專利名稱：一種檢測輸電線路復(fù)合絕緣子憎水性的裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力設(shè)備絕緣故障檢測領(lǐng)域，特別涉及一種檢測輸電線路復(fù)合絕緣子憎水性的裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合絕緣子作為輸電線路外絕緣使用已經(jīng)有近40年的歷史，很多國家和地區(qū)的電網(wǎng)中都用到復(fù)合絕緣子，并且其掛網(wǎng)運行的數(shù)量仍在逐步增多。復(fù)合絕緣子由于具有污閃、濕閃電壓高，重量輕等優(yōu)點，在我國電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。隨著我國電網(wǎng)電壓等級的逐步提高，對輸電線路外絕緣的要求也越來越高，復(fù)合絕緣子在電網(wǎng)中的作用也顯得越來
越重要。目前，高壓復(fù)合絕緣子中應(yīng)用比較廣泛的傘裙護(hù)套材料是高溫硫化硅橡膠，具有電氣絕緣性、耐候性、耐高低溫特性、生理惰性、低表面張力和低表面能等優(yōu)點。硅橡膠中存在大量不同程度的未交聯(lián)的低分子量硅氧烷鏈段，這些低分子量硅氧烷鏈段的遷移是硅橡膠材料具有憎水性遷移特性的主要原因，也是其憎水性恢復(fù)的主要原因。硅橡膠材料是有機(jī)材料，與陶瓷和玻璃絕緣子等無機(jī)材料不同，有機(jī)材料分子中元素是由共價鍵結(jié)合在一起的，元素之間的鍵和力比較低，因而有機(jī)材料的大分子容易斷裂，尤其在紫外線輻射、電暈放電、潮濕、溫度變化等環(huán)境以及化學(xué)因素的作用下，分子鍵容易發(fā)生斷裂，導(dǎo)致有機(jī)材料老化。復(fù)合絕緣子傘裙發(fā)生老化時，其表面憎水性下降，電氣性能和機(jī)械性能都會隨之下降，且下降之后這種性能是不可恢復(fù)的。如果材料某種性能的下降是可恢復(fù)的，稱之為疲勞；如果材料某種性能的下降是不可恢復(fù)的，則稱為老化。大部分材料(尤其是有機(jī)材料)普遍存在老化問題，但其老化速度因材料的不同差別很大。不僅僅是有機(jī)材料，無機(jī)材料同樣也存在老化問題，如輸電線路中的陶瓷絕緣子和玻璃絕緣子也會發(fā)生老化，但是由于其老化的速度很慢，運行過程中可以不做考慮。作為由一種有機(jī)材料構(gòu)成的復(fù)合絕緣子，由于其表面容易受絕緣子表面局部放電、紫外輻射、電暈放電、酸雨等因素的影響，掛網(wǎng)運行過程中普遍存在老化現(xiàn)象，在特高壓輸電線路中電暈放電的影響尤為突出。發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下的缺點和不足由于復(fù)合絕緣子的老化使得憎水性逐漸喪失，影響了輸電線路的穩(wěn)定性，輸電線路出現(xiàn)了較高的故障率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種檢測輸電線路復(fù)合絕緣子憎水性的裝置及其控制方法，本發(fā)明通過對復(fù)合絕緣子的憎水性進(jìn)行檢測，進(jìn)而對輸電線路的老化程度進(jìn)行實時的監(jiān)控，及時更換老化的輸電線路，提高了輸電線路的穩(wěn)定性，降低了輸電線路的故障率，詳見下文描述一種檢測輸電線路復(fù)合絕緣子憎水性的裝置，所述裝置包括調(diào)壓器、1 250的變壓器、水電阻、6組針電極、絕緣板和6組板電極，所述調(diào)壓器的兩端接220伏交流電，所述調(diào)壓器與所述1 250的變壓器并聯(lián)連接，所述1 250的變壓器一端接水電阻，所述水電阻的一端連接有所述6組針電極，所述 6組針電極固定在所述絕緣板上，試樣設(shè)置在所述6組板電極上，所述6組板電極和所述 1 250的變壓器的另一端接地，所述6組針電極接高壓端。