２ｏ１３．２１　设计与研发　故障高压绝缘子在线检测系统的设计　杨颖红　．汪力纯　（１、南京工程学院自动化学院，南京２１１１６７　２、南京工程学院通信工程学院，南京２１１１６７）　摘要：在高压输电线路上，故障绝缘子特别是零值绝缘子将大大降低高压线路的绝缘水平，直接威胁到电力系统的安全运行。　为了可以实现在地面上检测不良绝缘子，本文利用电流传感器套入杆塔接地引线，通过感应采集极其微弱的漏电脉冲电流信　号，并用漏电脉冲ＦＦＴ频谱分析法和电晕脉冲相位比较法两种方法可对所采集信号进行分析。通过对实验室及现场采集的数　据的分析，该检测仪可以明显看出故障绝缘子的存在。　关键词：故障绝缘子；泄漏电流；频谱分析；电晕脉冲　Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｏｎｌｉｎｅ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｆａｕｌｔｙ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｙａｎｇ　Ｙｉｎｇｈｏｎｇ　，Ｗａｎｇ　Ｌｉｃｈｕｎ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｌ，ｎａｎｊｉｎｇ，２１１１６７：２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２，ｎａｎｊｉｎｇ，２１１１６７）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ　ｈｉｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅ　１ｉｎｅ，ｔｈｅ　ｆａｕｌｔｙ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒ，ｅｓｐｅｃｉａｌ　ｔｈｅ　ｚｅｒｏ　ｖａｌｕｅ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒ，ｍａｙ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｉｎｓｕｌａｒｉｏｎ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｈｉｇｈ—ｖｏｉｔａｇｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　１ｉｎｅ，ｔｈｕｓ　ｃａｎ　ｔｈｒｅａｔ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓａｆｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｄｅｔｅｃｔ　ｆａｕｌｔｙ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄ，ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｅｎｓｏｒ　ｉＳ　ｓｌｉｐｐｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｔｏｗｅｒ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｗｉｒｅ，ｔｈｅｎ　ｗｅ　ｃａｎ　ｃｏｌｌｅｃｔ　ｔｈｅ　ｔｉｎｙ　ｌｅａｋａｇｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｐｕｌｓｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｂｙ　ｉｎｄｕｃｉｎｇ．Ａｆｔｅｒ　ｔｈａｔ，ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｔｗｏ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌ，ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ＦＦＴ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｏｆ　ｌｅａｋａｇｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｐｕｌｓｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｏｎａ　ｐｕｌｓｅ　ｐｈａｓｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ａｎｄ　ｆｉｅｌｄ　ｄａｔａ，ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ　ｃａｎ　ｃｌｅａｒｌｙ　ｓｅｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ　ｏｆ　ｆａｕｌｔｙ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆａｕｌｔｙ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒ：ｌｅａｋａｇｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ：ｓｐｅｃｔｒａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ：ｃｏｒｏｎａ　ｐｕｌｓｅ　０　引言　电力能否安全传输保障着我国的国民生产和生活，而其中高　压输电又是非常重要的一个环节。在高压输电线路中，绝缘子的　用途是将电位不同的导体在机械上相互连接，而在电气上则相互　绝缘，因此绝缘子是起电气绝缘和固定作用的外部绝缘部件。由　于绝缘子处于户外，随着使用时间的延长，以及受到各种外部环　境的影响，其绝缘性能会逐渐降低甚至完全丧失，使得良好绝缘　子变为故障绝缘子，甚至零值绝缘子，从而将大大降低高压线路　的绝缘水平，直接威胁到电力系统的安全运行。　项目来源：南京工程学院科研基金项目，项目号：ＱＫＪＡ２０１０００４　如何提高故障绝缘子的在线监测技术，降低电力系统绝缘　故障的发生已经显得越来越重要了。为了实现在线检测不良绝缘　子，常采用的方法有火花叉法、光电法、静电探头法、自走式不良　绝缘子电阻检测法等［１￣３］。但是根据这些方法研制的装置在使　用中都要求操作人员爬上带高压的电线杆塔，逐个检测塔上所有　的绝缘子。另外，若使用火花叉法检测，在产生火花的瞬间相当于　所检测的绝缘子短路，有引起绝缘子串闪络的危险。因此，电力系　统急需一种可以在地面进行检测的方法，如何找到一个有效、省　力、经济的方法一直是世界范围内供电部门感兴趣的持续探索的　研究课题。　为了能够实现在地面上检测不良绝缘子，在本文中设计了一　

