利用相角差测量绝缘子表面污秽受潮程度的方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种利用相角差测量绝缘子表面污秽受潮程度的方法及装置，涉及输电线路绝缘子在线监测领域，可以定量判断绝缘子表面污秽层的受潮程度，并且测量过程简单，结果准确可靠。本发明的方法将绝缘子清洗干净，晾干备用；在绝缘子表面布置测量电极；在所述绝缘子的表面均匀涂覆给定盐灰密度的污秽层，并阴干；对涂覆有污秽层并干燥后的绝缘子进行受潮试验，试验电路包括：所述绝缘子、电容、采样电阻和电源，通过测量电极绝缘子与电容形成并联结构，并联结构再与采样电阻、电源相互串接，试验时测量电源电压与采样电阻对应电压之间的初始相角之差，即得到电源电压与采样电阻对应电压之间的相角差，通过相角差表征绝缘子污秽层的受潮状态。
【专利说明】
利用相角差测量绝缘子表面污秽受潮程度的方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及输电线路绝缘子在线监测领域，尤其涉及一种利用相角差测量绝缘子 表面污秽受潮程度的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 运行于输电线路或者变电站中的绝缘子长时间处于复杂的大气环境条件下，受到 空气中尘埃颗粒、雨、雾、露、融冰、融雪、风等气候的影响，绝缘子表面绝缘性能下降，从来 带来污闪事故。由污闪事故导致的经济损失巨大，给人民日常生活造成了严重影响，因此需 要采取有效手段检测绝缘子表面污秽状态。通过检测绝缘子表面污秽状态，不仅可以有效 减少输电线路绝缘子污秽清扫的盲目性，又能够降低污闪事故的发生概率。
[0003] 绝缘子外绝缘表面的污秽度和受潮程度与污闪事故的发生息息相关，目前已有的 关于污秽绝缘子受潮研究常用的是泄漏电流法，对整串绝缘子施加 lkv以上的高电压，通过 测量金具两端的泄漏电流来表征受潮程度。实际运用中由于电流热效应烘干污秽层和局部 受潮不均匀的影响，导致这种测量手段的测量精度、稳定性和准确性都不够高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种利用相角差测量绝缘子表面污秽受潮程度的方法及 装置，可以定量判断污秽层的受潮程度，并且测量过程简单，结果准确可靠。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] -种利用相角差测量绝缘子表面污秽受潮程度的方法，包括:将待测量绝缘子清 洗干净，晾干备用;在所述绝缘子表面布置测量电极;在布置有测量电极的所述绝缘子的表 面均匀涂覆给定盐灰密度的污秽层，并阴干;对涂覆有污秽层并干燥后的绝缘子进行受潮 试验，试验电路包括:所述绝缘子、电容、采样电阻和电源，通过测量电极所述绝缘子与所述 电容形成并联结构，所述并联结构与所述采样电阻、所述电源相互串接，试验时测量电源 电压与采样电阻对应电压之间的初始相角之差，即得到所述电源电压与所述采样电阻对应 电压之间的相角差，所述相角差表征了所述绝缘子污秽层的受潮状态。
[0007] 所述试验时测量电源电压与采样电阻对应电压之间的初始相角之差，包括:将所 述电源电压与所述采样电阻对应电压之间的初始相角之差转换为矩形脉冲信号;通过示波 器读取所述矩形脉冲信号的负脉冲宽度，并通过下式计算出所述初始相角之差： # = 其中，At为所述示波器读取的矩形脉冲信号的负脉冲宽度，θ为所述初始相角 '〇 之差，To为所述矩形脉冲信号的周期。
[0008] 优选地，所述电源是正弦波电源，频率为400Hz。
[0009 ]可选地，所述绝缘子置于人工气候箱内进行受潮试验。
