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高压绝缘子泄漏电流在线监测技术X藏鹏程(乌兰察布电业局大用户管理处,内蒙古集宁 012000) 摘 要:污闪事故是威胁电力系统安全运行的灾难性事故之一,通过对绝缘子污秽闪络的分析,比较了泄漏电流法和其他方法的区别,并对高压输电线路上的绝缘子引出了数学模型和测量方法,同时也对泄漏电流在线监测系统做了简要的介绍。
关键词:污秽绝缘子;泄漏电流;在线监测 中图分类号:T M855 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)03—0121—03 众所周知,外绝缘污闪是威胁电力系统安全运行的严重事故之一。
污闪的发生必须具备污秽积聚、污层受潮和施加电压3个条件,缺一不可。
目前运行部门所采取的定期清扫、涂刷RTV 涂料以及更换合成绝缘子等防污闪措施就是出自这一思路。
尽管频繁的清扫、检修能够明显降低污闪事故的发生概率,但这并不能确保万无一失。
为了提高防污闪措施的有效性和可靠性,必须对外绝缘设备的染污状态有及时准确的了解、掌握。
由此,绝缘子染污状态在线监测技术应运而生。
泄漏电流几乎是目前唯一可以作为在线监测绝缘子染污状态的参量。
这里所谓的泄漏电流是指:在运行电压下污秽受潮时测得的流过绝缘表面污层的电流。
作为绝缘表面放电发生的直接诱因,泄漏电流伴随了表面污层积聚、受潮的全过程,它的变化特性能够动态反映污层的积聚程度和润湿程度,即表征了绝缘子实质接近污闪的程度。
因此,从污闪机理上讲,泄漏电流是理想的监测参量。
另一方面,泄漏电流的测量不需要复杂的设备,容易实现在线连续测量,这更使得它成为绝缘子染污状态在线监测领域所关注的焦点。
20世纪50年代开始,污闪事故的危害性逐渐显现,与此同时研究人员开始了泄漏电流的相关研究。
但由于测试技术的限制以及对污闪机理了解不够深入,研究进展相当缓慢。
直到20世纪70年代,测量手段的发展使这种情况得以改观。
20世纪80年代至今,随着计算机和电测技术的飞速发展,基于泄漏电流的绝缘子染污状态在线监测技术不但在泄漏电流特性研究上有了很大进步,人们也尝试将泄漏电流用于实际监测中。
输电线路在线监测1．SC-FP 输电线路风偏在线监测系统SC-FP系统概述：输电线路风偏在线监测系统能够对输电线路的绝缘子串风偏角、摇摆角和导线风偏角、摇摆角以及现场温度、风速、风向等微气象参数进行实时监测，并可根据监测点需要，选配视频录像监控功能。
国内首创采用光电子传感技术。
输电线路风偏在线监测系统主要由四部分组成，包括导线风偏监测仪、气象环境观测站、线路监测基站和当地监测中心（远程监测中心）。
当地监测中心只设置一个，能同时满足多个现场的不同监测系统的数据的处理和分析。
在线路的风偏事故多发地段应用输电线路风偏在线监测系统，通过监测中心对送电线路所经区域气象资料的观测、记录、收集，积累运行资料，完善风偏计算方法，同时准确地记录输电线路杆塔上最大瞬时风速、风压不均匀系数、强风下的导线运动轨迹等，为制定合理的设计标准提供技术数据。
对提高线路的现代化管理水平，具有重要的意义。
☆ SC-FP系统特点：1、具有加电自启动、在线自诊断功能；2、数据暂存功能，可以在通讯异常时能存储3天以上的数据；3、设备采用休眠、待机、定时传输相结合的低功耗模式设计，测量精度高；4、数据采集前端采用多层屏蔽、抗干扰、抗雷击技术、确保系统运行稳定可靠；5、后台软件根据用户需求，系统运行参数、报警参数、数据采集密度等可以远程设置；6、对监测的数据进行统计、分析和输出，能以数字列表、曲线和图表的形式显示相关参数；7、具有数据采集、测量和通信功能，通过通信网络将测量结果传输到后端综合分析软件系统；8、设备设计合理免维护，可带电安装，安装后不会对线路自身结构特性和后期运行维护造成安全隐患；☆ SC-FP主要技术参数：◆使用范围：10～750KV以上；◆监测数据：绝缘子串导地线出口处或转角塔跳线最低点的风偏角和仰角；◆风偏角：－90°～＋90°测量精度：±0.01°；◆仰角：－90°～＋90°测量精度：±0.01°；◆工作线路电压： 10～750KV以上；◆工作线路电流：≤ 1500A（指单导线或分裂导线子导线）；◆监测单元运行环境温度：-40℃～+85℃；◆监测单元运行环境湿度：不大于98％RH；◆监测主机电源：太阳能+蓄电池；◆监测主机无阳光情况下可连续运行时间：>30天；◆通讯方式：GSM/GPRS/CDMA无线通信；◆防护等级：IP65；◆蓄电池使用寿命：5年以上。
