关键词： 敏感绝缘子；相对差异值；在线检测；分布电压
1 引言
输电线路上的瓷质悬式绝缘子在运行过程中因长期经受机电负荷、日晒雨淋、冷热变化等作用，可能出现绝缘电阻降低、开裂甚至击穿等故障，给供电可靠性带来潜在的威胁，因此，劣化绝缘子的检测意义重大。
国内外研究人员一直在寻找有效的检测办法[1,2]，至今已有以超声波检测法、激光多普勒振动法及红外热象仪法为代表的非电量测量法和以电压分布检测法、绝缘电阻法及脉冲电流法为典型的电量测量法。其中，电压分布检测法[3,4]是目前电力系统采用的主要检测方法，其特点主要是直观、能基本准确地判断绝缘子性能的变化。但是，该方法的主要缺点是工作量巨大，效率低下。随着电力系统的不断发展，该方法急待更新。本文就是在此方法基础上开拓出的一种新的检测方法——敏感绝缘子法。
2 敏感绝缘子法
2.1 原理
一串绝缘子全部是好的绝缘子时，各个绝缘子的分布电压称为标准分布电压。当绝缘子串中存在劣质绝缘子时，由于劣质绝缘子自身承担的电压严重下降，引起该绝缘子串中的各个绝缘子的分布电压与标准分布电压之间产生差异，而且，劣质绝缘子在绝缘子串中的位置不同、劣化程度不同，该差异程度也不相同。这是因为总电压不变的情况下，本来由劣质绝缘子承担的电压转移到了其它绝缘子上，使得其它绝缘子承担的电压升高。
对于110 kV线路和220 kV线路，当绝缘子劣化到一定程度时，不管该劣质绝缘子位置如何，总存在一个或两个绝缘子，即其差异值虽然不总是最大，但都比较大，综合起来最敏感，称该绝缘子为敏感绝缘子。测量该敏感绝缘子的承受电压，并与其标准分布电压进行比较，就可以判断该串绝缘子中是否存在劣质绝缘子。当其它位置存在劣质绝缘子时，敏感绝缘子的分布电压升高；当敏感绝缘子本身为劣质绝缘子时，其分布电压降低。根据这一特性，可以完全区分开劣质绝缘子的位置。
在模拟试验中，试验条件相同，因此标准分布电压值是取多次测量值的平均值。在实际测量时，由于现场条件各不相同，比试验室内复杂，因此不能形成统一的标准分布电压值。但是实际线路中劣质绝缘子出现的概率很低，只有千分之三，一千个杆塔中只有三个杆塔上可能存在劣质绝缘子；同一杆塔三相的绝缘子，两串同时存在劣质绝缘子的概率更低；三相同时有劣质绝缘子的概率接近零。因此可以假定，三相中只有一相存在劣质绝缘子，该假定对于检出率影响不大。同一杆塔三相线路的三串绝缘子，其电气环境基本一致，正常情况下，不同串中相应位置的绝缘子承担的电压应相差不大，当其中一相存在劣质绝缘子时，该串的电压分布状况将与其它两相差别较大，这样，可以选择三相中测量值相近的两相的平均值作为该位置的标准分布电压值。
应用此方法，只有在绝缘子串上有劣质绝缘子时，才逐片检测，大大节省了检测工作量。为实现这样的目的，采用电压分布测量仪测量敏感绝缘子分布电压；三相测量完毕后，用分析软件给出是否有劣质绝缘子的结论。如果判断出某相有劣质绝缘子，则用自带的电压分布测量仪检测出此劣质绝缘子。
2.2 实验室试验装置和方法
为了证实敏感绝缘子这一论点，试验室内进行了大量的模拟试验，分别模拟了110kV和220kV线路。实验示意图如图1所示。采用好的绝缘子并联不同阻值的电阻得到劣化程度不同的绝缘子。测量仪器选用上海交通大学电力学院研制的劣质绝缘子检测仪。
（1）试验1：模拟110kV线路
测量方法分三步：
首先，在试验室内，相同条件下，模拟110 kV线路施加64 kV电压，选择9个好的绝缘子（绝缘子编号9号为高压端，1号为接地端），测量其电压分布情况，取大量实验结果的平均值作为该实验条件下电压分布的标准值，记为（j=1,...9），s为标准值，j 为绝缘子位置编号，由于标准值与劣质绝缘子无关，只与绝缘子位置有关，因此仅用下标j表示，即表示编号为j的绝缘子的标准值；
