0 引言

输电线路绝缘子污闪事故波及范围广、持续时间长，会造成巨大的经济损失，防污闪工作一直以来就是电力行业的重中之重^[1]。我国目前环境污染问题十分严重，环境污染引发的绝缘子污闪事故严重威胁着输电线路的安全稳定运行。因此有必要对输电线路绝缘子绝缘状态进行监测，以便及时采取措施防止污闪事故的发生。

绝缘子表面泄漏电流与污闪电压之间具有密切的联系^[2-9]，绝缘子表面泄漏电流可以综合反映绝缘子表面积污程度、污秽成分、污秽分布、污秽受潮程度、绝缘子形状系数等因素对运行绝缘子表面外绝缘状态的影响^[10-18]。根据泄漏电流与绝缘子污闪电压之间的关系而开发的绝缘子泄漏电流在线监测系统可以利用绝缘子表面泄漏电流预测污闪电压，指导防污闪工作。

本文介绍了绝缘子泄漏电流在线监测系统的工作原理及硬件构成。同时，利用安装在鄂尔多斯地区电网的绝缘子泄漏电流在线监测系统中的运行数据，对绝缘子的外绝缘状态进行分析评估。

1 绝缘子泄漏电流在线监测系统简介 1.1 工作原理

绝缘子表面泄漏电流I与污闪电压U、绝缘子表面电导率σ之间存在密切关系。清华大学电机系高电压实验室根据大量试验结果，得到了泄漏电流与污闪电压之间的关系，具体关系如公式（1）所示：

(1)

式中  f—绝缘子形状系数；

I—绝缘子表面泄漏电流，mA；

U—污闪电压，kV。

通过分析大量试验结果，发现绝缘子表面泄漏电流最大值和污闪电压、污闪电压梯度之间存在负幂指数关系。因此可以通过绝缘子表面泄漏电流预测绝缘子污闪电压，进而实现对线路运行情况的评估。具体关系如公式（2）所示：

(2)

式中  I_h—泄漏电流最大值，mA；

L—绝缘子泄漏距离，mm；

I^* —定义的中间变量。

污闪电压梯度E_f与I^*的关系如公式（3）：

(3)

由此得到绝缘子污闪电压为：

U_f=E_fnL，

式中  n—悬挂绝缘子片数。

另外，利用实测泄漏电流与线路运行电压可以得到绝缘子表面电导，结合线路绝缘子形状系数，可以得到绝缘子表面电导率，进而推测得到绝缘子表面等值盐密。

1.2 系统硬件构成

绝缘子泄漏电流在线监测系统能够实现对绝缘子表面泄漏电流的连续监测。系统采集泄漏电流后，对数据进行处理分析，利用相关公式，实现对绝缘子表面状态的评估。

图 1为绝缘子表面泄漏电流在线监测系统的硬件连接示意图。

1.2.1 前端传感系统

泄漏电流在线监测系统的前端传感系统主要由电流传感器、温湿度传感器、传感器接入模块、数据处理模块、通信模块以及电源系统等构成。可以实时采集安装环境的温度、湿度以及绝缘子泄漏电流。

电流传感器主要利用差分电阻分段（三段）测量原理，能够测量的泄漏电流范围为0.1 mA~5 A。传感器的采样频率为5 kHz，整体测量误差在3%以内。电流传感器为整个系统的核心部件，为了保障过流时各元器件的安全，传感器设计了三级保护回路，主要由与采样电阻并联的氧化锌压敏电阻、压控开关、稳压二极管以及空气放电管等元件构成。保护回路的响应速度在ns级，能够有效保护电流传感器的安全运行。

为避免采样时导线直接短接绝缘子片，造成绝缘子泄漏距离减小，需在绝缘子上安装引流环，引流环及其安装示意图见图 2。

1.2.2 主机

主机主要由数据处理模块、电源模块、通信模块等构成。主机的主要作用是处理前端传感器测量得到的泄漏电流、温度、相对湿度等数据，通过GPRS传送至后台监测维护平台。在通信中断无法进行数据传输时，主机的存储空间能够存储30 d的数据，以保证数据完整不丢失。

1.2.3 后台监测维护平台

后台监测维护平台的作用主要是对主机传来的数据进行计算处理及存储。按照每分钟1个数据条进行数据存储，包括相对湿度、温度、1 min内最大泄漏电流值、预测污闪电压值等信息。