110kV输电线路应用在线监测系统的成效文章主要针对我国110kV的输电线展开一系列的讨论，介绍了输电线路在线监测系统应用于其中，并且分析了110kV输电线路的气象、远程视频、杆搭倾斜、导线、温度和绝缘子泄露气流与线路垂直等输电线路问题。
并对此借以相关人员的工作参考。
标签：输电线路；110kV；在线监测系统110kV输电线路在线监测系统为主要利用太阳能电池提供电力通过无线网络等现代通信方式，对110kV输电线路的输电运行情况进行密切检测，并立刻将监测信息传导进入110kV输电线路监测中心进行汇总，克服了之前远程输电线路管理难的问题。
现在在这项技术的应用情况下，监测中心可以针对汇总的数据对110kV输电线路进行科学合理的措施实施，可以有效的保障110kV输电线路能正常的运行。
当在线监测系统预测输电线路经常出现故障，为降低故障的发生率就需要相关技术人员应用及时有效的对策来预防或者降低，最大限度保证线路工作正常。
110kV输电线路在线监测系统具有很多优点，例如可靠性高、安全便捷、适应性强、数据储存方式传输方式合理等等，其所具有的优点可有效的提高应用效率。
110kV输电线路在线监测系统在应用时一定要遵循其科学性，并对其不同厂家所监测到的数据进行管理分析，同时选择适应其需求的相关在线检测系统，如微气象、图像视频、覆冰等，对输电线路进行有效检测。
1 110kV输电线路在线监测系统的应用110kV输电线路在线监测系统应用于输电线路当中，具有安装简便、抗干扰、数据传播迅速、可靠性高、环境适应能力强大等一系列的优点。
为了在后期能够顺利的使用和安装这一应用，在应用安装时要严格按照相关的资料作为参考，安装的过程中应小心仔细，且对各项来源不同的数据作为参考，并随之进行一系列的研究总结。
根据110kV输电线路要求选择合适的输电线路的气象、远程视频、杆搭倾斜、导线、温度和绝缘子泄露气流与线路垂直等在线监测子系统，对110kV 输电线路进行详细的针对性检测。
输电线路态在线监测系统一系统简介随着国家电力建设的发展，电网规模不断扩大，在复杂地形条件下的电网建设和设备维护工作也越来越多，输电线路的巡检和维护越来越表现出分散性大、距离长、难度高等特点。
因此对输电线路本体、周边环境以及气象参数的智能化远程监测成为智能电网改造的重要工作。
输电线路在线监测系统是智能电网输电环节的重要组成部分，是实现输电线路状态运行、检修管理、提升生产运行管理精益化水平的重要技术手段。
HQ输电线路状态在线监测系统采用光纤传感、电子测量、无线通讯、太阳能新能源及软件等创新技术实现对导线覆冰、导线温度、导线弧垂、导线微风振动、导线舞动、次档距震荡、导线张力、绝缘子串风偏（倾斜）、杆塔应力分布、杆塔倾斜、杆塔振动、杆塔基础滑移、绝缘子污秽、环境气象、图像（视频）、杆塔塔材被盗等状况的实时在线监测。
系统采用模块化设计，可以独立使用，也可自由组合，功能模块组合如下图所示：二技术标准1、Q/GDW 242-2010《输电线路状态监测装置通用技术规范》2、Q/GDW 243-2010《输电线路气象监测装置技术规范》3、Q/GDW 244-2010《输电线路导线温度监测装置技术规范》4、Q/GDW 245-2010《输电线路微风振动监测装置技术规范》5、Q/GDW 554-2010《输电线路等值覆冰厚度监测装置技术规范》6、Q/GDW 555-2010《输电线路导线舞动监测装置技术规范》7、Q/GDW 556-2010《输电线路导线弧垂监测装置技术规范》8、Q/GDW 557-2010《输电线路风偏监测装置技术规范》9、Q/GDW 558-2010《输电线路现场污秽度监测装置技术规范》10、Q/GDW 559-2010《输电线路杆塔倾斜监测装置技术规范》11、Q/GDW 560-2010《输电线路图像视频监测装置技术规范》12、Q/GDW 561-2010《输变电设备状态监测系统技术导则》13、Q/GDW 562-2010《输变电状态监测主站系统数据通信协议》14、Q/GDW 562-2010《输电线路状态监测代理技术规范》15、GB 191 包装储运图示标志16、GB 2314 