1、電力技術Electric Power Technology第19卷第5期2010年3月光技術在輸變電設備鹽密在線監測系統上的應用李彬（河南三門峽華陽發電有限責任公司，河南三門峽472143）【摘要】輸變電設備的外絕緣鹽密精確測量是指導設備清掃及防污閃管理工作的重點。文章首先介紹了光傳感器的技術原理及鹽密在線監測系統組成，然后介紹了光傳感器在線鹽密監測系統應用的情況，并對系統監測的鹽密值進行了分析和研究。結果表明該系統可準確地在線測量輸變電設備外絕緣的鹽密。【關鍵字】光傳感器；輸變電設備；鹽密；在線監測【中圖分類號】TM726【文獻標識碼】B【文章編號】1674-4586(201005-0030

2、-041前言隨著我國國民經濟的飛速發展，電網安全運行這一關乎國計民生的大事，已經引起了社會各方的高度關注。從各電網公司到各發電集團都將安全生產、杜絕電網事故作為重要的日常工作常抓不懈，而避免停電事故又是保障電網運行安全工作的重中之重。從20世紀80年代以來的電網事故調查表明，導致我國電網大面積停電的首要原因是污閃事故，占全部電網大面積停電原因的三分之二以上。在我國電網結構中，發電廠是電網的電源點，發電廠的安全運行是電網安全運行的根本，因此，預防、減少發電廠的污閃事故對于整個電網安全可靠運行具有十分重要的意義。傳統的防污閃管理工作目前主要依賴于等值鹽密法的測量結果及運行經驗，而等值鹽密法又存在著

3、諸多不足之處，主要反映在以下四個方面：(1測量結果分散性較大；(2鹽密測試周期較長；(3是一種破壞性試驗方法，無法測量飽和鹽密值；(4需要投入大量的人力和物力，并且測量前一般對整條輸電線路或整座變電站停電，從而帶來很大的社會影響。因此在這種情況下，成功的將光技術引入“鹽密在線監測”、以數據分析為核心、結合運行經驗和設備特性，反映在時間段、設備區域、設備類型方面精確反映污穢狀況的技術系統，開創了我國鹽密在線監測領域的先河。鹽密在線監測系統中光傳感器的測量原理2.1技術原理置于大氣中的低損耗石英玻璃棒就是一個以棒為芯，大氣為包層的多模介質光波導。在石英棒上無污染時，由光波導中的基模和高次模共同傳輸

4、光的能量，其中絕大部分光能在光波導的芯中傳輸，但有小部分光能將沿芯包界面的包層傳輸，即有小部分光能進入大氣傳輸，光波傳輸過程中光的損耗很小。光波導中芯和包層兩部分功率的表達式：式中，u 光波導芯的標準化傳播系數；W 光波導包層的標準化傳播系數；光散射常數；V 光的場強分布。式中，光波長；光波導的數值孔徑；a 芯半徑；1n 光波導芯折射率；2n 光波導包層折射率；k 真空中的波數；歸一化傳播常數。2031李彬：光技術在輸變電設備鹽密在線監測系統上的應用第5期顯然，可以通過調整、和a 來改變傳輸光的場強分布，如圖1和圖2所示。圖1兩種不同波長的能量分布圖2歸一化半徑a l 與光場幅的關系對于基模而

5、言，對應于0w a r =（式中r 表示光功半徑，W o 表示模場半徑）的光功為最大值的1/e2=0.1353，即將有13.53%的光功率在光波導包層中傳輸。對光傳感器芯來說，就是將有部分光功率在大氣中傳輸，這部分功率的大小可以通過參數a 、進行調整。當光傳感器表面無污染時，即形成了以大氣為包層，光傳感器為芯的光波導，光功率的傳輸基本無損耗。當石英玻璃棒上附著有污染時，它將對光能產生損耗：一是由于污染粒子的折射率大于石英的折射率，破壞了高次模的全反射傳輸條件。由于鹽污的折射率大于石英的折射率，當傳感器的石英玻璃棒上有鹽污時，全反射條件被破壞，產生強漏模，使光能損耗。二是由于污染粒子對光能的吸收