所述6組針電極的針尖處直徑為0. 25mm，針長120mm，針間距是10mm。所述6組針電極和所述6組板電極上下位置一致。一種檢測輸電線路復(fù)合絕緣子憎水性的控制方法，所述方法包括以下步驟(1)將第一塊試樣設(shè)置在板電極上，加壓預(yù)設(shè)時間后放入第二塊試樣，再加壓所述預(yù)設(shè)時間后放入第三塊試樣，按照同樣的步驟放入其他三塊試樣后，再加壓所述預(yù)設(shè)時間后停止加壓，獲取經(jīng)電暈老化處理后的試樣憎水性變化；(2)獲取工頻交流電壓，通過動態(tài)水滴實驗對所述試樣憎水性變化進(jìn)行處理，獲取表征試樣憎水性的放電幅值、放電時間間隔、相鄰放電幅值、相鄰放電時間間隔和放電脈沖次數(shù)；(3)對所述放電幅值、所述放電時間間隔、所述相鄰放電幅值、所述相鄰放電時間間隔和所述放電脈沖次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計和降噪處理獲取放電幅值與放電脈沖次數(shù)之間的關(guān)系譜圖、放電幅值與相鄰放電幅值之間的關(guān)系譜圖以及放電幅值和相鄰放電時間間隔之間的關(guān)系譜圖；(4)采用分形理論對所述放電幅值與放電脈沖次數(shù)之間的關(guān)系譜圖、所述放電幅值與相鄰放電幅值之間的關(guān)系譜圖以及所述放電幅值和相鄰放電時間間隔之間的關(guān)系譜圖進(jìn)行計算，獲取到各個放電譜圖的分形維數(shù)和相似度；(5)通過所述各個放電譜圖的分形維數(shù)和相似度確定輸電線路的老化程度。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是本發(fā)明提供了一種檢測輸電線路復(fù)合絕緣子憎水性的裝置及其控制方法，本發(fā)明通過測量不同老化時間的復(fù)合絕緣子表面放電的特征參數(shù)，包括放電幅值、放電次數(shù)、相鄰放電幅值以及相鄰放電時間間隔，并通過對上述特征參數(shù)的分析，獲得對應(yīng)于不同老化時間的復(fù)合絕緣子表面放電特征之間的三個譜圖，通過對三個譜圖的分析得到了三個譜圖對應(yīng)的分形維數(shù)和相似度，實現(xiàn)了對復(fù)合絕緣子的憎水性進(jìn)行實時的檢測，根據(jù)老化程度對老化的輸電線路進(jìn)行及時的更換，提高了輸電線路的穩(wěn)定性，降低了輸電線路的故障率，并且由于直接獲取到表面放電電流參數(shù)，受外界干擾較小，準(zhǔn)確度很高，滿足了實際應(yīng)用中的需要。


圖1為本發(fā)明提供的一種檢測輸電線路復(fù)合絕緣子憎水性的裝置的示意圖；圖2為本發(fā)明提供的在不同電暈老化時間下的試樣憎水性變化的示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)提供的動態(tài)水滴實驗裝置的示意圖；圖4為本發(fā)明提供的表面放電特征參數(shù)示意圖；圖5為本發(fā)明提供的不同老化試樣的放電幅值與放電次數(shù)之間的關(guān)系譜圖；圖6為本發(fā)明提供的不同老化試樣的放電幅值與相鄰放電幅值之間的關(guān)系譜圖7為本發(fā)明提供的不同老化試樣的放電幅值和相鄰放電時間間隔之間的關(guān)系譜圖；圖8為本發(fā)明提供的圖5的分形維數(shù)示意圖；圖9為本發(fā)明提供的圖6的分形維數(shù)示意圖；圖10為本發(fā)明提供的圖7的分形維數(shù)示意圖；圖11為本發(fā)明提供的憎水性評估的變量參數(shù)相對變化趨勢示意圖；圖12為本發(fā)明提供的放電特征譜圖與靜態(tài)接觸角之間的相似度示意圖；圖13為本發(fā)明提供的一種檢測輸電線路復(fù)合絕緣子憎水性的控制方法的流程圖。附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下1調(diào)壓器；21 250的變壓器
