一种利用光电场传感器检测绝缘子缺陷的检测系统的制作方法

本实用新型涉及一种检测绝缘子缺陷的系统，具体涉及一种利用光电场传感器检测绝缘子缺陷的系统。

背景技术：

随着近代电力工业不断向着大机组、大容量和高电压的迅速发展，运行条件更加苛刻，缺陷率逐渐增加，为了保障发电和输变电系统的安全、经济运行，国内外电力行业普遍对电力设备的可靠性提出了越来越高的要求，作为输变电系统的重要组成部分，对绝缘子运行状态的在线检测、缺陷诊断显得尤为重要。为解决劣化绝缘子的检测问题，国内外研究了多种检测方法，目前检测高压输电线路合成绝缘子缺陷的常用手段分别为：

一、用高倍望远镜目测，由于一般缺陷的尺寸较小，而且需要从一定角度观察才能看到，仅从地面观察不够可靠，因此要求登塔检测，另外，内绝缘故障仅靠观测难以发现。

二、另一种现场检测高压输电线路低零值悬式绝缘子的方法，常用工具是火花叉，检测时将火花叉的两金属触头分别与绝缘子的铁脚和铁帽搭接，若绝缘子绝缘性能良好，则绝缘子承压被击穿，产生火花放电。操作人员根据火花放电声音判断绝缘子是否良好，该方法受到背景光噪声限制，不能监测远距离绝缘子，短路良好绝缘子时会产生危险，不能检测合成绝缘子。

三、声波法检测由绝缘子局部放电所发出的声波，其灵敏度低于红外成像法。在实际检测过程中，高压端金具经常发生电晕，所产生的背景噪音会淹没绝缘子缺陷所发出的声波。

四、红外测温法，由电场引起的绝缘材料的损坏，绝大多数与温度有关。局部放电、泄漏电流流过绝缘物质时的介电损耗或电阻损耗都可以引起绝缘子局部温度升高。该方法受环境影响较大，太阳和背景辐射的干扰，光谱发射率 e的选定，对焦情况、气象条件等均会对检测结果造成影响。

因此，在检测高压输电线路合成绝缘子缺陷的实际应用中还受到一些限制。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是要提供一种的利用光电场传感器检测绝缘子缺陷的系统，其操作简单、使用广泛、检测精确。

为实现上述目的，本实用新型所设计的一种利用光电场传感器检测绝缘子缺陷的检测系统，包括光电场传感器、升降平台和电场测量仪，所述光电场传感器安装在所述升降平台上并与所述电场测量仪连接，且所述光电场传感器布置在绝缘子串的周围。

进一步地，所述升降平台包括绝缘环、绝缘杆和绝缘绳，所述绝缘环固定在所述绝缘杆的顶端，所述绝缘绳的一端穿过所述绝缘环并与所述光电场传感器连接。

更进一步地，所述光电场传感器的探头到绝缘子串中的各片绝缘子伞裙边缘的距离相同。

作为优选项，所述光电场传感器同时测量绝缘子串周围在X、Y和Z三个方向的电场值以及合成X、Y和Z三个方向的电场值。

一种利用光电场传感器检测绝缘子缺陷的方法，包括以下步骤：

1)在绝缘子串周围布置光电场传感器；

2)沿绝缘子串移动光电场传感器，并记录光电场传感器在绝缘子串周围多个预设点测得的电场值；

3)根据多个预设点的电场值判断绝缘子串中绝缘子的缺陷情况。

进一步地，所述步骤2具体为，

2.1)确认光电场传感器在绝缘子串周围布置无误；

2.2)将光电场传感器的探头对准绝缘子串高压端的第一片绝缘子伞裙，并沿绝缘子串的高压端到低压端移动光电场传感器，并依次记录光电场传感器在多个预设点测量的第一电场值；

2.3)沿绝缘子串的低压端到高压端移动光电场传感器，并依次记录光电场传感器在多个预设点测量的第二电场值；

2.4)将多个预设点的第一电场值分别与对应预设点的第二电场值进行平均计算，得到多个预设点的电场值。

更进一步地，所述步骤2.1具体为：

2.1)将光电场传感器移动到绝缘子串的高压端处，观察绝缘子串的高压端是否有放电或者异常电晕现象，若没有放电或者异常电晕现象，则光电场传感器在绝缘子串周围布置无误。