6、和散射使光能產生損耗。實驗證明，大氣中的各種鹽、酸、堿、氨、重金屬微粒、過渡金屬微粒、氫氧根、灰塵等污染物對光能產生吸收作用。染物粒子對光能的散射損耗也將使光能產生損耗。光能損耗機理如圖3所示。光能損耗的程度就可以反映出污染的大小。實驗表明，光波導中所改變的光能參數，是由于污穢中的鹽份電離成離子態和污穢中無法電離的灰份共同作用而成的。通過連續監測不同溫度、濕度條件下光能參數的變化，就可以計算得出污穢物的鹽密值。2.2工作方式光傳感器鹽密在線監測系統主要由數據監測終端和數據監測中心兩部分組成，是一種智能化大范圍遠程分布式鹽密實時監測系統。系統利用現場安裝的數據監測終端，采集現場的溫度、濕度以及光

7、能參數等，通過GSM 的數據通信模塊，將現場采集的數據發送到鹽密監測中心，鹽密監測中心的工作站根據鹽密數學模型的計算得到鹽密數據，并采用數據庫技術進行數據管理，可實現自動、連續在線監測絕緣子污穢狀況。3光傳感器鹽密在線監測系統優點3.1光傳感器測量鹽密的準確性由于該系統是通過監測光傳感器的光能參數變化來測量光傳感器鹽份的多少，再通過換算得出絕緣子表面的鹽密，那么項目在實施過程中已經對各個系統所測得的鹽密值與采用等值鹽密法測得的鹽密值進行了數據對比，來判定光傳感器測量輸變電設備表面鹽密的準確性。表1大唐洛陽首陽山電廠220kV 升壓站現場測試數據與系統測試數據的比較試品(XWP -160試品位置

8、測量時間系統測量鹽密值/(mg/cm2 人工清洗鹽密值/（mg/cm 2）誤差（以人工測運煤車道處0.03480.03412.02%表2大唐信陽華豫發電有限責任公司220kV 升壓站現場測試數據與系統測試數據的比較試品(XWP -160申獅出線0.01660.01603.61% 從表1和表2看出，鹽密在線監測數據與人工測量結果之間的誤差在允許范圍內，且實現了每天一個數據，由傳統的年度數據轉變為每天的數據，可以準確判斷全年污穢狀況隨季節變化的狀況。3光傳感器測量鹽密系統的穩定性.232電力技術第19卷本項目是采用光傳感器鹽密在線監測系統測量輸變電設備鹽密，系統在整個測量過程監測的是石英玻璃棒中光

9、能參數變化，而所有數據的處理和整個計算過程均在遠離升壓站的后臺服務器進行，因此測量數據能夠不受電場干擾。4運行情況“光傳感器輸變電設備鹽密在線監測系統”自從在現場投運以來，設備運行正常，能夠實時準確的接收到現場溫度、濕度、工作電壓、光傳感器監測參數等的數據，后臺數據分析軟件能對這些數據進行處理后得出鹽密值。圖4為安裝在500kV 升壓站現場在線測量的鹽密隨時間變化曲線的全部（由上到下：第一條是溫度曲線，第二條是濕度曲線，第三條鹽密曲線），時間從2009年6月16日到2009年11月30日。節），由于雨水的自潔作用，鹽密值增長速度緩慢，在短時間內伴有下降的趨勢。這與500kV 升壓站絕緣子積污特

10、性是吻合的。光傳感器監測參數與溫度、濕度、鹽密的關系是十分復雜的，該裝置的鹽密數學模型揭示了四者之間的內在聯系，需要通過大量的數據積累，通過對這些數據進行分析可以總結出溫度、濕度與鹽密之間確切的理論模型，用以指導以后異常氣象狀況下的防污閃工作。參照國網公司“高壓架空線路和變電站污區分級與外絕緣選擇標準”新頒企標中關于“不同型式絕緣子與參照絕緣子之間現場污穢度修正系數K1、K2的確定方法”的有關規定，我們在大唐三門峽電廠500kV 和220kV 升壓站開展了不同類型外絕緣設備現場污穢度測量的研究工作，在升壓站出線處與涼水塔處設立K1、K2系數測量點，光傳感器鹽密測量設備監測數據與標準中規定的參照