2 现场监测数据分析 2.1 监测系统安装信息

2016年11月，在鄂尔多斯地区电网共安装了4套绝缘子泄漏电流在线监测系统，具体安装信息如表 1所示。

由于绝缘子型号会影响最大泄漏电流和污闪电压之间的关系，因此需要通过绝缘子形状系数和泄漏距离2个参量来对泄漏电流和污闪电压的关系式进行修正。需要统计泄漏电流在线监测系统安装位置处的绝缘子信息。鄂尔多斯地区电网4套监测系统对应的绝缘子信息如表 2所示。

2.2 数据处理分析

绝缘子泄漏电流在线监测系统每分钟产生1条数据，记录了在该时间段内所监测绝缘子的最大泄漏电流值、相对湿度和温度值。在分析相对湿度、环境温度等对绝缘子表面污秽的影响时，需要考虑一段时间内的润湿作用，因而选取1 h作为最小时间单位，即取1 h内的相对湿度平均值作为该时间段的相对湿度，取1 h内的温度平均值作为该时间段的温度。

本文以千安Ⅰ回线38号杆塔和北神线12号杆塔为例进行分析。实测数据中，这2处杆塔绝缘子的泄漏电流值都很小，基本在0.1 mA左右。

2.2.1 北神线12号杆塔

北神线12号杆塔上的绝缘子泄漏电流在线监测系统安装于2016-11-19。截至2017-02-05，系统运行了1530 h。在这段时间内的相对湿度和温度变化趋势如图 3所示。

根据图 3可知，在这段时间内，不存在由于绝缘子表面污层与外界温差过大而导致凝露，致使绝缘子表面污秽迅速受潮的情况，因而可以排除这一因素的干扰而只考虑相对湿度对绝缘子表面污秽受潮的影响。根据趋势图可以看出，该地区的空气相对湿度并不高，大部分时间内，空气相对湿度不足75%。当空气相对湿度不足75%时，认为绝缘子表面污秽并不能被充分润湿，无法形成连续的导电通道，所以绝缘子表面泄漏电流值很小。

12月20日至12月21日期间，空气相对湿度连续12 h大于85%，甚至在很长一段时间内空气相对湿度大于90%，绝缘子表面污秽得到了充分的润湿，但此时泄漏电流值依然很小。另外，在其他时间段内，也有空气相对湿度超过85%的情况，但是泄漏电流值很小，说明从2016年11月份到次年2月份该地区的积污程度并不严重。

2.2.2 千安Ⅰ回线38号杆塔

千安Ⅰ回线38号杆塔上的泄漏电流在线监测系统安装于2016-11-18。截至2017-01-30，系统运行1105 h。在这段时间内的相对湿度和温度变化趋势如图 4所示。

根据图 4可以排除凝露等因素对绝缘子表面污秽受潮的影响。在监测时间段内，空气相对湿度一直很小，大部分时间内空气相对湿度小于75%，有部分时间段空气相对湿度达到80%，但持续时间较短。据此推测在监测时间段内，千安Ⅰ回线38号杆塔上绝缘子表面污秽并没有充分受潮，但绝缘子表面泄漏电流值较小，因此不能判断出绝缘子表面积污程度，还需要进一步进行分析。

2.3 基于泄漏电流的污闪电压预测

利用泄漏电流进行污闪电压预测，能够综合考虑绝缘子表面积污程度、污秽成分、污秽分布情况等因素的影响，因而是比较精确的一种预测方法。

同样以千安Ⅰ回线38号及北神线12号杆塔为例进行预测。2条线路上的绝缘子型号分别为FXBW-220/100及双伞WXP-70型复合绝缘子。在利用泄漏电流进行污闪电压预测时，需要考虑不同绝缘子形状系数和泄漏距离对污闪电压的影响。综合以上信息，当泄漏电流为0.1 mA时，2条线路的预测污闪电压如表 3所示。

根据表 3所示数据可以看出，在2016年11月至2017年2月期间，2条线路的预测污闪电压远大于运行电压，表明线路绝缘子的外绝缘状况良好，没有发生污闪事故的风险。

3 结语

输电线路绝缘子泄漏电流在线监测系统在鄂尔多斯地区电网的应用，说明了泄漏电流的监测对绝缘子污闪防治和预测具有较大意义。通过对绝缘子泄漏电流的在线监测，可以掌握污秽绝缘子的运行状态。但是，由于监测装置安装在户外杆塔上，泄漏电流采集易受干扰，监测结果可能存在较大差异。因此今后需要根据当地的气候状况改进系统设计，以便适合当地情况，不仅要考虑运行环境对泄漏电流检测精度的影响，还要考虑系统不受一年中气候变化和中国南北气候差异的影响。