电力金具通用技术条件17、GB 2887—2000 电子计算机场地通用规范18、GB 4208—93 外壳防护等级（IP代码）19、GB 6388 运输包装图示标志2科技提升效率服务创造价值20、GB 9361 计算站场地安全要求21、GB 9969.1 工业产品使用说明书总则22、GB 11463—89 电子测量仪器可靠性试验23、GB 12632—1990 单晶硅太阳电池总规范24、GB 50545－2010 110kV～750kV架空输电线路设计规范25、GB/T 2317.2—2000 电力金具电晕和无线电干扰试验26、GB/T 2423.1—2001 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温27、GB/T 2423.2—2001 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：高温28、GB/T 2423.4—1993 电工电子产品基本环境试验规程试验Db：交变湿热试验方法29、GB/T 2423.10—1995 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法试验Fc和导则：振动（正弦）30、GB/T 3797－2005 电气控制设备31、GB/T 3859.2－1993 半导体变流器应用导则32、GB/T 3873－1983 通信设备产品包装通用技术条件33、GB/T 6587.6—86 电子测量仪器运输试验34、GB/T 6593 电子测量仪器质量检验规则35、GB/T 7027－2002 信息分类和编码的基本原则与方法36、GB/T 9535－1998 地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型37、GB/T 14436 工业产品保证文件总则38、GB/T 15464 仪器仪表包装通用技术规范39、GB/T 16611—1996 数传电台通用规范40、GB/T 16723－1996 信息技术提供OSI无连接方式运输服务的协议41、GB/T 16927.1 高电压试验技术第一部分：一般试验要求42、GB/T 17179.1－2008 提供无连接方式网络服务的协议第1部分：协议规范43、GB/T 17626.2—1998 电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验西安星云电气有限公司44、GB/T 17626.3—1998 电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验45、GB/T 17626.8—1998 电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验46、GB/T 17626.9—1998 电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验47、GB/T 19064－2003 家用太阳能光伏电源系统技术条件和实验方法48、QX/T 1—2000 Ⅱ型自动气象站49、YD/T 799—1996 通信用阀控式密封铅酸蓄电池技术要求和检验方法50、DL/T 548 电力系统通信站防雷运行管理规程51、DL/T 741—2010 架空送电线路运行规程52、DL/T 5154—2002 架空送电线路杆塔结构设计技术规定53、DL/T 5219—2005 架空送电线路基础设计技术规定54、QJ/T 815.2－1994 产品公路运输加速模拟试验方法三、系统保障1、监测装置电源实现（1）监测装置采用太阳能对蓄电池浮充的方式进行供电，对日照照射相对较弱地区也可同时采用太阳能及风能对蓄电池进行充电的方式进行供电。
输电线路山火在线监测系统技术规范书1.1输电线路山火在线监测输电线路山火在线监测主要由高精度红外山火预警雷达、风光互补供电系统、无线视频监控系统、山火预警定位后台管理软件等组成。
高精度红外山火预警雷达可在全天候条件下实时对铁塔周围半径5公里区域的山火进行监测；风光互补供电系统对整个系统进行供电；无线视频监控系统主要是通过安装在铁塔上以及便携式的视频监控可以将山火现场的视频实时的传送到后台；山火预警定位后台管理软件可以自动对发生山火进行定位以及报警等功能。