[0010] -种利用相角差测量绝缘子表面污秽受潮程度的装置，包括:人工气候箱，内设绝 缘子;所述绝缘子表面布置由测量电极，且所述绝缘子的表面均匀涂覆给定盐灰密度并经 过阴干的污秽层;所述绝缘子通过测量电极与所述电容形成并联结构，所述并联结构与采 样电阻、电源相互串接;相角差测量装置，用于在所述人工气候箱的给定湿度下，测量电源 电压与采样电阻对应电压之间的初始相角之差，即所述电源电压与所述采样电阻对应电压 之间的相角差，所述相角差表征了所述绝缘子污秽层的受潮状态。
[0011]所述相角差测量装置，包括:转换装置，用于将所述电源电压与所述采样电阻对应 电压之间的初始相角之差转换为矩形脉冲信号;示波器，用于读取所述矩形脉冲信号的负
脉冲宽度;计算单元，用于通过下式计算出所述初始相角之差 P其中，At为所 ，： 述示波器读取的矩形脉冲信号的负脉冲宽度，Θ为所述初始相角之差，T0为所述矩形脉冲信 号的周期。
[0012] 所述测量电极包括两个间隔设置的矩形电极。
[0013] 所述测量电极采用铜导电胶形成。
[0014] 在所述测量电极的长度方向上间隔布置多个铜丝，每根铜丝与所述测量电极充 分接触，所述多个铜丝汇集形成所述测量电极的引出导线。
[0015] 所述矩形电极距所述绝缘子的轴心2~8cm。
[0016] 本发明提供的提供一种利用相角差测量绝缘子表面污秽受潮程度的方法及装置， 通过测量试验电路的电源电压与采样电阻对应电压之间的初始相角之差(简称相角差），并 通过该相角差表征所述绝缘子污秽层的受潮状态，测量过程简单，结果准确可靠。根据污秽 受潮程度的不同，绝缘子表面污秽其等效电阻也跟随不断变化，导电能力随着受潮程度的 加深不断增强，而污秽表面导电能力与上述相角差存在关系，因此可以通过设置测量电极， 将绝缘子表面污秽层接入测试电路，将相角差作为一个检测参量，从而通过相角差的变化， 判断污秽的受潮程度。而且，相角差相对污秽层受潮程度敏感，因而容易测量，结果准确可 与巨〇
【附图说明】
[0017] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0018] 图1为为本发明实施例提供的用相角差测量绝缘子表面污秽受潮程度的方法流程 图；
[0019] 图2为本发明实施例中绝缘子上布置测量电极的示意图；
[0020] 图3为本发明实施例提供的利用相角差测量人工污秽试验中绝缘子污秽层受潮程 度的测量回路示意图；
[0021] 图4为本发明实施例提供的利用相角差测量绝缘子污秽层受潮程度的原理示意 图。
[0022]附图标记：
[0023] 10-绝缘子，11-测量电极，20-相角差测量装置，30-人工气候箱。
【具体实施方式】
[0024]为了进一步说明本发明实施例提供的利用相角差测量绝缘子表面污秽受潮程度 的方法及装置，下面结合说明书附图进行详细描述。
[0025] 本发明实施例提供一种利用相角差测量绝缘子表面污秽受潮程度的方法，如图1 所示，该方法包括：
[0026] S101、将待测量绝缘子清洗干净，晾干备用；
[0027] 为保证测精度，本步骤在测量前预先将每片待测量的绝缘子试品用清洗液清洗干 净，晾干备用，清洗液不做限定，例如可以是自来水。
[0028] S102、在绝缘子表面布置测量电极；
[0029] 本步骤在经过晾干的干燥绝缘子表面布置两个测量电极，测量电极的形状不做限 定。具体实施时可参照测量绝缘子的表面污秽层电导率实验中的方式布置测量电极。
[0030] 一种可选地布置方式参照图2所示:取干燥后的绝缘子11，在绝缘子11表面中部距 轴心5cm处布置两个铜导电胶测量电极11;所述测量电极长度L为10mm，宽度d为2mm。并在每 个测量电极的长度方向上每隔2mm并排布置一根细铜丝，每根铜丝与铜导电胶测量电极充 分接触，然后将每个电极上的铜丝汇集成导线，作为测量电极的引线。
[0031] S103、在布置有测量电极的绝缘子的表面均匀涂覆给定盐灰密度的污秽层，并阴 干；
[0032] 本步骤在布置有测量电极的绝缘子上下表面均匀涂覆给定盐灰密度的污秽层，并 阴干24h。给定盐灰密度即污秽层的盐灰密度为一已知的预设值。
