第十章 输电线路试验与检测.docx

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第十章输电线路试验与检测

第十章输电线路试验与检测

第一节输电线路绝缘试验

本节讨论的线路参数均指三相导线的平均值，即按三相线路通过换位后获得完全对称。

对不换位线路，因其不对称度较小，也可以近似地适用。

一、线路各相的绝缘电阻的测量

Ø线路各相的绝缘电阻的测量，是对线路绝缘状况、接地情况或相间短路等缺陷的检查。

Ø测量不能在雷雨天气，应在天气良好的情况下进行。

为保证人身和设备安全以释放线路电容积累的静电荷，首先将被测线路相对地短接。

Ø测量时，拆除三相对地的短路接地线，为保证测试工作的安全和测量结果的准确，应测量各相对地是否还有感应电压，若还有感应电压，应采取措施消除。

Ø对线路的绝缘电阻进行测量时，确定线路上无人工作，并得到现场指挥允许工作的命令后，将非测量的两相短路接地，用两千五至五千伏兆欧表，依次测量每一相对其它两相及地间的绝缘电阻。

Ø对于线路长、电容量较大的，应在读取绝缘电阻值后，先拆去接于兆欧表L端子上的测量导线，再停摇兆欧表，以免反充电损坏兆欧表。

测量结束应对线路进行放电。

Ø根据测得的绝缘电阻值，结合当时气候条件和线路具体情况综合分析，作出正确判断。

二、核对相位

核对相位一般用兆欧表和指示灯法。

指示灯法又分干电池和工频低压电源两种。

1、兆欧表法

图10-1是用兆欧表核对相位的接线图，在线路的始端一相接兆欧表的L端，兆欧表的E端接地，在线路末端逐相接地测量，若兆欧表的指示为零，则表示末端接地相与始端测量相同属于一相。

按此方法，定出线路始、末两端的A、B、C相。

2、指示灯法

指示灯法是将图10-1中的兆欧表换成电源，和指示灯串联测量，若指示灯亮，则表示始、末两端同属于一相。

但应注意感应电压的影响，以免造成误判断。

图10－1核对相位接线图

三、测量直流电阻

试验前线路末端三相均应彻底放电。

线路始端开路，末端三相短路，拆开两端所有接地线。

使用仪器设备：

24V直流电源，直流毫伏电压表如图10-2。

图10-2电流电压表法测量线路直流电阻接线图

A─直流电流表，V─直流电压表

A，B相加直流电压

，测电流

，则

AB相

RAB=

（10-1）

同样，可以测出

和

BC相

RBC=

（10-2）

AC相

RAC=

（10-3）

然后换算成20℃时的单相电阻，换算方法如下

（10-4）

（10-5）

（10-6）

并按线路长度折算为每公里的电阻。

第二节输电线路阻抗测量

输电线路阻抗的测量分正序阻抗和零序阻抗两种来测量。

一、测量正序阻抗

如图10-3所示将线路末端三相短路，在始端加三相工频电压，测量各相的电流、三相的线电压和三相总功率。

按测得的电压、电流取三个数的算术平均值；功率取功率表1及2的代数和（用低功率因素功率表），并按下式计算线路每相每公里的正序参数。

正序阻抗Z=

.

（欧/公里）（10-7）

正序电阻R=

（欧/公里）（10-8）

正序电抗X=

（欧/公里）（10-9）

正序电感L=

（亨/公里）（10-10）

式中，P─三相总功率，即P=P1+P2（瓦）；

Uav─三相线电压平均值（伏）；

Iav─三相电流平均值（安）；

L─线路长度（公里）；

f─测量电源的频率（赫）。

在图10-3中，试验电源电压应按线路长度和试验设备来选择，对100公里及以下线路可用380伏，100公里以上线路最好用1千伏以上电压测量，以免由于电流过小引起较大的测量误差。

