高压绝缘子声信号在线检测系统研究.docx
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高压绝缘子声信号在线检测系统研究
课落款称:
高压绝缘子声信号在线检测系统研究
1研究的意义及起因
本毕业设计题目是《高压绝缘子声信号在线检测系统研究》。
高压绝缘子在污秽微粒与雾、露、小雨、融冰、融雪等恶劣气象条件一起作用下,绝缘子的电气强度大大降低,致使绝缘子不仅会在过电压下发生闪络,而且在正常运行电压下也很容易发生污秽闪络。
为了能使高压输电线路和电力设备在污秽地域能靠得住的运行,人们一直在寻求能正确反映污秽程度的特点量,定量划分污秽水平,为设计和运行保护提供靠得住的依据。
人们在大量研究的基础上发觉污秽放电进程伴随有声发射现象,随后在不同的电压品级下对不同污秽程度的绝缘子做了实验,取得了声信号数据,通过对实验数据的统计分析证明了绝缘子污秽运行的危险程度和声信号之间存在紧密的关系。
输电线路和变电站的户外电气设各常常蒙受到工业污秽或自然界尘土、盐碱等的沉积污染。
在干燥条件下,这些污秽的绝缘子表面电阻专门大,对运行的靠得住性并无大碍,但当空气湿度变高时(如遇雾、小雨、露等不利气象条件),绝缘子表面的污秽将变得湿润,湿润的污秽使得绝缘子表面的电阻大大减小,运行电压下的泄漏电流大大增加,从而可能致使沿绝缘污秽表面发生全面闪络。
绝缘子表面污秽湿润的闪络现象己不是一种单纯的空气间隙击穿,而是一种与电、热、化学因素有关的污秽表面气体电离和局部电弧发生、进展的热动力平稳进程。
下面分析热动力平稳的进程。
绝缘子污秽的湿润加大了表面导电性能使得通过绝缘子表面的泄漏电流增大、导电层将发烧。
因为经常使用绝缘子沿泄漏途径的直径有所转变,另外污秽在绝缘子表面的散布一般是不均匀的,因此在表面泄漏电流密度最大的区域(如悬式绝缘子的钢帽和钢脚周围)水分将蒸发猛烈,在这些地址形成高电阻的干燥区,它将经受大部份的电压,从而改变了绝缘子的电压散布。
2国内外在线检测要紧方式
国内外高压绝缘子在线检测的要紧方式一样分为两类:
一类是非电量测量检测法,另一类是电量测量检测法。
非电量测量法
观观点
用双筒望远镜在塔下观看可发觉常见的表面缺点,包括绝缘伞裙受侵蚀、变粗糙、外覆层侵蚀的沟槽和痕迹、绝缘伞裙闪络、伞裙或外覆层开裂、外覆层破碎、芯棒外露等。
但地面观看不靠得住,缺点可能因观看角度不睬想或污秽覆盖而不能被发觉,内绝缘缺点更可能因无明显外表特点被遗漏,因此观观点虽很简便,但很不靠得住。
紫外线成像法
电子紫外光学探伤仪可带电检测复合绝缘子表面局部放电形成的碳化通道和蚀损,其原理是:
局部放电进程中,带电粒子复合会放出紫外线,当绝缘子表面形成导电性碳化通道时,局部放电加重。
电子紫外光学探伤仪可检测和记录潮湿环境中表面染污所致表面放电和侵蚀或安装不妥所致连接金具、均压环上的强电晕放电。
目前已有白天利用的紫外成像仪。
该方式的缺点是需在正常温度环境下操作;另外要求检测时正在发生局部放电,故需在高湿度乃至有降雨的环境中进行。
另外,检测结果容易受到观看角度的阻碍,检测设备也较昂贵。
红外线成像法
此法用于导线、接头、套管等发烧检测及合成绝缘子局部异样发烧检测,绝大多数由电场引发的绝缘材料损坏与温度有关。