[0033] S104、对涂覆有污秽层并干燥后的绝缘子进行受潮试验，试验电路包括:所述绝缘 子、电容、采样电阻和电源，通过测量电极所述绝缘子与所述电容形成并联结构，所述并联 结构与所述采样电阻、所述电源相互串接，试验时测量电源电压与采样电阻对应电压之间 的初始相角之差，即得到所述电源电压与所述采样电阻对应电压之间的相角差，通过所述 相角差表征所述绝缘子污秽层的受潮状态。
[0034]本步骤对涂覆有污秽层并干燥后的绝缘子进行受潮试验，如图3所示，将两个测量 电极的引线L1、L2接至相角差测量装置20,相角差测量装置20通过从测量单元中得到电源 电压信号和采样电阻电压信号，将两个信号分别通过数据处理单元得到两信号的相角差， 本申请中直接利用两信号的相角差表征绝缘子污秽层的受潮状态变化。
[0035] 相角差测量装置20采用的具体试验电路如图4所示所示，包括:绝缘子(污秽层等 效电阻Rx)、电容Cs、采样电阻Rs和电源，污秽层等效电阻Rx与电容Cs形成并联结构，并联结 构与采样电阻Rs、电源相互串接，由电源Us驱动电路。试验时相角差测量装置20测量电源电 压与采样电阻对应电压之间的初始相角之差的步骤，包括:采集电源电压与采样电阻对应 电压（即采样电阻电压Ux);将电源电压与采样电阻电压Ux之间的初始相角之差转换为矩形 脉冲信号;利用相角差测量装置20中的示波器读取矩形脉冲信号的负脉冲宽度At，并通过 下式即可计算出相角差值Θ大小： /\(
[0036] 0 = ^τχ36Κ其中，At为所述示波器读取的矩形脉冲信号的负脉冲宽度，Θ为所述 初始相角之差，To为所述矩形脉冲信号的周期。
[0037] 本实施例中通过测量除电源电压与采样电阻对应电压之间的初始相角之差，即得 到电源电压与采样电阻对应电压之间的相角差，通过所述相角差表征绝缘子污秽层的受潮 状态。下面给出可以通过相角差表征绝缘子污秽层的受潮状态的原理性说明：
[0038] 参照图4所示，绝缘子表面污秽层等效电阻Rx随受潮程度的不同而发生变化，由于 污秽层受潮后其电容值很小，属于PF级别，为了能够检测到变化范围较大的相角差值，需在 测量电路中的污秽层电阻Rx旁并联一个数值较大的电容Cs作为电极电容，电容Cs属于nF级 另IJ。污秽层等效电阻Rx即两个测量电极之间的电阻。
[0039] 在绝缘子表面布置测量电极以后，在测量电极之间并联一个较大数值的电容Cs。 电源是一个低压、交流的电压源，测量电路中存在电极电容，因此，测量电路中的电流与电 源电压之间将产生相角差。采样电阻Rs为纯电阻，根据电路基本原理，易得流过采样电阻的 电流初始相位与采样电阻电压Ux的初始相位相同，检测电源电压Us与采样电阻电压Ux之间 的相角差，即为检测电源电压与电流之间的相角差。污秽层从干燥、湿润直至受潮饱和过 程中污秽层电阻的变化引起相角差的显著改变，从而达到定量判断污秽层受潮程度的目 的。
[0040] 设，
[0041]
[0042] 式中，Λ、I分别为外加电源电压和采样电阻电压;A、B为幅值，ω为角频率，（ω t+ai，i = 〇，l)是反映交流电波形某一时刻相角的状态物理量。两个相同频率的信号 之间的相角差可通过两个信号的初始相角相减得到：
[0043] θ=|α〇-αι|，式中：Θ为电源电压与采样电阻电压之间的相角差，capai分别为电源 电压初始相角和采样电阻电压初始相角。
[0044] 经计算，图4中污秽层电阻Rx为：
[0045]
[0046] 其中，Rx为测量电极两端之间污秽层的表面电阻值，ω为系统电源频率，Θ为电源 电压与采样电阻电压之间的相角差，Rs为采样电阻，本实施例中可取lkQ，Cs为并联电容。 [0047]则污秽层表面的局部电导率为：
[0048]
[0049] 其中，K为电极常数，是一个和测量电极相关的系数，与测量电极的形状和结构有 关系，对于图2所示矩形电极，K = S/H，S为矩形电极的间距，Η为矩形电极的电极长度，而测 量电极还可以是嵌套的环形电极，此时·1、γ2分别为内环形电极和外环 形电极的半径。
