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1、精选优质文档-倾情为你奉上电力技术Electric Power TechnologyVol.19No.5Mar.2010第19卷第5期2010年3月光技术在输变电设备盐密在线监测系统上的应用李彬（河南三门峡华阳发电有限责任公司，河南三门峡）【摘要】输变电设备的外绝缘盐密精确测量是指导设备清扫及防污闪管理工作的重点。文章首先介绍了光传感器的技术原理及盐密在线监测系统组成，然后介绍了光传感器在线盐密监测系统应用的情况，并对系统监测的盐密值进行了分析和研究。结果表明该系统可准确地在线测量输变电设备外绝缘的盐密。【关键字】光传感器；输变电设备；盐密；在线监测【中图分类号】TM726【文献标识码】B【文
2、章编号】1674-4586(-0030-041前言随着我国国民经济的飞速发展，电网安全运行这一关乎国计民生的大事，已经引起了社会各方的高度关注。从各电网公司到各发电集团都将安全生产、杜绝电网事故作为重要的日常工作常抓不懈，而避免停电事故又是保障电网运行安全工作的重中之重。从20世纪80年代以来的电网事故调查表明，导致我国电网大面积停电的首要原因是污闪事故，占全部电网大面积停电原因的三分之二以上。在我国电网结构中，发电厂是电网的电源点，发电厂的安全运行是电网安全运行的根本，因此，预防、减少发电厂的污闪事故对于整个电网安全可靠运行具有十分重要的意义。传统的防污闪管理工作目前主要依赖于等值盐密法的测
3、量结果及运行经验，而等值盐密法又存在着诸多不足之处，主要反映在以下四个方面：(1测量结果分散性较大；(2盐密测试周期较长；(3是一种破坏性试验方法，无法测量饱和盐密值；(4需要投入大量的人力和物力，并且测量前一般对整条输电线路或整座变电站停电，从而带来很大的社会影响。因此在这种情况下，成功的将光技术引入“盐密在线监测”、以数据分析为核心、结合运行经验和设备特性，反映在时间段、设备区域、设备类型方面精确反映污秽状况的技术系统，开创了我国盐密在线监测领域的先河。盐密在线监测系统中光传感器的测量原理2.1技术原理2.1.1光场分布理论置于大气中的低损耗石英玻璃棒就是一个以棒为芯，大气为包层的多模介质
4、光波导。在石英棒上无污染时，由光波导中的基模和高次模共同传输光的能量，其中绝大部分光能在光波导的芯中传输，但有小部分光能将沿芯包界面的包层传输，即有小部分光能进入大气传输，光波传输过程中光的损耗很小。光波导中芯和包层两部分功率的表达式：式中，u 光波导芯的标准化传播系数；W 光波导包层的标准化传播系数；光散射常数；V 光的场强分布。式中，光波长；光波导的数值孔径；a 芯半径；1n 光波导芯折射率；2n 光波导包层折射率；k 真空中的波数；归一化传播常数。2031李彬：光技术在输变电设备盐密在线监测系统上的应用第5期显然，可以通过调整、和a 来改变传输光的场强分布，如图1和图2所示。图1两种不同
5、波长的能量分布图2归一化半径a l 与光场幅的关系对于基模而言，对应于0w a r =（式中r 表示光功半径，W o 表示模场半径）的光功为最大值的1/e2=0.1353，即将有13.53%的光功率在光波导包层中传输。对光传感器芯来说，就是将有部分光功率在大气中传输，这部分功率的大小可以通过参数a 、进行调整。当光传感器表面无污染时，即形成了以大气为包层，光传感器为芯的光波导，光功率的传输基本无损耗。2.1.2光能损耗机理及分析当石英玻璃棒上附着有污染时，它将对光能产生损耗：一是由于污染粒子的折射率大于石英的折射率，破坏了高次模的全反射传输条件。由于盐污的折射率大于石英的折射率，当传感器的石英
6、玻璃棒上有盐污时，全反射条件被破坏，产生强漏模，使光能损耗。二是由于污染粒子对光能的吸收和散射使光能产生损耗。实验证明，大气中的各种盐、酸、碱、氨、重金属微粒、过渡金属微粒、氢氧根、灰尘等污染物对光能产生吸收作用。染物粒子对光能的散射损耗也将使光能产生损耗。光能损耗机理如图3所示。光能损耗的程度就可以反映出污染的大小。实验表明，光波导中所改变的光能参数，是由于污秽中的盐份电离成离子态和污秽中无法电离的灰份共同作用而成的。通过连续监测不同温度、湿度条件下光能参数的变化，就可以计算得出污秽物的盐密值。2.2工作方式光传感器盐密在线监测系统主要由数据监测终端和数据监测中心两部分组成，是一种智能化大范