局部放电泄漏电流流过绝缘物质时的介电损耗或电阻损耗都可引发绝缘子局部温度升高。
通过观看局部热点发出的红外线可发觉某些缺点。
该法的缺点是仪器造价高、且温度测量易受阳光、大风、潮气、环境温度及一些能引发绝缘子表面温度急剧转变等因素的阻碍。
超声波检测法
超声波检测法基于超声波在从一种介质进入到另一种介质的传播进程中会在两介质的交壤面发生反射、折射和模式变换(纵、横波转换)的原理的。
通过接收超声波发生器(称为换能器)发出的脉冲超声波在进入绝缘子介质和穿出绝缘子介质时的反射波来限定绝缘子的位置区间。
当绝缘子显现“开裂”时,那么在接收到反射波的时刻轴上将显现该缺点的反射波,由时刻轴上该缺点波的大小及位置即可判定出缺点在绝缘子中的具体情形。
超声波检测操作简单、平安靠得住、抗干扰能力强,要紧用于检测绝缘子芯棒的裂纹。
但其存在耦合、衰减及超声换能器性能等问题;另外,实测时高压端金具常发生电晕,产生的背景噪音会淹没绝缘子缺点所发出的声波,不适合现场检测,比较适用于企业生产在线检测和实验室检定等。
电量测量法
绝缘电阻法
绝缘子在线检测进程中,绝缘电阻的测量是通过泄漏电流的测量得以实现的。
当绝缘子串中有零值或低值绝缘子时,其对地泄漏电流的值将产生较大转变。
该转变值依绝缘子劣化的程度及个数而异,通过检测灵敏度及准确度较高的电流传感器能够准确判定。
脉冲电流法
所谓脉冲电流法确实是通过测量绝缘子电晕脉冲电流的方式来判定绝缘子的绝缘状况,其原理是存在劣质绝缘子的绝缘子串中,由于劣化绝缘子的绝缘电阻很低,它在绝缘子串中承担的电压也较小,于是其它正常绝缘子在绝缘子串上的经受电压必然明显大于正常情形时的经受电压,而因回路阻抗变小,绝缘子电晕现象的加重,电晕脉冲电流必将变大。
依照线路上存在劣质绝缘子时电晕脉冲个数的增多、幅值增大的现象,利用宽频带电晕脉冲电流传感器套入杆塔接地引线掏出电晕脉冲电流信号,通过必然的信号处置手腕,从而达到在低压端检出不良绝缘子的目的。
该法的难点是传感器的选择、信号的提取及辩识、现场干扰的排除等。
由于电晕脉冲电流在绝缘子正常时亦可能产生,且随着输电线路电压的波动其值也在转变,故如何排除这此因素的阻碍、成立绝缘了劣化判定标准也是该法可否成功的关键。
泄漏电流检测法
测量绝缘子表面污秽程度经常使用的方式有等值附盐密度、测量污层电导率和测量绝缘子表面泄漏电流法。
前二者是在停电时进行,难以反映绝缘子在运行中的真实情形。
污秽绝缘子的泄漏电流是运行电压作用下污秽受潮时测得的流过绝缘子表面污层的电流。
当绝缘子表面污秽物积存到必然程度时,在必然外界环境下可造成绝缘子的闪络,因此可通过测量泄漏电流的大小转变来检测绝缘子的污秽程度。
国内外对此都有较深切的研究,证明了测量泄漏电流关于检测合成绝缘子污秽程度的可行性。
研究说明:
随合成绝缘子老化的加深,闪络电压降低,泄漏电流升高,因此可通过泄漏电流的转变来检测合成绝缘子的劣化程度。
泄漏电流法虽能在低压端准确测量泄漏电流的转变,但受很多因素阻碍,不能准确反映劣化程度;尽管该方式能反映较严峻的绝缘故障,但在判定出绝缘失效后留给操作人员处置的时刻有限,很难单独普遍应用;它要求每一个绝缘子串上安装一套检测装置,本钱太高,用户难以经受,且装置的保护、检修需停电进行。
