装在输电线路 杆塔上的Metrycom公司传感器, 测量染污绝缘子串表面局部放电 产生的高频信号每个传感器单 元都包含一个无线调制解调器, 与毗邻的多个传感器单元互通信 息, 从而创建一个网式IP传感器网 络任何传感器单元测量到的数 据将通过沿线一个又一个的传感 器传递至网关处, 网关通常位于变 电站内同时, 该传感器网络也具 有自我修复功能, 即如果任何传感 器停止工作, 其余传感器将利用更 远的传感来形成新的信息通路 随后, 网关将收集到的数据发往控 制服务器, 并存储于其中, 服务器 中的数据被转换为可以解读的格 式, 并发给负责当地绝缘子清洗的 维护部门
据Frenkel介绍, 这项技术基于综 合考虑积污以及其它相关因素来 进行闪络风险评估, 而非简单的根 据观察到的积污水平事实也的 确如此, 许多看上去重度污秽绝 缘子串并未发展为闪络, 而干区 电弧剧烈的绝缘子, 出现闪络的 概率更高他说, “我们的总体目 标是以干区电弧为中心指示参数 来监控污闪风险, 了解何时有必要 对沿线的任何线路段进行清洗”
测量技术
干区电弧活动产生沿着地线以及

  相导线传播的电磁脉冲干区放电 电弧的长度从仅几毫米至数十厘米 不等, 电弧头部速度为50m/s或更 高其产生的脉冲幅值可达数十千 伏, 波前时间为数十纳秒至几个微 秒脉冲的频谱宽度达数百MHz, 将产生无线电干扰, 可闻噪声与可 见光干区电弧现象不仅取决于 污秽等级和类型, 而且取决于环境 湿度风速风向温度等无线电干扰沿着输电线路传播, 距 离污染绝缘子高达1km之外的宽 频带传感器可以探测到测量脉
冲幅值的传感器安装在被监测线 路段的避雷线上, 测量频率范围为 0.1-100MHz传感器发出的信号 进入特殊设计的数据采集单元, 在 此进行滤波分析后, 由调制解调 器将数据输送到电力公司的运行 与维护中心中心采用统计学方法 对每天8次的测量数据进行处理
采样与分析需要5分钟, 在此期间, 每隔1秒测量一次脉冲的最大幅值, 采集300个样点采样值的动态范 围被等值地分为32个等级, 由0.7V 至32.7V, 以便可以获取与幅值相对 应的一组脉冲除了传感器远程 终端单元以及网关外, 系统的另一个 关键组件是分析数据必备的软件
(上图)以色列南部160kV线路上,污秽闪络引起供电中断的实例, 系统已预测到该闪络但未采取措施。(下图)对400kV线路进行不必要清洗的 示例,尽管系统并未提示需要清洗 输电线 监测系统探测架空输电线路绝缘子临界污秽 Screen Shot 2015 03 11 at 1

(上图)以色列南部160kV线路上,污秽闪络引起供电中断的实例, 系统已预测到该闪络但未采取措施。(下图)对400kV线路进行不必要清洗的 示例,尽管系统并未提示需要清洗

现场经验
以色列电气IECo输电工作组的 主管Alex Levinzon报道, 以色列已 安装了几个Metrycom公司的系统 用于监测绝缘子积污, 运行在所选 的160kV与400kV线路上安装这 些系统背后的其中一个目标是为 IECo维护工作组提供闪络风险较
高线路段的实时信息, 从而降低继 发线路短路以及功率骤降带来的 经济损失其它目标包括, 通过最 优化清洗的日程安排, 以及选择最 有必要进行清洗的线路段进行作 业, 降低总清洗成本
Levinzon赞同Frenkel的观点, 也 认为单独以监测积污等级做为指 标来判断何时需要清洗线路的价 值不大, 因为这个参数并非总与闪 络风险相关
Levinzon说“如我们这样的电力 公司维护人员, 想要的是能够预测绝 缘子污秽闪络的风险因此我们注 重测量绝缘子表面局部放电脉冲的 幅值并观察绝缘子串上哪一部位出 现闪络, 取代污秽等级的测量例如 我们发现, 对于陶瓷绝缘子, 当绝缘 子串内两片以上的绝缘子出现干区 电弧, 闪络风险将增高”
Levinzon继续谈到, 由于许多因素 能够影响目前线路上的测量结果, 需要对长期测量的结果进行统计 学处理, 以获取可靠的数据他还 指出, 对于不同额定电压等级的线 路, 甚至同一电压等级但是装备不 同类型绝缘子的线路, 即硅橡胶还 是瓷绝缘子, 决定着污闪风险的脉 冲幅值往往不同由于在线监测系 统提供每日的信息,用户可以根据多 日的监测结果, 全面掌握不同湿度 条件下局部放电脉冲的整体规律
以色列南部一条穿越污秽施工区域 的160kV线路上安装的监测系统, 是 Metrycom公司传感器系统应用于 现场的一个实例线路初步测量结 果显示, 当脉冲幅值超过3.5V黄 色预警时, 线路上有大量积污 而当脉冲幅值超过6.5V红色预 警时, 闪络的风险加剧, 建议进 行清洗见图1上图
以色列所选的161kV线路上使用的传感器 输电线 监测系统探测架空输电线路绝缘子临界污秽 Screen Shot 2015 03 11 at 1

以色列所选的161kV线路上使用的传感器

Levinzon报道说, 到目前为止, 以 色列已安装这类系统的运行经验
证明该系统是成功的, 论证了过去 超过一半的清洗都是不必要的, 因 为当时的污秽闪络风险很低同 时, 达到临界值的农业污秽水平已 经影响到某些线段上的绝缘子, 因 此急需进行清洗他补充道, 将安 装一套新的传感器, 监测一条使用 硅橡胶绝缘子的沿海线路,已知这 条线路往往在清晨时发生污秽闪 络导致出现意外的问题
Levinzon评述说, “使用直升机清 洗线路, 依据每串绝缘子清洗需要 约3-5分钟, 每公里清洗费用4500- 6000美元如果考虑到对于不存 在污秽闪络风险的线路不再进行清 洗, 所节省的费用相当于2年内即可 收回对传感器系统的投资”
据Frenkel介绍,以他的观点,尽管到 目前为止,系统的现场运行经验不足 5年, 但其基本技术则依托于超过15 年的研究工作提供支持Frenkel说 “当我们需要对任何特定线路 段进行清洗时, 大量的现场以及实 验室试验使我们能够精确确定绿 色黄色与红色的临界值此外, 我们日益丰富的绝缘子类型以及线 路设计的数据库使我们目前可以在 安装新系统时, 无需通过特别的校 核,即可设定临界值同时,我们已 研发出针对新型绝缘子串的实验室 校核程序, 以备不时之需例如, 我 们已进行的实验室试验表明, 陶瓷 绝缘子与玻璃绝缘子闪络发展的 物理机理有所不同, 因此我们采用 不同的参数”
除了局部放电脉冲传感器系统, Metrycom公司还为电网运营商研 发了其它监控系统包括一款可以 帮助定位接地故障的系统该系统 针对采用现有保护系统很难探测到 的地面导线电流小于2A但仍然 对农村地区构成安全问题的中压 系统

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