1.2工作条件1.2.1正常工作条件(1)环境温度：–30℃～+70℃(2)环境相对湿度：5%～95%（无凝露、无积水）(3)大气压力：80kPa~110kPa(4)最大风速：35m/s（离地面10m高，10min平均风速）（户外）(5)最大日温差：25℃（户外）(6)日照强度：0.1W/cm2（风速0.5m/s)（户外）(7)覆冰厚度：10mm（户外）(8)耐地震能力：地震烈度7级地区（地面水平加速度 0.20g，地面垂直加速度 0.10g，地震波为正弦波，持续时间三个周波，安全系数1.67）(9)场地安全要求：符合GB9361中B类安全规定(10) 监测装置安全要求：符合GB4943中的相关规定1.2.2特殊工作条件当超出§4.1中规定的工作条件时，由用户与供应商协商确定。
2、输电线路山火在线监测系统技术要求2.1 技术参数2.1.1高精度红外山火预警雷达探测半径：≤5公里精度：≤1㎡着火面积探测方式：多光谱红外探测；安装方式：紧固一体化安装在铁塔上；工作温度：－30℃～+70℃工作相对湿度：5％～100％RH工作功耗：≤40W供电方式：12V直流供电工作时间：全天候24小时工作通信方式：GPRS/EDGE传输至后台主站防护等级：IP66，防水防尘使用数量：每监测档安装2只。
2.1.2风光互补一体式供电装置主要技术参数垂直轴磁悬浮风力发电机：400W/12V最小发电风速：1m/S（微风启动）太阳能光伏板：单晶硅80W/12V*4块光电转换效率：≥20%工作温度：－30℃～+70℃工作相对湿度：5％～100％RH安装方式：装置安装铁塔上防护等级：IP66，防水防尘2.1.3铁塔视频监控主要技术参数视频压缩格式：H.264视频输入：1路视频输入，BNC接口，1Vpp—75欧匹配阻抗分辨率：CIF：352 * 288, QCIF：176 * 144帧率：CIF帧率1-25帧/秒可调，实际帧率视EVDO网络状况而定。
2012年第36期
中，臭氧、灰尘等）闪等故障。
据统计，的闪络，响，密度监测法、随着科技的发展，品，络，利用GSM、CDMA、测，大范围的推广应用。
测技术，和维护的成本，一、在线监测系统的设计
高压输电线路绝缘子闪络在线监测系统由闪络电流传感器、信号处理单元、太阳能供电单元、无线通信网络单元组成，如图1所示。
太阳能充电储能系统保证了监测设备能够长时间运行，无线网络实现了故障发生时能够及时通知工作人员故障的原因及地点。
绝缘子发生闪络故障时，发生绝缘子击穿，引起电力系统对地的工频续流，造成短时间的工频接地故障。
输电线路接地杆塔流过较大的工频续流，能产生一个工频交流电磁场。
本文提出的监测系统利用电感线圈直接测量工频电磁场来识别绝缘子是否发生闪络。
这种故障定位方法简单、可靠，而且不依赖于任何测距算法，原理上没有故障定位误差。
一旦发生故障，监测装置会主动唤醒周边的其他监测装置，并发送故障数据信息，然后数据信息以“手牵手”接力的方式传送到数据汇集单元，最后汇聚节点通过GPRS 网关传输到监控中心。
如果中间某一个监测单元因故障不能实现“手牵手”通信链路，则监测单元会自动搜索周围其他良好的监测
提取工频50Hz的工频信号为绝缘子在线监测系统提供了一定的科学数据，为识别和判断绝缘子闪络提供了可靠的保证。
为了尽可能多的获取信号中真实的数据和减少CPU处理数据的负担，本文采用 Butterworth有源低通模拟滤波器滤除信号中的300Hz以上的信号成分，如图2所示。
滤波器是通过RC滤波电路和相同比例放大电路的
输电线路绝缘子闪络在线监测系统的研究
董京胜 李 干
摘要：针对传统输电线路绝缘子检测方法存在费时、费力、欠可靠等缺点，提出了一种实用的新型的绝缘子闪络在线监测系统。
该监测系统利用低功耗的MCU和无线射频模块通信，实现了绝缘子闪络的实时在线监测和状态检修，提高了电力系统供电的可靠性。
监测系统具有数据远传功能，通过GPRS、无线自组网解决了长距离信号采集传输的难题，降低了设备后期维护的成本。
绝缘子在线监测可以及时掌握绝缘子的运行状况，节约了成本也提高了工作人员的效率，为指导绝缘子状态清扫提供了参考，能有效预防线路事故，提高线路运行和管理水平。
关键词：输电线路；闪络电流；绝缘子；无线网络；在线监测
作者简介：董京胜（平供电公司，工程师。