综上所述,非电量检测法具有不与被测量物体直接接触、没有高压绝缘问题困扰的优势,可是在具体运历时,需要外加多种辅助设备,因此检测本钱比较高,而且,检测设备和被测物体都或多或少会受到外界环境因素的阻碍,再加上检测设备本身的不完善和利用进程中人工操作的误差,普遍应用有必然的难度。
3本课题要紧内容
在绝缘子污秽放电的进展进程中,一直伴随有热、声、光等物理现象,那个地址所关注的是声信号,要紧研究放电是如何产生声信号和声信号的特点等。
污秽放电的起始时期,在绝缘子的钢脚等泄漏电流散布密集的地址产生千区,电压集中散布在干区上产生放电现象,现在第一从绝缘子钢脚根部沿瓷表面发出一些淡紫色细丝状放电,并伴有轻微的电晕声,接着铁帽边缘与瓷件连接处显现淡紫色短小电弧,钢脚处的放电演变成紫色刷状放电,夹杂有黄色或白色的小火星,同时放电声响增大:
随着干区的继续扩大,帽缘和下伞面钢脚处显现桔黄色短电弧放电,电弧较密集,放电持续发生,声响专门大;随着受潮程度的加深,原先钢脚处密集的短电弧被频率较低但强度明显加大的桔黄色电弧代替,最后显现红色的主电弧贯穿整个泄距,发生闪络。
在较大的场强下,空气被电离,电子在电场的作用下定向运动产生电流,这确实是电弧放电的电流,现在电子的定向运动将碰撞中性气体分子,从而将空气分子挤紧,由于弹性和运动惯性,挤压区内的分子向前运动而将更前面的空气分子挤紧,因此浓密区会向前传播。
相应的挤压区由于分子向前运动而自身变稀,因此稀疏区也会向前传播,这就形成了声波。
这时声振动传播方向与质点振动方向一致,称为纵波。
另外电子碰撞中性气体分子的同时也产生了热,发烧的增加将促使电弧温度的升高,从而更有利于电离。
在交流电压的作用下,当电压过零点时,电流也过零点,场强也变成零,现在在空气中就会发生去电离的现象,当泄漏电流较大时,输入能量也大,弧柱中积存的能量较多,完成去电离所需的时刻就长,在电流在过零时电弧不易熄灭,只是电弧的强弱随电流的大小而作周期的转变。
而当泄漏电流较小时,输入能量也小,弧柱中积存的能量较少,能专门快完成去电离,在电流过零时电弧就熄灭,从而显现明显的熄灭、重燃现象。
从能量的角度来看,放电是能量的一个瞬时的暴发,是电能以声能、光能、热能、电磁能等形式释放出去的一个进程。
由于每次放电的时刻是超级短,因此它产生的声波的频谱很宽,能够从几十赫兹到几兆赫兹。
放电及其产生的声信号都有必然程度的随机性,使得每次放电测得的声发射信号的频谱都不同,即频谱峰值的频率是转变的,而且转变范围较大,大致上散布在20kHz-100kHz之间。
线路绝缘子的在线检测因其安装位置的特殊及散布区域普遍性向来是绝缘在线监测的一个难点。
一样来讲绝缘子故障要紧有以下几个方面:
绝缘子内部显现裂隙、绝缘子表面破损、绝缘阻抗降低、污闪等,绝缘子种类不同,显现故障时所呈现的现象也不同。
如绝缘子串中存在不良绝缘子时,不良半导体釉绝缘子温度转变可能较大,而玻璃绝缘子和一般釉绝缘子的温度转变较小。
相应的高压绝缘子在线检测方式也多种多样,绝缘子散布的普遍性和安装点的特殊性更增加了绝缘子检测的难度。
变电所高压设备绝缘状况在线监测技术在国内外已有连年的研究与应用,并在保证电力系统平安供电,减少因设备绝缘状况引发事故方面取得了明显的成效。
目前国内外已经显现了很多高压绝缘子在线检测方式。