R水電阻；36組針電極；
4試樣；56組板電極；
6水泥電阻:7機(jī)械支架；
8銅電極；9滴水裝置；
10水滴；11數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 12 檢測阻抗；13 絕緣板。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。復(fù)合絕緣子由于污穢、潮濕、放電等因素的影響，其憎水性會逐漸下降甚至喪失。 憎水性的嚴(yán)重下降將導(dǎo)致復(fù)合絕緣子污閃電壓的顯著下降，從而威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。通過對發(fā)生閃絡(luò)的絕緣子進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，其憎水性狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生變化。因此通過對復(fù)合絕緣子表面憎水性的檢測可以實時的得出輸電線路的老化程度，實現(xiàn)對輸電線路的檢測。在IEC的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，憎水性測量也稱為濕潤性測量。IEC/TS 62073-2003推薦使用3種憎水性測試方法，即接觸角法、表面張力法和噴水分級法。此后，隨著泄漏電流法在在線絕緣子表面運行狀態(tài)監(jiān)測上的應(yīng)用與發(fā)展，也被陸續(xù)應(yīng)用于表面憎水性狀態(tài)的檢測。因此硅橡膠絕緣子的憎水性判據(jù)分為靜態(tài)接觸角法(CA法)；表面張力法；噴水分級法(HC法)；泄漏電流測量法；動態(tài)水滴法(DDT法)。靜態(tài)接觸角法是指通過微注射器將體積約4ul 7ul左右的水滴滴在材料表面， 然后測量材料表面水珠的接觸角的大小來反映材料憎水性狀態(tài)的方法。該方法的主要過程是高速攝像機(jī)拍攝水滴在材料表面的狀態(tài)，然后應(yīng)用相應(yīng)的軟件測量水滴與材料表面的接觸角。這種方法測量簡單、方便，因而被廣泛用于復(fù)合絕緣子表面憎水性的評估。但是當(dāng)復(fù)合絕緣子表面有積污時，接觸角會有明顯的遲滯現(xiàn)象，這時一般先讓水滴在材料表面靜止20s左右，再對其進(jìn)行測量。表面張力法是使用具有不同表面張力的一組液體評估復(fù)合絕緣子憎水性的一種方法。該方法采用了低范圍、中等范圍、高范圍3個張力范圍內(nèi)的液體混合物。將少量混合物輕輕噴灑在試樣表面，記錄連續(xù)層分裂為小水滴所需要的時間，連續(xù)層在試樣表面保持時間最接近^的混合物所具有的表面張力被定義為被測試品的表面張力。噴水分級法，S卩HC法(Hydrophobicity Classification Guide)，是由瑞典輸配電研究所提出的表征復(fù)合絕緣子憎水性狀態(tài)的方法。該方法將憎水性分為7級HC1-HC3級為憎水性狀態(tài)，HC4級為中間過渡狀態(tài)，HC5-HC7級為親水性狀態(tài)。各級之間劃分的主要依據(jù)是被測表面的積聚狀態(tài)，并有標(biāo)準(zhǔn)的分級圖參考。