种对于故障绝缘子的在线检测系统。该检测系统将电流传感器套　设计与研发　２ｏ１３．２１　入支承铁塔接地引线，取出其漏电脉冲电流信号进行分析。基于　漏电脉冲电流检测法开展的研究有两种不同的检测方案，一种是　漏电脉冲ＦＦＴ频谱分析法，观测比较一个工频周期内有或无故障　绝缘子存在时漏电脉冲频谱之间的差异，找出故障绝缘子产生的　特征频谱，达到地面检测故障绝缘子的目的；另一种是电晕脉冲　相位比较法，若有电晕脉冲产生时在地线上亦能采集到电晕脉冲　信号，分析其脉冲相位分布，判别是否存在故障绝缘子［４　７］。　１测试系统设计　故障绝缘子在线检测系统的框图如下图１所示：　本检测仪包括探头、电脑测试主机和电池几个部分。其中探　头安装在输电铁塔接地线上，探头中的电流传感器负责采集漏电　脉冲或电晕脉冲。由于这些脉冲信号十分微弱，不足以达到后续　电路的输入要求，所以在探头中还设有前置放大器，对采集到的　脉冲信号进行初步放大。　由于故障绝缘子漏电脉冲信号的能量大部分分布在２０ＭＨｚ　以内，而在２ＭＨｚ以下还同时存在泄露电流、谐波和电力载波等背　景干扰脉冲信号，且干扰信号幅度远大于漏电脉冲信号。所以对　于来自探头的信号，还要进行放大、滤波、采样和数据分析。　在电脑测试主机中设有数据采集板卡和电脑主板，其中数据　采集板卡按照信号处理顺序，包括高频宽带放大器、两级高通滤　波器和高速数据采集单元。　由于漏电脉冲信号的能量大部分集中在２０ＭＨｚ以内，小部分　高于２０ＭＨｚ，为了尽量收集所有有用的信号，高频宽带放大器的　截止频率选择４０ＭＨｚ，这样基本上所有的有用信号都能够被高频　宽带放大器所放大。　按照前面所述在２ＭＩｌｚ以下的频谱内还存在有泄漏电流、谐　波和电力载波等背景干扰的脉冲信号，且干扰信号的幅度远大于　漏电脉冲信号。所以选择了截止频率为２ＭＨｚ的两级高通滤波器，　将这些干扰信号滤掉。　过滤后的信号就可以进行采样了，在数据采集板卡中设有高　速数据采集单元，其采用２０ｂｌＨｚ的采样频率，并拥有５１２Ｋ的存储　空间。采样信号通过接口传输给电脑主板。电脑主板运行有数据　分析软件，该数据分析软件可以对采样信号进行频谱分析和相位　分析，以判断绝缘子是否正常工作。　电池本身与电脑测试主机分开，并为电脑测试主机供电，电　池供电方式可以方便野外作业。　２漏电脉冲信号的频谱脉冲分析法　从现场采集来的数据需要对其波形和频谱进行分析，本检测　…＿＿＿………－－ｎ－ｌ－＿＿＿………＿＇－＿＿－………………一　

电脑测试主机　ｉ　！　——一　．．．　——　——　——　——　——　——．一　——　．．　．—　一　—．　．　一　。．—．　——，　ｉ　

图Ｉ故障绝缘子在线检测系统框图　１线件　电压等级：４万伏采样频率：２０ＭＨｚ温度６。Ｃ湿度５０％测试时间２０１Ｏ－１２－１７　１０＿５８：４９　频谱法数据分析图１６　

４０Ｏ０ｒＴ１Ｖ　３５０Ｏｍｖ　３Ｏ００ｒｎ　２５００ｎ１ｖ　２０００ｎ１ｖ　１５００ｎ１、，　１０００ｒｎｖ　５００ｒｎｖ　０ｎ　ｖ　－５００ｎ１ｖ　一１０ＯＯｍｖ　一１５００ｍｙ　－２Ｏ００ｒＴ１ｖ　－２５００ｍｙ　一３０ＯＯｍｖ　－８５Ｏ０ｒｒＩ＝、，　一４Ｏ００ｍｖ　原始数据图（４０９６０Ｏ采样点）　

０　０．５ｋ　１ｋ　１．Ｓｋ　２ｋ　２．５ｋ　３ｋ　３　５ｋ　４ｋ　图５　１好１坏绝缘子加压测试数据分析　１线１杆电压等级：４万伏采样频率：２０ＭＨｚ温度６。ｃ湿ｔ￣５０￣／ｏ　试时间２０１０，１２－１７　１０：５８：５０　频谱法数据分析图１６　４ｏ　２０　０　２０　１０　０　１０　５　０　８　２　１　ｏ　－１　１　’　Ｊ　【　：’　雕甩Ｉ翻　６０。　１　２０￣　１｝８０￣　２４０＂　３００。　３６０。　Ｉ　Ｉ　汹　６Ｏ。　１２０。　１　８Ｏ。　２４ｏ。　８０Ｏ。　３６０。　Ｉ　ｉ　汹　ｉ＾　６０。　１２０。　１８０。　２４０。　３００。　３８０。　ｌＩ　ｉｌｌ｛　ｊ　棚…　引　８　Ｉ６０ｏ　１２０。　１８０ｏ　２４０。　８００。　３６０。　８０　６０　４０　２ｏ　０　３０　２０　１０　０　５　１　．　５　｛　Ｊ　、　／｛Ｊ　６０。　１２ｏ。　１８ｏ。　２４０。　８００。　３６０。　４　漱　５　＾６｜　４ｆ　＼８肌８　６０。　１　２Ｏ。　１８０　２４０。　３００　３６０ｏ　３　２　１　０　—１　５　ｌ　ｌ　ｉ　Ｉ　Ｉ　８　ｌＩ　¨　胁Ｍ｝｛ｎ　图６电晕脉冲相位分布图　６Ｏ￣　１２０。　１　８０。　２４０。　３００。　