图10－3测量正序阻抗的原理图

二、测量零序阻抗

测量零序阻抗接线如图10-4所示，测量时将末端三相短路接地，在始端施加单相交流电压。

根据测得的电流、电压及功率，按下式计算出每相每公里的零序参数。

零序阻抗Z0=

（欧/公里）（10-11）

零序电阻R0=

（欧/公里）（10-12）

零序电抗X0=

（欧/公里）（10-13）

零序电感L0=

（亨/公里）（10-14）

式中，P─所测功率（瓦）；

U、I─试验电压（伏）和电流（安）；

L─线路长度（公里）；

f─试验电源的频率（赫）。

图10-4测量零序阻抗接线图

第三节线路导线接头试验

按有关规程的规定对母线、引线或架空输电线的接头进行连接。

在连接或运行中需要进行质量检查时，应做交流接头电阻比或直流接头电阻比试验，或在额定电流下做温升试验。

一、接头电阻比试验

测量电阻比的方法有交流电压降法和直流电压降法。

1、直流电压降法

如图10－5（a）所示用直流法电压降法测量接头电阻比。

取AB和CD的长度相等。

测量时应先接通电流后，再接入毫伏表，这样是为了防止毫伏表损坏，断电源时的顺序则相反。

接线时为避免给测量电压造成误差，应使电流回路的连接线远离电压测量点。

测得的接头电阻值应不大于等长导线的电阻。

并要求档距内导线的机械强度，应不小于导线抗拉强度的90%。

（a）

（b）

图10－5测量接头电阻比的试验接线

（a）直流电压降法；（b）交流电压降法

U－、U～─直流和交流电源；T─变压器；S─开关

2、交流法

图10－5（b）所示为交流法测量接头电阻试验接线。

试验时与接头连接的导线截面应足够大，连接要牢固。

通电流后先用温度计（或手触及）检查各接头的发热状态，选其温度较高者进行接头过渡电阻测量。

交流法测量的接头过渡电阻，应按下式计算。

即

（10-15）

式中，R－接头过渡电阻（欧）；U－接头的电压降（伏）；I－通过接头的电流（安）

用交流测量接头的电阻时，由于测量回路的电感和大电流发生器绕组磁场的影响，可能引起较大的误差，因此需提高整流型毫伏表（mV）的电压，以减小测量误差。

Ø在变电站采用交流测量接头的过渡电阻时，可用大电流发生器作电源进行接头试验。

测量时，采用小截面的导线作电压引线比用大截面的导线误差小。

这是因为小截面导线的电阻大，电抗分量的影响相对较小。

图10－6变电所测量接头电阻的试验接线

T─大电流发生器；C─接头

在交流下测量接头电压降的回路中若测量引线围绕的面积（图10－6中的斜线部分）越大，则测量的过渡电阻的误差也越大。

为了减小其误差要尽量减小测量电压回路围绕的面积。

为此，应将测量电压的引线纽绕。

并在接头两侧圆周的不同点进行测量（图10－6中用虚线部分表示），以便互相比较判断接头质量。

二、接头温升试验

做接头温升试验时，可按图10－5（b）接线，通入电流后，测量接头和环境的温度。

铜、铝导线的容许温升为70℃和60℃。

测量接头温度时，采用点温计或酒精温度计，并将其测量端头紧贴导线接头，在外面敷以石棉泥或其他绝热保温材料，防止脱落用耐温带包扎加固。