HC法可方便用于實際絕緣子憎水性的現(xiàn)場評估，缺點是受主觀影響大。復(fù)合絕緣子表面的泄漏電流是指在污閃發(fā)生之前流過復(fù)合絕緣子表面的電流，它綜合反映了電壓、氣候和污穢等要素。近些年來，一些學(xué)者在對污閃機(jī)理的研究中發(fā)現(xiàn)絕緣子表面的泄漏電流和污閃放電的發(fā)展過程關(guān)系十分密切，復(fù)合絕緣子表面產(chǎn)生的泄漏電流中包含了大量信息，它可以用來綜合反映復(fù)合絕緣子的受潮程度、污穢程度、絕緣子承受電壓以及絕緣子形狀等因素。絕緣子表面泄漏電流的變化過程同時也反映了復(fù)合絕緣子污穢的積累變化過程，所以對合成絕緣子表面污穢層泄漏電流的監(jiān)測對于判斷輸電線路外絕緣的運行狀態(tài)具有非常重要的意義。因此，普遍采用監(jiān)測絕緣子表面泄漏電流的方法來評估絕緣污穢狀態(tài)，更重要的是泄漏電流可以實現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測。近些年來，動態(tài)水滴法(Dynamic Drop Test, DDT)逐漸被一些學(xué)者所接受，并用來研究絕緣子表面憎水性的變化及相關(guān)影響因素。Otsubo等人采用動態(tài)水滴法研究了不同污穢等級的液滴在復(fù)合絕緣子表面的動態(tài)特性及其對絕緣子憎水性的影響，同時研究了絕緣子表面粗糙度及ATH含量對其憎水性的影響。Kurimoto等人依托動態(tài)水滴法建立了絕緣子表面局部放電脈沖個數(shù)與憎水性變化之間的對應(yīng)關(guān)系，推動了動態(tài)水滴法在絕緣子表面憎水性評估上的應(yīng)用。Tokoro等人通過測量動態(tài)水滴法中液滴在硅橡膠材料表面的一些形態(tài)參數(shù)研究了溫度、材料表面粗糙度及ATH含量等因素對硅橡膠材料表面憎水性的影響，并建立了硅橡膠材料老化程度評估方法。動態(tài)水滴法是近些年才提出的一種復(fù)合絕緣子憎水性評估方法，因此依據(jù)該方法來定量評估絕緣子表面的憎水性狀態(tài)需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。為了通過對復(fù)合絕緣子的憎水性進(jìn)行檢測，進(jìn)而對輸電線路的老化程度進(jìn)行實時的監(jiān)控，及時更換老化的輸電線路，提高了輸電線路的穩(wěn)定性，降低了輸電線路的故障率， 參見圖1，本發(fā)明實施例提供了一種檢測輸電線路復(fù)合絕緣子憎水性的裝置，詳見下文描述一種檢測輸電線路復(fù)合絕緣子憎水性的裝置，包括調(diào)壓器1、1 250的變壓器2、 水電阻R、6組針電極3、絕緣板13和6組板電極5，調(diào)壓器1的兩端接220伏交流電，調(diào)壓器1與1 :250的變壓器2并聯(lián)連接，1 250 變壓器2的一端接水電阻R，水電阻R的一端連接有6組針電極3，6組針電極3固定在絕緣板上，試樣4設(shè)置在6組板電極5上，6組板電極5和1 250變壓器2的另一端接地，6組針電極3接高壓端。其中，為了取得較好的試樣憎水性，具體實現(xiàn)時優(yōu)選針電極3的針尖處直徑為 0. 25mm，針長120mm，每個針之間的間距是10mm。其中，為了取得較好的試樣憎水性，具體實現(xiàn)時優(yōu)選針電極3和板電極5上下位置一致。