7、围远程分布式盐密实时监测系统。系统利用现场安装的数据监测终端，采集现场的温度、湿度以及光能参数等，通过GSM 的数据通信模块，将现场采集的数据发送到盐密监测中心，盐密监测中心的工作站根据盐密数学模型的计算得到盐密数据，并采用数据库技术进行数据管理，可实现自动、连续在线监测绝缘子污秽状况。3光传感器盐密在线监测系统优点3.1光传感器测量盐密的准确性由于该系统是通过监测光传感器的光能参数变化来测量光传感器盐份的多少，再通过换算得出绝缘子表面的盐密，那么项目在实施过程中已经对各个系统所测得的盐密值与采用等值盐密法测得的盐密值进行了数据对比，来判定光传感器测量输变电设备表面盐密的准确性。表1大唐洛阳首
8、阳山电厂220kV 升压站现场测试数据与系统测试数据的比较试品(XWP -160试品位置测量时间系统测量盐密值/(mg/cm2 人工清洗盐密值/（mg/cm 2）误差（以人工测量为基准）1出线处2009.3.40.02320.02233.98%2运煤车道处2009.3.40.03480.03412.02%表2大唐信阳华豫发电有限责任公司220kV 升压站现场测试数据与系统测试数据的比较试品(XWP -160试品位置测量时间系统测量盐密值/（mg/cm2）人工清洗盐密值/（mg/cm 2）误差（以人工测量为基准）1申城出线2009.2.270.01850.01913.24%2申狮出线2009.2
9、.250.01660.01603.61% 从表1和表2看出，盐密在线监测数据与人工测量结果之间的误差在允许范围内，且实现了每天一个数据，由传统的年度数据转变为每天的数据，可以准确判断全年污秽状况随季节变化的状况。3光传感器测量盐密系统的稳定性.232电力技术第19卷本项目是采用光传感器盐密在线监测系统测量输变电设备盐密，系统在整个测量过程监测的是石英玻璃棒中光能参数变化，而所有数据的处理和整个计算过程均在远离升压站的后台服务器进行，因此测量数据能够不受电场干扰。4运行情况“光传感器输变电设备盐密在线监测系统”自从在现场投运以来，设备运行正常，能够实时准确的接收到现场温度、湿度、工作电压、光传感
10、器监测参数等的数据，后台数据分析软件能对这些数据进行处理后得出盐密值。图4为安装在500kV 升压站现场在线测量的盐密随时间变化曲线的全部（由上到下：第一条是温度曲线，第二条是湿度曲线，第三条盐密曲线），时间从2009年6月16日到2009年11月30日。节），由于雨水的自洁作用，盐密值增长速度缓慢，在短时间内伴有下降的趋势。这与500kV 升压站绝缘子积污特性是吻合的。光传感器监测参数与温度、湿度、盐密的关系是十分复杂的，该装置的盐密数学模型揭示了四者之间的内在联系，需要通过大量的数据积累，通过对这些数据进行分析可以总结出温度、湿度与盐密之间确切的理论模型，用以指导以后异常气象状况下的防污闪
11、工作。参照国网公司“高压架空线路和变电站污区分级与外绝缘选择标准”新颁企标中关于“不同型式绝缘子与参照绝缘子之间现场污秽度修正系数K1、K2的确定方法”的有关规定，我们在大唐三门峡电厂500kV 和220kV 升压站开展了不同类型外绝缘设备现场污秽度测量的研究工作，在升压站出线处与凉水塔处设立K1、K2系数测量点，光传感器盐密测量设备监测数据与标准中规定的参照绝缘子（XWP-160型悬式绝缘子）人工测量数据误差5%；普通支柱绝缘子K1带电积污系数范围为1.11.3；普通支柱绝缘子K2形状积污系数范围为0.71.1，此次实验测量的K1、K2系数均符合运行经验，现场运行结果验证了盐密数学模型的正确
12、性。5结束语采用先进的光传感技术，能够在高压环境下运行而不受电磁场干扰及环境气候的影响，并且能够在不停电的情况下测取准确盐密值、灰密值，实时方便地掌握电网输变电外绝缘设备的积污情况，为防污闪管理工作提供科学准确的数据，从而指导对输变电外绝缘设备的清扫，实现输变电外绝缘设备的状态检修。光传感器应用到输变电设备盐密在线监测系统，有其卓越的性能以及在防污闪管理中的显著优势。但是由于该系统刚刚应用不久，用以离线盐密测量的悬吊瓷瓶也仅为一种型号，实际运行效果还有待于使用各种型号的悬瓶、支持瓷柱和大量的离线盐密测量数据进行验证，尤其是该系统出现盐密异常结果的时候，需要立即进行离线盐密测量，以检测该系统运行