接头的温升可按下式计算。

即

=

（10-16）

式中，

─接头温升（℃）；

─接头实测温度（℃）；

─环境温度。

第四节输电线路杆塔接地电阻和回路电阻试验

一、接地电阻试验

随着电力系统的发展，电网规模的扩大，各种微机监控设备的普遍应用，人们对接地的要求越来越高，而接地好坏的重要标准之一，就是接地装置的接地电阻大小。

目前的各种接地电阻测量方法，主要是为了测量工频接地电阻而采用的，是为了提高测量和计算的精度，或消除和降低测量中的干扰而研究出的方法。

具体的试验方法详见第十三章。

二、回路电阻试验

使用CA6411型钳形接地电阻测量仪进行回路电阻试验。

测量时只需将测量头卡住接地引下线即可，如图10-8。

这时在仪器的信号线圈产生一个交流信号E，电压E通过架空地线、杆塔、接地极及大地构成回路，产生电流I，这样可知测量回路的电阻

。

待测杆塔接地电阻Rx与R近似相等，这是因为，通常测量回路电阻有以下四个部分组成：

Rx待测量的杆塔接地电阻；

是大地电阻，通常远小于1；

R1//R2//…//Rn是该线路其余各基杆塔接地电阻并联值，送电线路的杆塔基数一般都在一百基以上，所以并联电阻很小，可以忽略。

是架空地线的电阻，通常小于1。

所以，

R=Rx+

+R1//R2//…//Rn+

Rx（10-17）

图10-8CA6411型电阻测量仪测量原理

第五节输电线路杆塔劣质绝缘子检测

绝缘子在线检测方法分为非电量检测法和电量检测法两类。

非电量检测法包括观察法、紫外成像法、超声波检测法、红外测温法、无线电波法和激光多普勒法等；电量检测法包括电场测量法、泄漏电流法和脉冲电流法等。

一、传统检查方法

观察法---用高倍望远镜就近直接观察绝缘子。

用这种方法可发现较明显的绝缘子表面缺陷,包括绝缘子伞裙受侵蚀变粗糙、外覆层侵蚀的沟槽和痕迹、绝缘伞裙闪络、伞裙或外覆层开裂、外覆层破碎、芯棒外露等。

观察法实现方便，但费时费力,检测结果也不可靠,难以发现绝缘子内部缺陷。

绝缘子串正常时等效为电容串,在运行状态下短路其中一片绝缘子,可以看到电容放电的火花和听到放电的声响,根据声响的大小可以判断绝缘子的状况。

将绝缘子用一个相对较大的电容器旁路后测量其绝缘电阻,可以直观的检测绝缘子的特性，是检测绝缘子最直接和准确的方法。

以上两种方法均需要人工登塔检测,工作量大,高空作业,有一定的危险性。

一、紫外成像法和红外成像法

1.紫外检测法

有绝缘缺陷的高压电气设备在运行时会产生高电场强度而发生电晕放电，使周围空气电离。

由于空气主要成分是氮气（N2），而氮气电离的放射频谱（λ=280nm～400nm）主要落在紫外光波段。

紫外成像技术就是利用特殊的仪器接收放电产生的紫外线信号，经处理后转换为可见光图像信号，来分析判断电气设备外绝缘的真实状况。

紫外电晕检测属正在研究的新型技术，湖南省电力试验研究院对紫外电晕检测技术进行了电力系统应用研究，认为对于发生部位在金属带电体的电晕放电，其检测效果良好；对于绝大多数发生部位在外绝缘的电晕放电缺陷，需要雨雾等气象条件的补充帮助才能有效检测到。