[0050] 绝缘子局部表面的电导率(简称局部电导率)是一个很重要的参量，通过测量绝缘 子局部表面的电导率可有效评定绝缘子外绝缘表面的污秽度和受潮程度，同时还可排除污 层间断以及受潮不均匀等因素对测量的影响。而污秽层表面的局部电导率又与上述的电源 电压与采样电阻电压之间的相角差Θ有关，因此测出相角差Θ，即可表征出绝缘子表面污秽 层的受潮程度。
[0051 ] 优选地，所述电源是正弦波电源，频率为400Hz，实验证明采用400Hz频率，测量结 果受到干扰较小。
[0052]通过电源频率对测量的影响试验表明，频率在低频段时，电导比较稳定，基本不受 频率影响。经过更为仔细的研究，发现频率在300~500Hz时，频率对于电导影响较小，因此 将电源频率选择为400Hz。对于各种干扰信号的处理方面也具有优势，在测量电路中选择频 率优选为400Hz，可通过带通滤波器过滤工频信号和各种高频信号，使电源电压稳定在 400Hz附近。
[0053] 电源电压幅值优选2~5V。在此范围电压下，不会影响频率稳定性，也不用担心会 烘干绝缘子表面污秽层，影响测量结果。
[0054] 另外，为了使相角差尽可能反映绝缘子表面污秽层电阻的大小，相角差值在测量 过程中尽量具有显著性。如果相角差很小，则会在相角差测量过程中产生读数困难，精度不 高等问题。
[0055] 本实施例提供的利用相角差测量绝缘子表面污秽受潮程度的方法，既可以用于在 线监测绝缘子受潮程度，也可以用于实验室中的人工污秽试验，当用于后者时，受潮实验时 可将绝缘子置于人工气候箱内进行受潮试验，通过控制蒸汽锅炉通入人工气候箱的蒸汽 量，改变并控制人工气候箱的受潮程度。
[0056] 本发明实施例还提供一种利用相角差测量绝缘子表面污秽受潮程度的装置，包 括：
[0057] 人工气候箱30,内设绝缘子10;绝缘子10表面布置由测量电极11，且绝缘子10的表 面均匀涂覆给定盐灰密度并经过阴干的污秽层;绝缘子11通过测量电极与电容形成并联结 构，并联结构与采样电阻、电源相互串接；
[0058] 相角差测量装置20,用于在人工气候箱的给定湿度下，测量电源电压与采样电阻 对应电压之间的初始相角之差，即所述电源电压与所述采样电阻对应电压之间的相角差， 所述相角差表征了所述绝缘子污秽层的受潮状态。
[0059] 其中，所述相角差测量装置，包括:转换装置，用于将所述电源电压与所述采样电 阻对应电压之间的初始相角之差转换为矩形脉冲信号;示波器，用于读取所述矩形脉冲信 号的负脉冲宽度;计算单元，用于通过下式计算出所述初始相角之差
其中， At为所述示波器读取的矩形脉冲信号的负脉冲宽度，Θ为所述初始相角之差，T0为所述矩 形脉冲信号的周期。
[0060] 如图2所示，所述测量电极包括两个间隔设置的矩形电极。所述测量电极采用铜导 电胶形成。在所述测量电极的长度方向上间隔布置多个铜丝，每根铜丝与所述测量电极充 分接触，所述多个铜丝汇集形成所述测量电极的引出导线。所述矩形电极距所述绝缘子的 轴心2~8cm。
[0061] 本实施例提供的利用相角差测量绝缘子表面污秽受潮程度的装置，结构简单，准 确度较高。同时利用测量相角差的方法测量污秽受潮程度可有效完善现有试验方法的不 足。
[0062] 在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多 个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0063] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部 分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实 施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例 的部分说明即可。