11、絕緣子（XWP-160型懸式絕緣子）人工測量數據誤差5%；普通支柱絕緣子K1帶電積污系數范圍為1.11.3；普通支柱絕緣子K2形狀積污系數范圍為0.71.1，此次實驗測量的K1、K2系數均符合運行經驗，現場運行結果驗證了鹽密數學模型的正確性。5結束語采用先進的光傳感技術，能夠在高壓環境下運行而不受電磁場干擾及環境氣候的影響，并且能夠在不停電的情況下測取準確鹽密值、灰密值，實時方便地掌握電網輸變電外絕緣設備的積污情況，為防污閃管理工作提供科學準確的數據，從而指導對輸變電外絕緣設備的清掃，實現輸變電外絕緣設備的狀態檢修。光傳感器應用到輸變電設備鹽密在線監測系統，有其卓越的性能以及在防污閃管理中的顯

12、著優勢。但是由于該系統剛剛應用不久，用以離線鹽密測量的懸吊瓷瓶也僅為一種型號，實際運行效果還有待于使用各種型號的懸瓶、支持瓷柱和大量的離線鹽密測量數據進行驗證，尤其是該系統出現鹽密異常結果的時候，需要立即進行離線鹽密測量，以檢測該系統運行實際結果的正確性。通過對輸變電設備污穢度在線、實時、連續的監測，為輸變電設備外絕緣配置調爬提供了更為科學的依據；通過在線和離線測量的飽和鹽密，能夠準確繪制污區分布圖，劃分輸變電設備污穢等級。這種運行效果與新頒布的高壓架空線路和變電站（發電廠）污區分級與外絕緣選擇標準相關內容的技術規范相吻合，并可以為新頒國標的實施提供準確、實時、圖4進線處設備的鹽密曲線圖5出線

13、處設備的鹽密曲線通過觀察曲線，該裝置監測的鹽密數據及其它參數的變化規律，與現場經驗相吻合：每天不同時間的光傳感器監測參數都在變化，一般在凌晨時間段最低（在這個時間段內氣溫低、濕度大，空氣中水份含量高），白天時監測參數高。這和天氣的變化趨勢是吻合的。該裝置監測的鹽密值顯示在夏季（即梅雨季33李彬：光技術在輸變電設備鹽密在線監測系統上的應用第5期科學的監測數據。參考文獻1宿志一，劉燕生. 我國北方內陸地區線路與變電站用絕緣子的直、交流自然積污試驗結果的比較J.電網技術,2004，28(10:17-21.2佐藤宗純，郭秀芬. 光纖檢測技術的應用J.壓電與聲光，1984,12(2:53-56.3宋牟平

14、. 微波電光調制的布里淵散射分布式光纖傳感技術J.光學學報,2004,24(8:1111-1114.4蔡偉，楊顏紅. 污穢絕緣子在線監測系統的設計與實現J.電力系統自化，2002,26(17:45-48,53.5吳光亞，錢之銀，肖勇，蔡煒，張銳，徐濤，盧燕龍. 防污閃技術的現狀與發展趨勢J.電力設備,2005,5(3:5-9.6吳維寧，吳光亞，張銳. 輸變電設備污閃原因及對策J.高電壓技術,2004,30(7:8-11.7董玉明，張旭蘋，路元剛，劉躍輝，王順. 布里淵散射光纖傳感器的交叉敏感問題J.光學學報,2007,27(2:197-201.Application of Photo Cens

15、or in Salt Deposit Density on-line Monitoring Systemfor Electr ic Tr ansmission and Transformation EquipmentsLI Bin(SanmenxiaHuayang Electric Power Co.,Ltd., Sanmenxia 472143, ChinaAbst ract:The accurate measurement of the salt deposit density in outer insulation of the electric transmission and tra

16、nsformation equipments is the emphasis in preventing the pollution ashover and guiding the equipment cleaning. The principle of the photo censer and the composition of the salt deposit density on-line monitoring system were introduced. The situation of the application of the photo censer in the salt

17、 deposit density on-line monitoring system was described, and the salt deposit density measured by the system was analyzed and studied. The result shows that the system can accurately measure the salt deposit density in outer insulation of the electric transmission and transformation equipments.Key wor ds:photo censer; electric transmission and transformation equipment; salt deposit density; on-line monitoring中文摘要編寫要求（1）應按照摘要編寫的4個要素（論文的目的、方法、結果、結論）進行編寫。目的：研究、研制、調查等的前提、目的、所涉及的主題范圍。方法：所用的原理、理論、條件、對象、材料、工藝、結構、手段、裝備、程序等。結果：實驗、研究的結果、數據，被確定的關系，觀察得到的效果、性能等。結論：結果的分析