（中图分类号：TM75 DOI编码：10.3969/j.issn.1007-0079.2012.36.080
图2 信号调理单元原理图
网络出版时间：2012-12-06 10:29
网络出版地址：/kcms/detail/11.3776.G4.20121206.1029.080.html
技术探讨
总第259期
压控电压源二阶低通滤波电路来实现的，该电路的小信号分析结果如图3所示，具有良好的滤波效果，达到了现场环境的要求。
为了提高监测系统的灵敏度，将滤波后的低频信号进行10倍放大，再利用运放开环电路实现了电压比较器功能，通过调节可调电
阻提供的参考电位可以改变故障电流的整定值。
当发生故障时，传感器耦合的信号经过滤波、放大后与故障电流整定值比较输出高电平，触发MCU外部中断0唤醒单片机，比较器输出波形如图4所示，图4中正弦信号是闪络电流传感器测量的信号，直流为故障电流整定值，通过调节可调电阻比例值改变故障电流整定值，方波信号是传感器测量信号和整定值比较的结果，可将输出信号传给MCU。
单片机经过计算分析故障电流，通过无线传输模块传送到终端服务器，以便工作人员能够准确确定闪络电流发生的位置，尽快检修绝缘子恢复供电。
三、无线通信网络设计
随着无线传感网络技术和Zigbee技术的发展，大量传感器网络通过自组网方式构成星型、网状、环形等多种网络拓扑结构，各种网络结构均包括路由节点、协调节点、设备终端节点，其中路由节点、协调节点要求一直或者间歇处于接收状态并要求实时供电，终端节点可以处于休眠或者待机状态。
而电力系统输电线路属于链状结构，要求各个节点都要完成路由节点、终端节点、协调节点的功能，且节点要求低功耗、低成本，因此，Zigbee技术不能完全移植到输电线路绝缘子的在线监测系统。
本文针对输电线路在线监测自身特点提出了一种新型的无线传感网络，能够实现实时监测输电线路绝缘子闪络，如图5所示。
无线收发芯片CC1101是一种低成本、低功耗、无需申请频点、传输可靠、支持无线传感网络技术的单片可编程UHF收发芯片。
其
工作频段灵活，可以设定在315MHz、433MHz、868MHz和915MHz的ISM工业科学、医疗和SRD频段。
CC1101收发器集成了一个可配置的调制调解器，其可编程数据的传输速率可达500kBaud。
无线收发空旷的传输距离达300～500m，且该模块具有无线远程唤醒功能，支持低功率电磁波激活功能，利用该模块的无线唤醒特性可以方
便的实现自组网、低功耗的功能。
[7]在输电线路无故障状态下，各个闪络电流监测设备处于休眠
状态，功耗小于50uA。
现假设7号杆塔发生绝缘子闪络，有工频续流流过杆塔，此时监测设备检测到电流产生的工频磁场，触发和唤醒MCU，单片机通过数字信号分析处理，判断是否是由于绝缘子闪络造成的故障，如果判断为绝缘子闪络，唤醒该监测设备的无线通信模块，该模块发射低功率的电磁波唤醒周边的3、5、6、8节点，按照预先设定的模式将故障信息发送到3号节点，CC1101带有硬件地址检测功能，5、6、8节点由于地址不匹配忽略收到的数据。
如果3节点出现故障不能自组网，7号节点依次将数据发送到5、6、8节点，直到收到对方的应答，表示信道良好。
这样在某种程度上大大降低了网络的盲点，当数据传输到汇聚节点时，通过GPRS模块将数据传输到终端服务器，实际运行中可以每间隔10～30公里加装一个GPRS模块，降低了设备维护和运行的成本。
绝缘子在线监测设备具有硬件自检功能，当发现监测设备电池电量低时，相邻的监测设备通知服务器及时更换该节点，以保证监测设备无线自组网的健壮性和可靠性。
四、结论
第一，绝缘子闪络的在线监测系统可以及时掌握绝缘子的运行状况，实现了状态检修，节约了成本也提高了工作人员的工作效率。
第二，绝缘子在线监测设备采用了低功耗的MCU和无线射频
模块，同时利用无线唤醒特性和太阳能充电储能系统，降低了监测设备的功耗和保证了工作电源的可靠性，实现了绝缘子实时在线监测，提高了电力系统供电的可靠性。
第三，监测设备具有数据远传功能，解决了长距离信号采集传输的问题，同时也降低了设备和后期维护的成本，实现了全范围、低成本的绝缘子在线监测系统。
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（责任编辑：孙晴）
图3 滤波器的小信号分析
图4 信号调理单元的实际波形
图5 无线通信网络。