然后，测量损坏程度不同的劣质绝缘子处于不同位置时的分布电压值，记为 （i,j=1,...9 ），m为测量值，i 为劣质绝缘子的位置，j为测量位置，即绝缘子的位置编号。测量的顺序一般是固定劣质绝缘子的位置，分别测量各个绝缘子的分布电压值；
（2）试验2：模拟220kV线路
测量方法和步骤同试验1，测量电压为128kV，绝缘子选14片。绝缘子编号14号为高压端，1号为接地端。
2.3 试验结果
测量数据如图2~图5所示，横坐标为绝缘子编号，纵坐标为存在劣质绝缘子时各个绝缘子的相对差异值，当劣质绝缘子位于不同位置时，分别画出相对差异值的变化曲线，相同劣质程度的列为一组，并在同一个坐标中表示出来。图中(a)、(b) 分别表示模拟110 kV线路和模拟220 kV线路的结果。图中，加符号的数字代表绝缘子串中劣质绝缘子的位置。
2.4 现场结果
实测数据为某电业局一线03塔东和一线02塔东的110kV线路的三相绝缘子的分布电压情况，分别如表1、表2所示。
从图表1中可以看出，B相中7号为劣质绝缘子，其它绝缘子的分布电压都有所升高。但是从表2中看不出哪一相的测量值有明显的升高现象。
2.5 结果分析
（1）劣质绝缘子本身的分布电压与标准分布电压的相对差异值最大，其次是紧挨着劣质绝缘子，但靠向接地端的绝缘子。
（2）并联电阻越大，意味着绝缘子的损坏程度越小，劣质绝缘子对电压分布影响越小，单片绝缘子的分布电压的变化不能明显反映出该绝缘子串中是否存在劣质绝缘子，这样判断的可靠性较校试验室条件下得到的大量数据表明劣质绝缘子的绝缘电阻大于30MW时，对电压分布的影响已经不能与正常分布情况明显地区分开来。
（3）由于正常的绝缘子串的分布电压曲线呈不完全对称“U”字形，中间靠接地端的绝缘子的分布电压最低。当劣质绝缘子的位置靠近高压端，并且该劣质绝缘子的绝缘电阻小于30MW时，其转移到其它绝缘子上的分布电压较多，大部分绝缘子将感受到变化。靠近接地端的绝缘子的分布电压较靠近高压端的绝缘子的分布电压小得多，当劣质绝缘子位置靠近接地端或“U”形曲线的低谷时，其转移的电压很小，测量出劣质绝缘子本身以外的任何一只绝缘子的分布电压的灵敏度都会有所降低，特别是靠近高压端的绝缘子，所受影响极小，测量结果与正常值很难区分开来。从这一点来看，敏感绝缘子的位置应该位于靠近接地端，这样才能感受到所有的变化。
（4）试验数据表明：无论劣质绝缘子的位置处在何处，编号为4号的绝缘子对分布电压变化的灵敏度，在总体水平上比其它绝缘子高；而且，大量试验中，4号绝缘子由于其承受的电压不是很高，多次试验测量值都比较稳定，因此该绝缘子可以作为敏感绝缘子。例如，当测量编号为4的绝缘子的分布电压与正常值相比差别较大时，可以判断该串绝缘子中存在劣质绝缘子，该劣质绝缘子或者劣质程度较严重，或者靠近敏感绝缘子，或者该4号绝缘子就是劣质绝缘子，这时的运行情况比较危险，应当逐片检测，找出劣质绝缘子的确切位置，并更换之；反之，当其分布电压与正常值相比差别不大时，可以判断该串绝缘子中，或者没有劣质绝缘子，或者劣质程度轻微，对运行暂时没有大的危害，可以继续运行，不需要逐片检测。
（5）设定4号绝缘子为敏感绝缘子，不是从某几个数据或者某一张图上考虑，而是从总体上考虑的。有些位置的绝缘子对劣质绝缘子处于某几个位置时表现比较敏感，但是当劣质绝缘子处于其它位置时，表现不敏感，如果设定这样的绝缘子为敏感绝缘子，检出率不高，漏检率比较大；但是4号绝缘子，当劣质绝缘子损坏到一定程度，不管其位置如何，4号绝缘子都表现比较敏感，实验证明，设定4号绝缘子为敏感绝缘子，检出率明显高，漏检率明显低。
3 敏感绝缘子法的判断标准的形成