作为优选项，所述步骤3具体为：

3)根据多个预设点的电场值绘制绝缘子串周围电场强度分布曲线，判断绝缘子串中绝缘子的缺陷情况，所述绝缘子串周围电场强度分布曲线为绝缘子串空间轴向的电场变化率曲线。

作为优选项，所述步骤3具体为：

3)根据多个预设点的电场值绘制绝缘子串周围电场强度分布曲线，判断绝缘子串中绝缘子的缺陷情况，所述绝缘子串周围电场强度分布曲线为绝缘子串空间轴向的电场变化率曲线，将多个预设点的电场值利用有限元仿真计算方法对绝缘子串的电场分布规律进行仿真分析，判断绝缘子串中绝缘子的缺陷情况。

作为优选项，所述预设点的个数为13个。

本实用新型的优点在于：其能在劣化绝缘子对空间轴向电场分量影响很大的基础上提出一种利用光电场传感器测量绝缘子串表面的轴向电场分布情况检测劣化绝缘子的方法，通过直接分析绝缘子串空间轴向电场的变化能够判断出劣化绝缘子及其位置。本实用新型的方法所用仪器较为简单，对天气等外界环境要求甚低，测量点较多；同时本实用新型的方法具有不需接触绝缘子串、不需登塔、检测时间短的优点，并用计算代替了部分测量工作，因此工作量较小，有利于运行维护人员的使用；另外在本实用新型的方法中，环境温度的变化不影响绝缘子劣化的判断，在干燥的情况下，绝缘子表面的污秽不影响绝缘子劣化的判断。

附图说明

图1为本实用新型的使用状态示意图；

图2为本实用新型的方法步骤示意图；

图3为良好绝缘子串与劣化绝缘子串的电场分布关系的曲线原理图；

图4为清洁绝缘子串的试验与仿真结果图；

图5为劣化绝缘子串的试验与仿真结果图。

图中：光电场传感器1、升降平台2、电场测量仪3、绝缘子串4、绝缘环 5、绝缘杆6、绝缘绳7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述：

如图1～2所示的利用光电场传感器检测绝缘子缺陷的检测系统，包括光电场传感器1、升降平台2和电场测量仪3，所述光电场传感器1安装在所述升降平台2上并与所述电场测量仪3连接，且所述光电场传感器1布置在绝缘子串4的周围。所述升降平台2包括绝缘环5、绝缘杆6和绝缘绳7，所述绝缘环5固定在所述绝缘杆6的顶端，所述绝缘绳7的一端穿过所述绝缘环5并与所述光电场传感器1连接。所述光电场传感器1的探头到绝缘子串4中的各片绝缘子伞裙边缘的距离相同。所述光电场传感器1同时测量绝缘子串4周围在 X、Y和Z三个方向的电场值以及合成X、Y和Z三个方向的电场值。

一种利用光电场传感器检测绝缘子缺陷的方法，包括以下步骤：

1)在绝缘子串4周围布置光电场传感器1；

2)沿绝缘子串4移动光电场传感器1，并记录光电场传感器1在绝缘子串4周围多个预设点测得的电场值，所述预设点的个数为13个；

2.1)确认光电场传感器1在绝缘子串4周围布置无误：将光电场传感器1 移动到绝缘子串4的高压端处，观察绝缘子串4的高压端是否有放电或者异常电晕现象，若没有放电或者异常电晕现象，则光电场传感器1在绝缘子串4 周围布置无误；

2.2)将光电场传感器1的探头对准绝缘子串4高压端的第一片绝缘子伞裙，并沿绝缘子串4的高压端到低压端移动光电场传感器1，并依次记录光电场传感器1在多个预设点测量的第一电场值；

2.3)沿绝缘子串4的低压端到高压端移动光电场传感器1，并依次记录光电场传感器1在多个预设点测量的第二电场值；

2.4)将多个预设点的第一电场值分别与对应预设点的第二电场值进行平均计算，得到多个预设点的电场值。

3)根据多个预设点的电场值判断绝缘子串4中绝缘子的缺陷情况：根据多个预设点的电场值绘制绝缘子串4周围电场强度分布曲线，判断绝缘子串4 中绝缘子的缺陷情况，所述绝缘子串4周围电场强度分布曲线为绝缘子串4 空间轴向的电场变化率曲线，将多个预设点的电场值利用有限元仿真计算方法对绝缘子串4的电场分布规律进行仿真分析，判断绝缘子串4中绝缘子的缺陷情况。

实施例1：

检测时，将光电传感器1通过绝缘环5、绝缘杆6和绝缘绳7固定在离绝缘子串4表面一定距离处，保证光电传感器1可以和绝缘绳7同步运动，将光电传感器1通过光纤与电场测量仪3连接。光电场传感器1是一种基于Pockels 效应的传感器，侧采用绝缘性能好的电光晶体作为传感元件；通过绝缘强度极高的光纤作为信号传输通道，使其绝缘结构大大简化，同时没有铁心和线圈，不存在磁饱和、铁磁谐振等问题，可以提高测量精度。