參見圖13，一種檢測輸電線路復(fù)合絕緣子憎水性的控制方法，該方法包括以下步驟101 將第一塊試樣設(shè)置在板電極5上，加壓預(yù)設(shè)時間后放入第二塊試樣，再加壓預(yù)設(shè)時間后放入第三塊試樣，按照同樣的步驟放入其他三塊試樣后，再加壓預(yù)設(shè)時間后停止加壓，獲取經(jīng)電暈老化處理后的試樣憎水性變化；其中，本發(fā)明實施例以預(yù)設(shè)時間為2小時為例進(jìn)行說明，即將第一塊試樣設(shè)置在板電極上，加壓2小時后立即放入第二塊試樣，再加壓2小時之后同樣立即放入第三塊試樣。同理放入其他三塊試樣后，再加壓2小時后停止加壓。此時獲得的6塊試樣分別是經(jīng)過電暈老化12小時、10小時、8小時、6小時、4小時和2小時處理后的試樣憎水性變化。參見圖2，電暈老化后六塊試樣的憎水性變化，接觸角不斷降低的原因主要是發(fā)生電暈放電時電暈電場中的碰撞電離和電子崩沖擊試樣表面造成硅橡膠表面分子化學(xué)鍵的斷裂。硅橡膠之所以具有憎水性是由于硅氧鍵主鏈的強(qiáng)極性作用被緊密圍繞在主鏈周圍的非極性甲基基團(tuán)向表面取向所屏蔽，而電暈放電造成化學(xué)鍵斷裂破壞了甲基基團(tuán)的作用，最終導(dǎo)致硅橡膠材料表面憎水性的喪失。102:獲取工頻交流電壓，通過動態(tài)水滴實驗獲取表征試樣憎水性的放電幅值 (Vi)、放電時間間隔(ti)、相鄰放電幅值(VcJ、相鄰放電時間間隔(t。。n)和放電脈沖次數(shù)；其中，動態(tài)水滴實驗電路如圖3所示，工頻交流電壓通過1 40變比的變壓器產(chǎn)生，輸出電壓為5KV。本發(fā)明實施例中的樣品采用上述電暈老化試驗中經(jīng)過不同老化時間的硅橡膠片，試樣4被放在傾角為60°的絕緣板上，絕緣板上電極模型為板-板型電極，上下電極均為不銹鋼片，上下電極間距為50mm。水滴是導(dǎo)電率為3士0. 2mS/cm的NaCl溶液， NaCl溶液從上端高壓端電極沿試樣表面流下，經(jīng)試樣表面，流到下端低壓端電極，流入事先準(zhǔn)備好的下電極側(cè)的容器中收集起來。在不施加電壓的情況下，滴水頻率約為12士 1滴每分鐘，連續(xù)滴水五分鐘。連接好電路，然后開始加壓。通過變壓器把頻率為50HZ的工頻交流電壓升至有效值為5KV的電壓，將其通過一個ΜΚΩ的水泥保護(hù)電阻接至上高壓端電極， 低壓端電極接測量電路(采樣電路，采樣頻率為44KHz)。同時通過示波器記錄1 Ω水泥電阻兩端的電流波形。該實驗全程是在屏蔽的環(huán)境中進(jìn)行。其中，參見圖4，放電幅值是沿面放電波形中直接能獲取的基本參數(shù)之一，用來表征放電強(qiáng)度的特征量；放電時間間隔可用來表征放電重復(fù)率；相鄰放電幅值對應(yīng)于放電幅值，表征隨后放電強(qiáng)度；相鄰放電時間間隔表征相鄰放電速率；放電脈沖次數(shù)也是表面放電波形中可以直接獲取的參數(shù)，用來表示放電的重復(fù)次數(shù)和劇烈程度。103 對放電幅值、放電時間間隔、相鄰放電幅值、相鄰放電時間間隔和放電脈沖次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計和降噪處理獲取放電幅值與放電脈沖次數(shù)之間的關(guān)系譜圖、放電幅值與相鄰放電幅值之間的關(guān)系譜圖以及放電幅值和相鄰放電時間間隔之間的關(guān)系譜圖；其中，參見表1，利用表面放電的特征參數(shù)之間的關(guān)系，可以得出放電特征量圖譜， 用以分析絕緣子試樣表面老化程度，從而評估絕緣子的憎水性。