表3、表4分别列举了存在劣质程度不同的绝缘子时，9片绝缘子串和14片绝缘子串中4号绝缘子的相对差异值。国家标准规定能够承受3 kV的绝缘子就不属于劣质绝缘子。这一情况在本试验中相当于并联30MW的电阻。因此，检测的目标只要在一定误差允许范围内，可以检测出阻抗小于30MW的劣质绝缘子即可。
大量的实验室数据存在分散性，综合考虑，将相对差异值的门槛值设定为6%，即如果4号绝缘子的测量值高于其标准值的6%，就可以判断出其所在串存在劣质绝缘子，漏检率不超过10%。现场测量的条件比实验室内复杂得多，因此完全形成一个可以适用于不同条件现场的标准，门槛值的设定还需要按实际情况进行修正。凭借任何一种检测方法，检出率都不可能达到百分之百。但是应用本方法确实可以大幅度地降低工作量。
测量绝缘子串中第4号绝缘子承担的电压，与其它两相相应位置的绝缘子的测量值进行比较，如果差别超出一定范围，即可认为该串中存在劣质绝缘子。对这种变化的规律进行研究，可以得到敏感绝缘子检测方法的判据。为了解决这个问题，特别设计了专门的比较程序。本程序是在三相绝缘子在同一位置存在两个劣质绝缘子的概率为零的假设条件下编制的：
（1）测量A、B、C三相4号位置的绝缘子的分布电压；
（2）找出测量值相近的两相，取其平均值Uav作为标准值，若遇到三相测量值呈等差数列，由于两边相电磁场分布相近，取两边相的平均值作为标准值；
（3）将第3个值Uthird与标准值Uav进行比较，程序框图如图6所示。
应用本程序对2.4现场测量结果检验，可以得出表1中B相存在劣质绝缘子，表2各个绝缘子都正常。如图7是表1的判断示意图。
敏感绝缘子检测在实验室和现场都得到了证实。该方法的应用会大大降低线路的检测工作。
4 结论
本文对110 kV线路和220 kV线路进行了大量的模拟试验，并对某电业局110 kV线路进行实地测量，总结出结论：不论是110 kV线路还是220 kV线路，确定第4号绝缘子为敏感绝缘子，当某相绝缘子串中第4号绝缘子的电压比其标准电压高出6%时，就确定该相中存在劣质绝缘子。而且，劣质绝缘子的劣质程度越高，检出率就越高。经实验验证，该方法是可信的，并且能大大节约检修的工作量。由于330 kV线路和500 kV线路的绝缘子串很长，实验室条件有限，没有进行细致的研究。因此，目前，本文得出的结论仅适用于110 kV和220 kV线路。
参考文献
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[2] 闫芷苓(Yan Zhiling). 从“现代绝缘子技术”国际会议看绝缘子在线检测(Review of the on-line detection from the international conference of modern insulator technology) [J].电磁避雷器(Electromagnetic arrester)，1998，(4)：10-14.
[3] Vaillancourt G H, et al. New live line tester for porcelain suspension insulators on high-voltage power lines [J]. IEEE Trans. on Power Delivery, 1994, 9 (1)：208-219.
[4] 江秀臣, 等（Jiang Xiuchen，et al）. 低劣值绝缘子判断方法的研究（Study on the judgement of the faulty insulator）[J]. 高电压技术(High Voltage Technology)，1995，21(3)：72-74.
