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1、瓷绝缘子接触式零值检测技术现状及未来发展清华珠三角研究院智能电网技术研发中心2023年8月一、接触式零值检测常用方法二、快速零值检测技术的应用三、接触式零值检测未来发展一、接触式零值检测常用方法020运行输电线耐张串零值绝缘子1.1 技术背景02002 规定500kV及以上电压等级运行的绝缘子的绝缘电阻低于500 M,330kV及以下电压等级运行的绝缘子的绝缘电阻低于300M为低(零)值绝缘子。测量分布电压,电压值低于50%标准规定值;高于50%但明显低于相邻两侧合格绝缘子。火花叉,规定距离和放电电压下未放电,为劣化绝缘子。测量绝缘电阻 与DL/T 626一致 交流耐压试验 试验电压值应为 6
2、0kV(根据国内有关厂家资料而制订的)测量绝缘电阻 与GB 50150一致 交流耐压试验 与GB 50150一致1.1 技术背景0201.2 检测方法020工频火花工频耐压摇表分布电压火花叉行业痛点1.2 检测方法02002绝缘子出现零值,雷击等条件下会出现掉线掉串现象,严重影响输电线路安全 掉串掉线,影响安全缺乏技术手段,管理不便由于目前没有特别有效检测手段,物流装卸、施工、运行等单位对绝缘子质量管理不便,造成质量管理困局。实现“上塔无零值”,减少运维工作量。提供技术支撑,促进管理升级。准确、快速地检出零值绝缘子对瓷绝缘子的未来应用提供技术保障。1.2 检测方法二、快速零值检测技术的应用02
3、0 在绝缘子上形成峰值为50kV以RC电路衰减的稳态高压。基于绝缘子能否耐受50kV的峰值电压来判断绝缘子是否为零值。提出基于绝缘子电压动态变化特性判断劣化和正常绝缘子。2.1 检测原理l 零值绝缘子在充电时内部气隙缺陷或绝缘材料被击穿,电荷流失,充电电压幅值如曲线,远低于正常绝缘子。2.1 检测原理020l 零值绝缘子在充电时内部气隙缺陷或绝缘材料被击穿,电荷流失,充电电压幅值如曲线,远低于正常绝缘子。l 绝缘电阻小的绝缘子,放电时间短,如曲线。2.1 检测原理0 对于有绝缘缺陷、电气特性不能耐受50kV的瓷绝缘子实现零值的准确检出,对于绝缘缺陷的电气特性能耐受50kV及以上的绝缘子该装置能
4、分辨出外绝缘不良的绝缘子。通过高压发生器实现了绝缘子的快速充电,在绝缘子上形成峰值为50kV的以RC电路衰减的稳态高压。软硬件协同处理,实现电压的微秒级速率的采样及处理,准确测量绝缘子上电压的动态变化过程,并运用监督式学习算法,计算绝缘子体积电阻,测量精度达到10%。测量后保证绝缘子无残留电荷,检测、判断、显示、存储在数百毫秒内完成,确保在1.5s内完成绝缘子的零值及劣化绝缘子的判断。2.2 技术特点0202.3 检测装置0DL/T 2453-2021盘形悬式瓷绝缘子零值高压冲击检测规范DL/T 2066-2019高压交、直流盘形悬式瓷或玻璃绝缘子施工、运行和维护规范A.1 快速高压检测方法2
5、.4 检测规范零值绝缘子来源数量摇表检测结果快速零值检测结果工频耐压结果备注02.5 性能特点摇表检测零值绝缘子快速零值检测2.5 性能特点覆盖薄膜,结果错误移除薄膜,结果正确摇表检测结果快速零值检测结果检测结果对比快速零值检测可覆盖瓷绝缘子全生命周期:出厂、交接、运维2.5 性能特点检测时间检测线路2018张北换流站配套500kV输变电线路;潍坊-临沂-枣庄-菏泽-石家庄1000kV特高压交流线路;北京西-石家庄1000kV交流输变电线路;2019青海-河南800kV特高压线路;陕北-武汉800kV特高压线路;雅中-江西800kV特高压线路;驻马店-南阳1000kV特高压交流线路;20208
6、00kV鲁固线;白鹤-江苏800kV特高压线路;荆门-武汉1000kV特高压交流线路;2021南昌-长沙1000kV特高压交流线路;南阳-荆门-长沙1000kV特高压交流线路;1000kV都蓉线;500kV纳安线;2022800kV复奉线;220kV花银线;2023驻马店-武汉1000kV特高压交流线路;汇能长滩电厂1000kV出线配套线路;2.6 应用情况2020年4月20日,河北张家口2020年9月25日,冀北地区2019年12月-2020年1月,广州地区2021年3月31日,徐州丰县地区2.6 应用情况电阻法输出电压低,误判率高1234高压冲击法输出电压高,准确率高提高现场测零准确率提高