[0064] 以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种利用相角差测量绝缘子表面污秽受潮程度的方法，其特征在于，包括： 将待测量绝缘子清洗干净，惊干备用； 在所述绝缘子表面布置测量电极； 在布置有测量电极的所述绝缘子的表面均匀涂覆给定盐灰密度的污秽层，并阴干； 对涂覆有污秽层并干燥后的绝缘子进行受潮试验，试验电路包括:所述绝缘子、电容、 采样电阻和电源，通过测量电极所述绝缘子与所述电容形成并联结构，所述并联结构与所 述采样电阻、所述电源相互串接，试验时测量电源电压与采样电阻对应电压之间的初始相 角之差，即得到所述电源电压与所述采样电阻对应电压之间的相角差，所述相角差表征了 所述绝缘子污秽层的受潮状态。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述试验时测量电源电压与采样电阻对应 电压之间的初始相角之差，包括： 将所述电源电压与所述采样电阻对应电压之间的初始相角之差转换为矩形脉冲信号； 通过示波器读取所述矩形脉冲信号的负脉冲宽度，并通过下式计算出所述初始相角之 差：其中，A t为所述示波器读取的矩形脉冲信号的负脉冲宽度，Θ为所述初始 相角之差，To为所述矩形脉冲信号的周期。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电源是正弦波电源，频率为400Hz。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘子置于人工气候箱内进行受潮试 验。5. -种利用相角差测量绝缘子表面污秽受潮程度的装置，其特征在于，包括： 人工气候箱，内设绝缘子； 所述绝缘子表面布置由测量电极，且所述绝缘子的表面均匀涂覆给定盐灰密度并经过 阴干的污秽层;所述绝缘子通过测量电极与电容形成并联结构，所述并联结构与采样电阻、 电源相互串接； 相角差测量装置，用于在所述人工气候箱的给定湿度下，测量电源电压与采样电阻对 应电压之间的初始相角之差，即所述电源电压与所述采样电阻对应电压之间的相角差，所 述相角差表征了所述绝缘子污秽层的受潮状态。6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相角差测量装置，包括： 转换装置，用于将所述电源电压与所述采样电阻对应电压之间的初始相角之差转换为 矩形脉冲信号； 示波器，用于读取所述矩形脉冲信号的负脉冲宽度； 计算单元，用于通过下式计算出所述初始相角之差：>其中，A *为所述示波器读取的矩形脉冲信号的负脉冲宽度，0为所述初始 ， 相角之差，To为所述矩形脉冲信号的周期。7. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述测量电极包括两个间隔设置的矩形电 极。8. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述测量电极采用铜导电胶形成。9. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述测量电极的长度方向上间隔布置多 个铜丝，每根铜丝与所述测量电极充分接触，所述多个铜丝汇集形成所述测量电极的引出 导线。10. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述矩形电极距所述绝缘子的轴屯、2~ 8cm〇
【文档编号】G01N27/00GK105973941SQ201610286423
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】廖帆, 廖一帆, 郝艳捧, 张福增, 阳林, 王振华, 张飞, 曾向君
【申请人】南方电网科学研究院有限责任公司, 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心, 华南理工大学