由于紫外线对于物质的穿透性极低，因此紫外成像仪只能检测到外绝缘的电晕放电，而对于设备内部的放电无法检测。

空气湿度较大的情况下，用紫外成像仪可能检测出破损较严重的绝缘子，对于零值绝缘子，由于其本身承担的电压几乎为零，不会产生电晕。

故紫外仪检测的发生异常电晕的绝缘子不是零值绝缘子，而是可能承担电压相对较大或是绝缘性能相对较弱的绝缘子。

紫外仪可在一定的空气湿度下很好地检测出a级以上的积污绝缘子穿，但将巡检时间选择在雨后一定时间，以便形成“干区”。

紫外仪对线路金具和导线的安装不当、设计不合理、损坏及表面毛刺引起的局部电晕可有效检测并定位。

我国电力系统尚未对紫外检测技术制定相应的规程标准，其应用研究还处于初级阶段。

2.红外检测法

红外成像法的原理与紫外成像相同，不同的是检测缺陷绝缘子与正常绝缘子表面温度的差异。

由于这种温度差很小，对于瓷质绝缘子只有一度左右，因而灵敏度较低。

红外成像法可在线检测局部放电、泄漏电流流过绝缘物质时的介电损耗或电阻损耗等引起的绝缘子局部温度升高。

该法的缺点是仪器造价高，且测量易受阳光、大风、潮气、环境温度及一些能引起绝缘子表面温度急剧变化因素的影响。

红外热像测温普查发现：

凡有明显局部过热点的绝缘子，其过热点至绝缘子高压端硅橡胶表面均显著发黑，粉化，变脆变硬，憎水性基本丧失，有的有许多细小裂纹甚至出现严重破损；发热点至高压端的一段不能承受工频耐压试验或陡波冲击试验，可知发热点为内绝缘界面局部放电进展的位置。

三、超声波检测法（可不讲）

1、超声波检测法的原理

超声波检测作为无损检测的一种方法，在金属类器件的波检测上得到了广泛的应用。

超声波检测时，检测仪发出高频脉冲电信号加在探头的压电晶片上，由于逆压电效应，晶片产生弹性形变，从而产生超声波；超声波经耦合后传入被探工件中，遇到异质界面时产生反射，反射回来的超声波同样作用到探头上，正压电效应使探头晶片上产生放电信号。

通过分析晶片上的电信号，就可以知道被探工件中的缺陷等信息。

超声波检测有纵波斜角超声波检测和爬波超声波检测。

纵波斜角超声波检测速度较慢，但可检测绝缘子的中心部位，爬波检测速度较快，探测表面下1～15mm的裂纹非常敏感。

由于受到变电站停电时间的限制，在超声波现场检测多用爬波检测。

在进行测量前，先要利用标准试块，作出DAC（Distance-Amplitude-Calibrate）曲线，DAC曲线显示了距离不同缺陷位置的反射波幅值，通过对比测量波形和DAC曲线来判断被测试品中是否有缺陷。

2、检测方法

以检测瓷瓶为例，由于瓷瓶断裂多是在法兰口内3cm到第一瓷沿之间。

在测量时，将探头放置在铸铁法兰和第一个瓷沿之间，前方对法兰口，径向移动一周（或4～5点），观察测量得到的波形，如果测量波形中有幅值较大的波峰，将探头在该处沿轴向和径向移动，以便进一步确定裂纹的大小和位置。

在法兰和瓷瓶相交处一般有部分砂层覆盖，探头应该放置在砂层过渡区后，探测位置如图10-10所示。

图10-10探测位置图

四、红外测温法

绝缘子发生电晕放电或泄漏电流流过绝缘物质时的电阻损耗都可引起绝缘子局部温度升高。

红外测温技术就是利用观察绝缘子局部发热所发出的红外线来发现缺陷。

现有的红外测温仪一般由光学系统探测器、信号处理电路及显示终端等组成。

当被测物体辐射的能量通过大气媒介传输到红外测温仪上时，它内部的光学系统会将辐射能量汇聚到探测器上，并转换成电信号，再通过放大电路、补偿电路及线性处理后，在终端显示出被测物体的温度。

红外测温具有携带方便、操作简单等特点。

但测量易受阳光、大风、潮气、环境温度及一些能引起绝缘子表面温度急剧变化因素的影响，测量结果不是很准确。

五、无线电波法

不良绝缘子发生电晕放电时，会发出一定频率的电磁波，无线电波法就是根据接收电磁波的天线的方向和电磁波的强度来判断被测绝缘子是否存在缺陷的。

无线电波法具有设备简单、操作方便的优点，但其抗干扰能力差，灵敏度低。

六、激光多谱勒法

存在裂缝的绝缘子的振动中心频率与正常绝缘子有很大差异。

将超声波发生器所发出的超声波，用抛物型反射镜或用激光源对准被测绝缘子，以激起绝缘子的微小振动，然后将激光多谱勒仪发出的激光对准被测绝缘子，根据反射回来的信号的频谱分析，即获得该绝缘子的振动中心频率值，据此可判断被测绝缘子的好坏。