7、现场测零操作效率全面减少人工操作已实现零值绝缘子准确检测2018年以前2019年至今未来未来2.7 小结三、接触式零值检测未来发展0测零方法的研究载具的研究(半自动/全自动)载具跨领域(机械、控制)3.1 技术背景半自动载具需求(部分检测工作还需人工实现)1)高压冲击法检测时间短2)绝缘子数量大3)停电时间短4)人员操作慢5)作业空间受限通过自动化装置或测量方法的改进提高检测效率1)检测条件在停电状态下检测,减少人力成本2)上塔方式人工带上塔,进行测试前的简单组装3)检测过程实现自动逐片检测,无需人工操作4)适用范围单串绝缘子,人工切换不同绝缘子串目前所用的载具基本可以归类为半自动载具检测效率
8、受操作人员影响较大接触式零值检测现状快速零值检测技术3.2 半自动载具需求输电线路上不同用途的载具巡检机器人挂载云台相机、红外等,进行线路巡检、图像诊断清扫/清洗机器人可进行绝缘子的清扫或者清洗检测机器人可自动进行绝缘子电阻、分布电压等参数测量异物清除机器人异物清除、地线断股处理快速零值检测装置可输出高压,对半自动载具的性能、可靠性要求更高3.3 载具发展不同移动方式通过螺旋杆实现整体机构移动卡爪依次交替攀爬移动通过履带在绝缘子串上移动通过两个电机驱动不同方向的部件移动通过腿轮结构实现在绝缘子串上的移动不同的移动方式各有优缺点,很难实现同一机构适用于所有应用场景(如单串、多联、悬垂串、耐张串等
9、等)3.3 载具发展主要组成部分需权衡续航时间和自重电源系统容易受高压、电磁环境干扰控制系统(UWB、WIFI、5G等)适用场景越多机构越复杂移动机构(变胞机构、步态规划等)输出高压,提高零值准确率检测装置(高压冲击零值检测)载具的安全性和可靠性故障处理主要技术指标续航时间移动速度负荷自重比通信距离实现从无到有,进一步提高零值检测的效率3.4 技术要求新能源领域大容量移动电源的应用基于多传感器的全感官控制系统和定位系统精密机械移动机构的设计与加工快速零值检测装置微型化、轻量化逃逸式故障处理系统的开发关键技术实现机器人在复杂场景下自主攀爬、行走、检测适应复杂的电磁环境、复杂的攀爬行走环境、复杂的
10、自然环境等恶劣条件,实现自主攀爬、行走。与零值检测装置结合的轻量化、高载荷设计将攀爬结构和快速零值检测装置高度集成,通过对结构进行优化,达到整体结构的轻量化、高载荷。技术创新3.4 技术要求0接触式零值检测半自动载具的功能样机示意图3.5 产品形态半自动载具(部分检测工作还需人工实现)通过人工智能算法提高自动化水平1)检测条件在停电状态下检测,减少人力成本2)上塔方式人工带上塔,进行测试前的简单组装3)检测过程实现自动逐片检测,无需人工操作4)适用范围单串绝缘子,人工切换不同绝缘子串全自动载具(检测工作全部由载具实现)1)检测条件在停电/带电状态下均可检测2)上塔方式自动上塔,自主选择绝缘子串
11、3)检测过程实现全过程自动检测,无需体力劳动4)适用范围适应不同绝缘子,自动切换绝缘子串产品形态如:爬行机器人、无人机等进一步地载具的初始阶段载具的终极目标实现从有到优,全面减少人工操作,提高效率3.6 全自动载具需求0多领域跨专业高新技术的运用关键技术技术难点精细控制算法与高精测距技术的紧密融合通过高精传感器数据融合算法,快速判断绝缘子位置,确保检测位置的准确。基于人工智能算法视觉识别的智能线路规划对于各类绝缘子串,可通过视觉识别,智能规划线路,合理安排作业方式。超低功耗器件及技术的开发应用超低功耗器件的应用及精细化的功耗管理技术,最大限度提高作业时间,提高效率。如何实现零值检测机器人自动上
12、线基于铁塔攀爬技术或无人机技术,研制高效、轻质、结构简洁的自动上塔机构和控制系统,结合高精度定位导航系统和智能图像识别技术,实现上线过程全自动。同时具有高载荷、高动力、长续航的特性,实现各个类型铁塔的自主上塔。如何实现零值检测机器人自主切换绝缘子串研制高效、灵活的绝缘子串切换机构,可适应不同绝缘子串,实现不同绝缘子串的全过程自动检测。3.7 技术要求02全自动载具的概念机器人示意图爬塔上线机器人由爬塔上线机器人背负检测机器人和上线模块爬行上塔,上塔后爬行上线机器人将上线模块搭至绝缘子串,检测机器人通过上线模块完成绝缘子串上线飞行上线机器人飞行上线机器人搭载检测机器人飞行至检测绝缘子串上方,将检测机器人放至绝缘子串上。检测机器人自主爬行至待检测绝缘子串进行检测无人机蛇形机器人爬塔机器人轨道机器人爬杆机器人3.8 产品形态高压冲击法输出电压高,准确率高提高现场测零准确率提高现场测零操作效率现状未来半自动测零装置全自动测零装置3.9 小结实现现场测零自动化感谢您的聆听!清华珠三角研究院智能电网技术研发中心