３６０￣　设计与研发　２ｏ１３。２１　对现场采集的电晕脉冲信号检测和进行数据分析的结果表　明：通过脉冲相位分布图可以看出如果有电晕现象发生，能够在　接近工频信号的正、负峰值处观测到电晕脉冲，其相位差为１８０　度。检测到这些特征相位的塔杆就可能存在零值绝缘子。由于铁　塔上绝缘子串中零值绝缘子的形成是一个长期逐步累积的过程，　若能用上述方法对铁塔上的绝缘子串进行定期记录、观察和比　较，就能实现地面上在线检测故障绝缘子的目的。　４结论　本文通过对故障高压绝缘子的故障发生机理的分析，设计了　故障绝缘子在线检测系统。该检测系统可以使用ＭＡＴＬＡＢ工具箱　中ＦＦＴ分析软件进行频谱脉冲分析，也可以进行电晕脉冲信号分　析。通过对实验室及现场采集的数据的分析，该检测仪可以明显　看出故障绝缘子的存在，说明该设计方案可行。　参考文献　［１］程养春，李成榕，郭琳，等．地面检测线路不良绝缘子　装置的研制［Ｊ］．高电压技术，１９９９，２５（３）：３０　３２．　［２］程养春，李成榕，丁立健，等．地面检测零值绝缘子中抗　干扰措施的研究［Ｊ］．中国电机工程学报，２００２，２２（６）　：７９　８４．　王海跃，李香龙，汲胜昌，等．合成绝缘子在线检测方法的　现状与发展［Ｊ］．高电压技术，２００５（４）：３１—３４．　惠阿丽．高压染污绝缘子泄漏电流的频谱特征［Ｊ］。高电压　技术，２０１１，３７（２）：３２５—３３２．　陈伟根、夏青、罗兵等。用于绝缘子污秽度预测的泄漏电　流分形特征［Ｊ］。高电压技术，２０１１，３７（５）：１１３６—１１４１。　陈攀，孙才新，米彦，等．一种用于绝缘子泄漏电流在线　监测的宽频带微电流传感器的特性研究［Ｊ］．中国电机工　程学报，２００５，２５（２４）：１４４—１４８。　黄新波，刘家兵，程荣贵，等．绝缘子泄漏电流在线监测系　统的设计与应用［Ｊ］．电测与仪表，２００７，４４（４９７）：１２—　１３．　作者简介　杨颖红：女，１９７８年２月出生，讲师，硕士，主要研究方向：　嵌入式系统及应用。　’　汪力纯：男，１９７５年１１月出生，讲师，硕士，主要研究方向：　嵌入式系统及应用。　（上接第２Ｏ页）　储能电容充电，充电电压调整到１５Ｖ，然后关闭可调电源，并使点　火控制信号有效，此时电点火管没有引爆。再将充电电压调整到　２０Ｖ，然后关闭可调电源，重新按照上述步骤点火，电点火管仍然　没有引爆。再将充电电压调整到２５Ｖ，然后关闭可调电源，重新点　火，电点火管被同时引爆。　５结论　利用对火箭发动机储能点火的分析，可以在电路中通过电容　储能放电来实现单元点火电路的点火，从而减少了对弹上电源功　率的要求。为了进一步增加点火电路的储能，采取了储能电容和　电感振荡放电对发火元件进行点火，并利用单元储能点火电路进　行了储能点火的试验验证，试验结果表明，该点火电路可以实现　多个发火元件的同时储能点火。　参考文献　［１］　Ｗａｒｄ．Ｒ．Ｄ．Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｄｉ　Ｓｃｈａｒｇｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｉｇｎｉｔｉｏｎ　Ｏｆ　Ｓｉｎｇｌｅ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｈｐｏ１１Ｏ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｉｎｉｔｉａｔｏｒｓ　ＪＲ］．ＵＳＡ：ＮＡ８Ａ，１９７４　［２］邱关源．电路［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９９　［３］李静海．舰载导弹火工品点火电路安全技术研究［ｊ］．国防　技术基础，２００８，２：４４—４７　［４］　￣ＪＢ　２８６５－１９９７火箭和导弹固体发动机点火系统安全性设　计准则［Ｓ］．北京：国防科技工业委员会，１９９７　作者简介　李建飞（１９７９－），男，内蒙古呼和浩特人，硕士，主要从事固体　火箭发动机点火设计。