由于该仪器对未开裂的绝缘子检测无效以及操作复杂、体积庞大、笨重、使用维修复杂、造价高等缺点，没有广泛使用。

七、电场测量法

运行中的绝缘子，正常状态下电场强度和电势沿绝缘子轴向的变化曲线是光滑的。

当绝缘子存在导通性缺陷时，势必影响绝缘子周围的电场分布（包括绝缘子沿芯棒方向的纵向电场和沿横截面半径方向的径向电场），使该处电位变为常数，故其电场强度将突然降低，电场分布曲线也不再光滑,而是在相应的位置上有畸变。

故对比所测绝缘子与良好绝缘子的纵向电场，找出电场异常畸变位置，即可找到内绝缘缺陷的位置。

电场法利用电场来检测绝缘子，能直接反映绝缘子的绝缘状况，因此受干扰的影响较小，但需登杆操作且不能检测一些不影响电场分布的外绝缘缺陷如伞裙破损等。

此法可与观察法结合使用。

八、泄漏电流检测法

绝缘子在正常工作条件下，其绝缘电阻值非常大。

但存在缺陷时，其绝缘电阻值将会大大降低，从而流过一定的泄漏电流。

泄漏电流检测法就是通过用电流传感器测得此电流的大小，得到绝缘子的绝缘电阻值，从而判定其是否完好。

现有的泄漏电流检测系统大都是将一集流环固定在绝缘子串的一端而获得流过该绝缘子串的泄漏电流，然后通过双层屏蔽电缆将其送往电流传感器进行放大，再将此信号连同各种干扰信号一起经数据采集卡输往专家软件系统进行诊断处理。

泄漏电流检测法可以用于对绝缘子的在线检测，实时反映绝缘子的状况。

在实际运行过程中，由于受线路表面污秽、电压的变化、杆塔结构、绝缘子形状、老化程度及天气状况（如温度、湿度、风速、风向）等因素的影响，每次采集的泄漏电流的大小都需要重新确立判断标准，且要对每一串绝缘子进行在线检测，该方法成本很高。

九、脉冲电流法

脉冲电流法通过测量绝缘子电晕脉冲电流的方法来判断绝缘子的绝缘状况。

其原理是：

劣质绝缘子的绝缘电阻很低，使其它正常绝缘子在绝缘子串上承受电压明显大于正常时的承受电压，因而回路阻抗变小，绝缘子电晕现象加剧，电晕脉冲电流必将变大；根据线路上存在劣质绝缘子时电晕脉冲个数增多、幅值增大的现象,即可检出不良绝缘子。

综上所述，非电量检测法具有不与被测量物体直接接触、没有高压绝缘问题困扰的优点，但是在具体运用时，需要外加多种辅助设备，因此检测成本比较高，而且，检测设备和被测物体都或多或少会受到外界环境因素的影响，再加上检测设备本身的不完善和使用过程中人工操作的误差，广泛应用有一定的难度。

电量检测法是利用有缺陷绝缘子发生电晕放电所产生的特征量来检测的。

由于电量法直接利用绝缘子本身产生的特征量进行检测，所以不用另外加辅助测试设备，检测手段比较直接，所测特征量能够明确反映绝缘子的缺陷状况，可以用于实时在线检测绝缘子的状况。

但是由于电量检测法直接与被测物体接触，就为发生漏电和操作人员触电事故埋下了安全隐患，所以必须对检测设备和操作人员的安全问题着重考虑，以免引起不必要的事故。

输电线路的状态检测专门有一章内容。