表1放電特征參數(shù)的關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種檢測輸電線路復(fù)合絕緣子憎水性的裝置，其特征在于，所述裝置包括調(diào)壓器、 1 250的變壓器、水電阻、6組針電極、絕緣板和6組板電極，所述調(diào)壓器的兩端接220伏交流電，所述調(diào)壓器與所述1 250的變壓器并聯(lián)連接，所述1 250的變壓器一端接水電阻，所述水電阻的一端連接有所述6組針電極，所述6組針電極固定在所述絕緣板上，試樣設(shè)置在所述6組板電極上，所述6組板電極和所述1 250 的變壓器的另一端接地，所述6組針電極接高壓端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測輸電線路復(fù)合絕緣子憎水性的裝置，其特征在于， 所述6組針電極的針尖處直徑為0. 25mm，針長120mm，針間距是10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測輸電線路復(fù)合絕緣子憎水性的裝置，其特征在于， 所述6組針電極和所述6組板電極上下位置一致。
4.一種用于權(quán)利要求1所述的檢測輸電線路復(fù)合絕緣子憎水性的裝置的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)將第一塊試樣設(shè)置在板電極上，加壓預(yù)設(shè)時間后放入第二塊試樣，再加壓所述預(yù)設(shè)時間后放入第三塊試樣，按照同樣的步驟放入其他三塊試樣后，再加壓所述預(yù)設(shè)時間后停止加壓，獲取經(jīng)電暈老化處理后的試樣憎水性變化；(2)獲取工頻交流電壓，通過動態(tài)水滴實驗對所述試樣憎水性變化進(jìn)行處理，獲取表征試樣憎水性的放電幅值、放電時間間隔、相鄰放電幅值、相鄰放電時間間隔和放電脈沖次數(shù)；(3)對所述放電幅值、所述放電時間間隔、所述相鄰放電幅值、所述相鄰放電時間間隔和所述放電脈沖次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計和降噪處理獲取放電幅值與放電脈沖次數(shù)之間的關(guān)系譜圖、 放電幅值與相鄰放電幅值之間的關(guān)系譜圖以及放電幅值和相鄰放電時間間隔之間的關(guān)系譜圖；(4)采用分形理論對所述放電幅值與放電脈沖次數(shù)之間的關(guān)系譜圖、所述放電幅值與相鄰放電幅值之間的關(guān)系譜圖以及所述放電幅值和相鄰放電時間間隔之間的關(guān)系譜圖進(jìn)行計算，獲取到各個放電譜圖的分形維數(shù)和相似度；(5)通過所述各個放電譜圖的分形維數(shù)和相似度確定輸電線路的老化程度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種檢測輸電線路復(fù)合絕緣子憎水性的裝置及其控制方法，本發(fā)明通過測量不同老化時間的復(fù)合絕緣子表面放電的特征參數(shù)，包括放電幅值、放電次數(shù)、相鄰放電幅值以及相鄰放電時間間隔，并通過對上述特征參數(shù)的分析，獲得對應(yīng)于不同老化時間的復(fù)合絕緣子表面放電特征之間的三個譜圖，通過對三個譜圖的分析得到了三個譜圖對應(yīng)的分形維數(shù)和相似度，實現(xiàn)了對復(fù)合絕緣子的憎水性進(jìn)行實時的檢測，根據(jù)老化程度對老化的輸電線路進(jìn)行及時的更換，提高了輸電線路的穩(wěn)定性，降低了輸電線路的故障率，并且由于直接獲取到表面放電電流參數(shù)，受外界干擾較小，準(zhǔn)確度很高，滿足了實際應(yīng)用中的需要。
文檔編號G01R31/12GK102495342SQ201110415810
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者劉勇, 李 杰, 杜伯學(xué), 程欣欣, 高宇 申請人:天津大學(xué)