并取得了必然的成效,但很多方式存在着测量工作量大、危险性高、设备造价高、测量不准确、抗干扰能力差等问题。
因此寻觅一种经济、切实有效的高压绝缘子在线检测方式一直是国内外电力部门十分关注的问题。
在污秽放电进展的整个进程中,放电的显现是间歇的、时强时弱的,但它总的趋势是确信的,即由微弱的辉光放电到强烈的局部电弧,在那个进程中的声信号由弱到强,从开始的轻微的电晕声,到后面嗡嗡的电弧声,都是污秽放电发出在20Hz—20kHz频段内的声信号被人的耳朵接收到产生的成效。
有体会的实验人员通过这种放电声就能够够判定出绝缘子是不是即将闪络,因此用声传感器代替人耳,用模糊推理代替实验人员的丰硕的体会,来判定绝缘子的工作状态,确实是本文的研究所要达到的目的。
从放电是电能的释放这一角度来看,声能、热能、电磁能、光能都是放电所释放的能量的一部份,文献[15]以为声能与放电释放的能量之间是成比例的,文献[16]也以实验证明了这一点。
尽管在实际中,由于放电受各类因素阻碍使得那个比例是不确信的,但从统计的角度来看,二者之间的比例关系是确信的。
通过对污秽放电进展的整个进程及伴随声信号的观看和分析能够看出,放电在每一个时刻的状态显然是不确信的、不可预测的,但它总的趋势是确信的,即由微弱的辉光放电到强烈的局部电弧,在那个进程中的声信号也是由弱到强的。
声发射式的绝缘子污秽放电监测方式确实是通过取得污秽放电进程伴随的声信号信息来监测绝缘子污秽的运行状态的。
由于受到电极形状、温度、湿度等外界条件的阻碍,污秽放电产生的声发射信号是无法用精准的函数来预测的,这一点在污秽实验中也反映出来了,在相同的电压、相同的污秽度的条件下进行的污秽实验,所取得的数据也会有必然的区别,因此,采纳传统的数学方式对数据进行处置会有专门大的困难,而模糊推理的方式能够较好地完成那个任务。
咱们取得的信息往往是不准确的、不完全的,或事实本身确实是模糊的不完全确信的,但又必需利用且只能利用这些信息进行判定和决策。
现在,传统的形式逻辑和近代的数理逻辑均无法解决这种问题,解决模糊问题就需要模糊推理。
模糊逻辑方式具有多因素综合分析的特点,因此适合于对受多种因素阻碍的具有不确信性结论的事物或现象做出总的评判。
即对被评判事物或现象,通过给予每一个阻碍它的因素一个评判指标,再依照所给条件计算分析得出其整体的带必然偏向性的结论。
绝缘子污秽监测的目的是在污闪发生之前发出报警,由于绝缘子的电参数及其劣化进程具有较大的随机不确信性,绝缘子的绝缘性能因此存在较大的模糊性。
因此只有能够正确判定出放电是弱,或强,才能正确判定它对绝缘的要挟程度,就能够够发出相应的报警信息,使工作人员能够及时采取方法避免污秽放电进一步进展下去,达到避免污闪发生的目的。
基于发射技术的绝缘子污秽监测的方式所取得的结果尽管存在必然的误差,可是它能够正确反映放电的强弱,能够实现绝缘子污秽在线监测。
采纳模糊推理方式能够从信号的特点量得出污秽放电对绝缘的要挟程度,因此证明污秽放电的声学监测法是可行的。
4结论
通过本次高压绝缘子声信号在线检测在整个研究进程中,要紧对声信号检测及绝缘子污闪进行设计,同时要考虑到设计的可行性。
和如何灵活地改变方式去实现设计方案。
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