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1、基于新型电场传感器的绝缘子缺陷检测技术研究摘要:采用微型电场传感器测量缺陷复合绝缘子和正常绝缘子之间的表面电场分布进行测量,比较不同缺陷绝缘子和正常绝缘子附近电场的差异来诊断复合绝缘子缺陷。试验结果表明,当测量距离较近时,微型电场传感器圆筒探头可以检测出缺陷复合绝缘子的电场分布发生明显变化,其径向电场分布与正常复合绝缘子的电场分布曲线相比较,有明显减小的特征。通过试验表明该微型电场传感器检测复合绝缘子缺陷是可行性的,验证了该微型电场传感器的灵敏性和准确性,并提出了一些存在的问题及改进的方案。 关键词:微型电场传感器电场分布复合绝缘子缺陷检测 :T
2、G806:A:1007-9416(2011)01-0070-02 绝缘子是输电线路中的一个重要部分,缺陷绝缘子会对电力系统的安全运行构成极大威胁,并导致严重的经济损失。缺陷绝缘子会对其表面径向和轴向电场分量产生影响,其周围的电场分布曲线的形状可用于检测缺陷绝缘子,国内外都已对其进行了相关的研究。[1～4]本文基于这些研究成果,应用微型电场传感器,对110kV复合绝缘子进行了缺陷检测模拟试验。微型电场传感器具有体积小、重量轻、功耗低、可批量生产、成本低、易于集成化等许多优点,在复合绝缘子检测方面具有较大优势以及良好的应用前景。[5～6]本文通过试
3、验讨论了微型电场传感器检测复合绝缘子缺陷的可行性,并提出了一些存在的问题,为非接触式检测缺陷绝缘子提供了一些借鉴。 1、微型电场传感器工作原理 基于MEMS技术的微型电场传感器是基于导体在电场中感应电荷的原理,如图1所示。传感器的屏蔽电极与正负感应电极均为导电的多晶硅材料,当屏蔽电极向右振动,正感应电极会部分暴露于外电场之中,正感应电极上的感应电荷会增加,同时屏蔽电极会遮挡负感应电极的部分面积,负感应电极上的感应电荷会减少,当屏蔽电极周期性振动时,正负感应电极上就会产生大小相同,方向相反的感应电流,利用差分检测电路,就可以检测出感应电流的大小
4、,从而实现外电场的探测。 基于微加工技术的微型电场传感器具有一些明显的优点:体积小、重量轻、功耗低、可批量生产、成本低、易于集成化。试验中所使用的微型电场圆形传感器,如图2所示。 2、绝缘子缺陷检测试验 采用微型电场传感器对110kV复合绝缘子进行缺陷检测试验。其中试验电源为250kV工频电压发生器,分压器为100kV阻容式分压器,分压比为1000:1,测量精确度优于0.5%,测量探头的位置控制采用电动液压升降车,可以保证测量位置在±0.5cm。缺陷复合绝缘子的模拟采用预埋铁丝进行模拟,分别在绝缘子高压端、中部和接地段预埋5cm的细铁丝。微
5、型电场传感器固定在绝缘杆一端,采集用的数据通过无NI的无线收发模块完成,绝缘杆的另外一段固定在电动液压升降车上,以便于保证人员的安全和精确控制检测的位置。试验布置准备工作完成后,给110kV复合绝缘子施加64kV左右的工频电压,用微型电场圆筒传感器探头,如图3所示,分别测量了距离110kV复合绝缘子0.2m、0.35m和0.75m三种不同距离情况下的径向电场分布。传感器探头由绝缘子低压端扫描到高压端,并每隔5cm测量一个数据点,依次测量22个点的工频径向电场强度。当传感器的测量距离越远时,中部缺陷复合绝缘子的径向电场分布和无缺陷复合绝缘子相比无明显变
6、化,未产生下陷特征,如图4所示。当测量距离较近时,传感器探头可以检测出中部缺陷复合绝缘子的电场分布发生明显变化,其径向电场分布产生明显下陷特征,如图5所示。 通过本次试验发现存在以下问题:(1)复合绝缘子缺陷对径向电场的影响不是很明显,作为检测特征量的分辨率较低,需要进一步完善试验方案。(2)传感器的探头结构不合理,不能有效提高空间电场的分辨率,由于模拟缺陷为4cm的细铁丝,而传感器的尺寸为直径3cm,长度为11cm的圆筒,这在某种程度上限制了传感器的空间分辨率。(3)检测的点不够多,在一定程度上也降低了空间分辨率。 3、结语 本文设计了一
7、种基于电场法的绝缘缺陷检测试验方法,该方法能准确定位,安全并提高试验效率,能为绝缘子缺陷检测装置的试验提供参考。 复合绝缘子缺陷检测实验测试结果表明,当测量距离较近时,传感器探头可以检测出缺陷复合绝缘子的电场分布发生明显变化,其径向电场分布的曲线与正常复合绝缘子的电场分布曲线相比较,有明显减小的特征。 该传感器在复合绝缘子缺陷检测中得到应用还需要在以下几个方面开展更加深入的研究。 (1)针对具体应用的特点,对传感器进行优化设计:包括探头布置、信号传输、电源供电、数据处理分析和抗干扰设计等。 (2)从探头结构尺寸、材料、系统抗干扰能力等方面进一
8、步对传感器探头进行改进,提高探测的可靠性和准确性。
