输电线路绝缘子在线监测及故障定位研究

学术论文弓娜 2018-12-04 10:02:37
    1 引言
    绝缘子是输电线路中重要的绝缘和固定用器件,在输电线路中起着重要作用其运行状态决定了输电线路能否安全稳定的运行。我国幅员辽阔地形和气候多样,而绝缘子直接在自然环境中工作极易受到各种极端、恶劣气候或者天气的侵蚀和破坏。且在自然环境中以及输电线路的架设过程中绝缘子也容易受到各种污染。不管是破坏还是污染都会严重影响绝缘子的绝缘性能,尤其是在受到雨水、露水湿润或空气湿度很大时极易发生闪络事故。根据相关资料显示绝缘子引起的输电线路闪络事故数量在输电线路发生的各类事故中排名第二位。
    目前,我国对于绝缘子的保养和检测主要是采用预防性试验的方法来检测绝缘子的绝缘性能。但是,我国国土面积广阔电网规模巨大,且许多电网架设在偏远或者山区等交通不便的地区,在预防性试验中浪费了大量的人力和物力。近几年随着技术的进步和科技的发展,对绝缘子进行在线监测和在线对故障进行定位成为了可能。
    2 在线监测及故障定位方案
    绝缘子的工作状态一般通过等值附盐密度、污秽表面电导率、泄漏电流和闪络场强四个指标来表征,其中泄漏电流强度是与湿度、绝缘子污染程度等指标相关的动态数据与闪络事故发生有着密切的关系。如果能实现实时在线监测,对泄漏电流强度进行监测就完全可以达到掌握绝缘子工作状态的目的,而且泄漏电流强度测量比较容易实现。因此,本文提出采用测量泄漏电流的方法来实时在线监测绝缘子的工作状态,并对发生故障的绝缘子进行定位。
    在线监测系统可以分为两大部分分别是泄漏电流监测终端和远程监控管理中心。泄漏电流监测终端的主要任务是实时监测绝缘子的泄漏电流并对其进行处理后通过GPRS传输给远程监控管理中心,远程监控管理中心的任务是接收数据并对数据进行处理和分析将分析结果显示给操作人员,当绝缘子泄露电流超过预警值时则发出警告。泄漏电流监测终端由罗氏线圈电流传感器和GPRS模块组成,罗氏线圈电流传感器布置在绝缘子附近用来监测绝缘子的泄漏电流强度然后将数据通过GPRS网络向外传输。为消除雷击等气象原因对不同传感器造成的电位差等破坏和影响传感器所以传感器通过同轴电缆传输信号。
    3 系统主要组成部分
    泄漏电流监测终端主要的组成部件有罗氏线圈传感器、GPRS发射模块和供电装置三部分组成,远程监控管理中心则由安装相应软件的主控计算机和GPRS接受装置组成。
    3.1罗氏线圈电流传感器
    罗氏线圈电流传感器因其测量的动态范围宽、动态测量中精度高、测量稳定性好等一系列优点经常用来测量强脉冲电流,而且其体积小、重量轻、价格低等特点也适合本系统大规模的应用。罗氏线圈一般是将漆包线均匀的缠绕在不带任何磁性的骨架上将其布置到待测电流周围,待测电流会产生磁场而该磁场会使罗氏线圈中产生感应电动势,通过监测罗氏线圈中的感应电动势的大小来监测待测电流的大小。为了减小周围磁场对罗氏线圈监测数据的影响,通常将漆包线从线圈的一端传入经过线圈内部后从另一端穿出,这样有效的降低了两端引线的分叉进而降低了周围磁场的影响。
    为保证测量电流数据的准确性在设计罗氏线圈的时要采用一些列的特殊设计。首先,设计线圈的平均半径大于界面半径提高其灵敏度;其次,为保证在高频下可视为均匀传输的导线,线圈缠绕密度和线圈面积为常数;再次,为将自感降低应采用无感电阻;最后,为了防止电磁干扰需要将罗氏线圈设计在一个封闭的屏蔽盒中。罗氏线圈的骨架材料采用易于制造、价格便宜且高低温性能均较好的纤维材料以提高测量数据的准确性。
    3.2GPRS传输模块
    本文之所以选择GPRS作为信息传输模块是因为GPRS有着稳定性好、传输速度较快、功能强大、覆盖面广等优点。而且GPRS传输模块建设投资较小,使用成本较低。虽然LTE等方式传输速度更加优秀但是其在覆盖面、稳定性等方面则无法胜任,GPRS的传输速度已经完全能够满足该系统的使用要求。
    数据采集终端通过RS232接口与GPRS信息传输模块相连,通过协议封装后实时将数据发送至GPRS网络,GPRS网络同时将数据传输给远程监控管理中心从而实现泄漏电流监测终端和远程监控管理中心数据的实时互通。
    3.3监测终端供电模块
    综合考虑成本、维护和使用寿命等问题,本文决定采用太阳能电池板配合锂基蓄电池的监测终端供电方案,由锂电池向监测终端供电,太阳能电池板用来给锂电池充电。监测终端的能耗本身比较小,但是需要连续不断的长时间工作,影响监测终端供电稳定性的因素主要有蓄电池储电量、太阳能电池板的发电量,我国各地区的光照强度等指标不一,维护难度大小不同,所以在各地的供电模块设计中应该充分考虑当地的实际情况。
    太阳能电池板的安装应该考虑当地的纬度、气候特点等因素,合理设计太阳能电池板的容量以及安装的位置。监测终端夜晚工作依靠蓄电池供电,蓄电池的充电和放电次数较为频繁应选择寿命较长的蓄電池。根据当地的气候特点尤其是阴雨天的长短,设计合理的电池容量保证在尽力节省成本的同时监测终端能够在连续阴雨天保持正常工作。
    3.4远程监控管理中心
    远程监控管理中心设置一台GPRS接收终端用来接收信息,并将其传输给安装软件系统的主控计算机。软件系统对传输的信息进行分析,并将其以图形和数字相结合的方式将漏电电流大小、时间、地点等要素显示在显示器上,且当漏电电流超过一定的大小以后则向操作人员报警。
    4 结束语
    本文所介绍的输电线路绝缘子在线监控及故障定位系统能够实时监测绝缘子的工作状况,并及时的将故障绝缘子的位置等信息向操作人员报警。能够减轻运行和检修人员的工作量,为制定输电线路的检修计划提供帮助,节省大量的人力物力。
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