13、实际结果的正确性。通过对输变电设备污秽度在线、实时、连续的监测，为输变电设备外绝缘配置调爬提供了更为科学的依据；通过在线和离线测量的饱和盐密，能够准确绘制污区分布图，划分输变电设备污秽等级。这种运行效果与新颁布的高压架空线路和变电站（发电厂）污区分级与外绝缘选择标准相关内容的技术规范相吻合，并可以为新颁国标的实施提供准确、实时、图4进线处设备的盐密曲线图5出线处设备的盐密曲线通过观察曲线，该装置监测的盐密数据及其它参数的变化规律，与现场经验相吻合：每天不同时间的光传感器监测参数都在变化，一般在凌晨时间段最低（在这个时间段内气温低、湿度大，空气中水份含量高），白天时监测参数高。这和天气的变化趋势
14、是吻合的。该装置监测的盐密值显示在夏季（即梅雨季33李彬：光技术在输变电设备盐密在线监测系统上的应用第5期科学的监测数据。参考文献1宿志一，刘燕生. 我国北方内陆地区线路与变电站用绝缘子的直、交流自然积污试验结果的比较J.电网技术,2004，28(10:17-21.2佐藤宗纯，郭秀芬. 光纤检测技术的应用J.压电与声光，1984,12(2:53-56.3宋牟平. 微波电光调制的布里渊散射分布式光纤传感技术J.光学学报,2004,24(8:1111-1114.4蔡伟，杨颜红. 污秽绝缘子在线监测系统的设计与实现J.电力系统自化，2002,26(17:45-48,53.5吴光亚，钱之银，肖勇，蔡炜
15、，张锐，徐涛，卢燕龙. 防污闪技术的现状与发展趋势J.电力设备,2005,5(3:5-9.6吴维宁，吴光亚，张锐. 输变电设备污闪原因及对策J.高电压技术,2004,30(7:8-11.7董玉明，张旭苹，路元刚，刘跃辉，王顺. 布里渊散射光纤传感器的交叉敏感问题J.光学学报,2007,27(2:197-201.Application of Photo Censor in Salt Deposit Density on-line Monitoring Systemfor Electr ic Tr ansmission and Transformation EquipmentsLI Bin(San
16、menxiaHuayang Electric Power Co.,Ltd., Sanmenxia , ChinaAbst ract:The accurate measurement of the salt deposit density in outer insulation of the electric transmission and transformation equipments is the emphasis in preventing the pollution ashover and guiding the equipment cleaning. The principle
17、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 deposit density on-line monitoring system was described, and the salt deposit density measured by the system was analyzed an
18、d 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中文摘要编写要求（1）应
19、按照摘要编写的4个要素（论文的目的、方法、结果、结论）进行编写。目的：研究、研制、调查等的前提、目的、所涉及的主题范围。方法：所用的原理、理论、条件、对象、材料、工艺、结构、手段、装备、程序等。结果：实验、研究的结果、数据，被确定的关系，观察得到的效果、性能等。结论：结果的分析、研究、比较、应用，提出的问题等。（2）摘要编写应内容充实，中文摘要一般在150250字之间。（3）摘要应尽可能取消或减少课题研究的背景信息；出现的数据应是最重要、最关键的数据；缩略语、略称、代号等，除了相邻专业的读者也能清楚理解以外，在首次出现时必须写出中文全称；不得简单重复题名中已有的信息；除了实在无法变通以外，一般不列数学公式，不出现插图、表格；不用引文，除非该文献证实或否定了他人已出版的著作。（4）摘要编写用第三人称。建议采用“对进行了研究”、“报告了现状”、“进行了调查”等记述方法标明一次文献的性质和文献主题，不必使用“本文”、“作者”等作为主语。专心-专注-专业