本实用新型一种利用光电场传感器检测绝缘子缺陷的方法设计的原理如下：

图3为良好绝缘子串与劣化绝缘子串的电场分布关系的曲线原理图，横轴为绝缘子串的位置，由左至右为从绝缘子串的低压端到高压端，纵轴为电场强度，规定上面一条曲线为曲线A，下面一条曲线为曲线B；曲线B是根据电磁场理论计算出的电场强度沿良好的绝缘子串轴向的变化曲线，正常情况下该曲线是光滑的，呈“U”形；当绝缘子串存在导通性缺陷时(见图3中的圆圈)，缺陷处的电位变为一常数，由于电场强度是电位沿长度的变化率，因此缺陷处的电场强度将突然降低，作出的电场分布曲线也不再光滑，而是在相应的位置上有畸变，见图3中的曲线A，曲线A呈现的形状为“中间下陷，两端上升”。

本具体实施例模拟220kV线路的实际运行情况，所加交流电压有效值为 127.0kV，模拟导线长度5.0m,试验所用低值绝缘子串的绝缘电阻为40MΩ，零值绝缘子串采用地线短路钢脚钢帽来模拟，测量时短接地线背对光电场传感器的探头。

图4为清洁绝缘子串的试验与仿真结果图，图中d为电场测量参考线或测量参考点到绝缘子串中轴的距离。高压端到低压端的绝缘子编号依次为 No.1～No.13。由图4可知，在大多数位置处实测值比计算值略微偏低，但两者的变化规律基本吻合。由此证明，利用有限元仿真计算方法对瓷绝缘子串的电场分布规律进行仿真分析是可行的。

本实用新型以空间轴向电场变化率σ_i,j分析劣化位置和距离d对其空间电场变化的影响，其表达式为：

σ_i,j＝ΔE_i,j,f-ΔE_i,S/ΔE_i

式中：i为各个绝缘子位置；j为劣化绝缘子所在位置(i,j＝1～13)；f代表含有劣化绝缘子的绝缘子串；S代表良好绝缘子串。

图5为当d＝0.3和0.5m时劣化绝缘子位置分别对空间轴向电场变化率的影响，可以看出试验结果与仿真结果基本一致。劣化绝缘子对空间轴向电场分量影响最大，测量距离越远，其空间轴向电场的变化率越小；劣化绝缘子位置靠近高压端时，其空间轴向电场变化率增加，位于绝缘子串中部时其空间电场变化率最小且基本保持不变；靠近低压端时其空间电场变化率又有所增加。当 d＝0.30m时，最小电场变化率为0.13；当d＝0.50m时，最小电场变化率为 0.04。可见随着距离d的增大，劣化绝缘子位置处的空间电场变化率逐渐减小。传感头距离绝缘子10cm或者以内，测量到的电场分布曲线接近理论的U型分布，而且非常光滑。

表1

如表1为当d＝0.3m时No.11，No.12，No.13绝缘子的空间轴向电场变化率。由表1可知，当劣化绝缘子在串中任何位置时，横担侧3片绝缘子周围空间轴向电场的变化率基本稳定，且3片中至少有2片的空间轴向电场变化率大于5.0％。基于敏感绝缘子法的思想，本实用新型定义横担侧3片绝缘子为敏感绝缘子组，通过测量这3片绝缘子的空间轴向电场变化率，就可判断出绝缘子串中是否含有零值绝缘子。因此，对于220kV线路悬垂绝缘子串只需分析低压端的3片绝缘子空间轴向电场变化率就可判断出绝缘子串中是否含有零值绝缘子。

本实用新型在劣化绝缘子对空间轴向电场分量影响很大的基础上提出一种利用光电场传感器测量绝缘子串表面的轴向电场分布情况检测劣化绝缘子的方法，通过直接分析绝缘子串空间轴向电场的变化能够判断出劣化绝缘子及其位置。本实用新型的方法所用仪器较为简单，对天气等外界环境要求甚低，测量点较多；同时本实用新型的方法具有不需接触绝缘子串、不需登塔、检测时间短的优点，并用计算代替了部分测量工作，因此工作量较小，有利于运行维护人员的使用；另外在本实用新型的方法中，环境温度的变化不影响绝缘子劣化的判断，在干燥的情况下，绝缘子表面的污秽不影响绝缘子劣化的判断。

最后，应当指出，以上实施例仅是本实用新型较有代表性的例子。显然，本实用新型不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本实用新型的保护范围。