懸式絕緣子分布電壓無線傳輸測量裝置的研制-標準圖集電氣圖集

懸式絕緣子分布電壓無線傳輸測量裝置的研制

國網煙臺供電公司變電檢修室常青QC小組

一、小組概況

國網煙臺供電公司常青QC小組是一個具有較強理論基礎和豐富工作經驗的小組。小組

自成立以來，定期開展QC活動，堅持技術創(chuàng)新，注重解決各類現場問題，取得了良好成績,

獲得了多項QC成果及專利成果獎勵，先后獲得“科技創(chuàng)新先進單位”、“全國電力行業(yè)質

量信得過小組”、“山東省優(yōu)秀質量管理小組”等榮譽稱號。

表I小組成員概況表

小組名稱常青QC小組成立日期2010.3發(fā)布人梁雯、宋方超

所在部門煙臺供電公司課題類型創(chuàng)新型組長金愛民

QC/305-02.06-

注冊號登記日期2016.1成員人數10

2016

TQC教育人均48小時2016年1月至

活動次數每月5次活動時間

情況考試成績優(yōu)秀2016年9月

姓％性別文化程度職務及職稱小組職務組內分工

金愛民男中專班長組長方案制定

小

宋志濤男大專技師組員技術指導

郭富勝男博士副班長組員課題實施

組

梁小雨女本科工程師組員課題實施

成高振興男碩士工程師組員課題實施

梁雯女博士助理工程師組員報告撰寫

員

宋方超男碩士助理工程師組員課題實施

武文成男碩士助理工程師組員課題實施

滿超楠女碩士助理工程師組員課題實施

孫國峰男碩士助理工程師組員課題實施

制表人：郭富勝制表時間：2016-1-8

二、選擇課題

（一）課題背景

在高壓輸電線路上，絕緣子起到對導線固定懸掛和對桿塔絕緣的作用。

1

圖1線路中懸掛的絕緣子串

小組成員統(tǒng)計發(fā)現，僅煙臺公司使用的絕緣子數量就達到了5萬多片。

表2煙臺公司絕緣子數量統(tǒng)計表

變電站名稱絕緣子數/片變電站名稱絕緣子數/片變電站名稱絕緣子數/片

桃村變電站2163路宿變電站408初家變電站270

開發(fā)變電站174古柳變電站1620豐粟變電站240

徐家店變電站528掖縣變電站2160崗翁變電站216

金牛山變電站312東江變電站1455海發(fā)變電站667

祟義變電站585沈布變電站972沙旺變電站378

沐山變電站226蘆頭變電站747上疥變電站619

蠶莊變電站384梁家變電站282新港變電站216

竹林變電站294湯邱變電站1608新橋變電站210

寧海變電站432福山變電站1193..........

總計53927

制表人：武文成制表時間：2016-1-15

但受到環(huán)境、運行因素的影響，絕緣子在運行過程中會發(fā)生劣化，按DLAT626-2005《劣

化盤形懸式絕緣子檢測規(guī)程》要求，低于300MQ的絕緣子判定為劣化絕緣子。對于絕緣電

阻為10MQ以上的劣化絕緣子稱為低值絕緣子，絕緣電阻為10MQ以下者稱為零值絕緣子。

當絕緣子串中存在低、零值絕緣子時，就有可能存在以下隱患：

(1)減少絕緣子串的整體爬電距離，增加該串絕緣子的閃絡概率；

(2)絕緣子發(fā)生閃絡，導致其脫開掉落；

(3)造成線路短路接地，引發(fā)大面積停電。

如果這些絕緣子不能及時被檢測出來，就會導致線路短路事故的發(fā)生，嚴重影響電網的

安全可靠運行。

2

圖2線路短路事故

因此，對運行中的絕緣子進行低值、零值檢測是一項必須開展的重要工作。

（二）課題的提出

1.傳統(tǒng)檢測方法

目前，我們采用的絕緣子檢測方法為火花間隙法，其工作原理為：檢測桿端部裝有一個

留有間隙的金屬探頭，當探頭接觸被測絕緣子上下兩端的鋼帽時，間隙會產生火花，工作人

員通過火花和放電聲音判斷絕緣子劣化情況,如果被測絕緣子是零值絕緣子,就不承受電壓,

沒有火花和放電聲音。檢測原理如圖3所示，現場檢測情況如圖4所示。

圖3火花間隙法檢測原理圖

2016-1-18

3

2.傳統(tǒng)檢測方法存在問題

小組成員對2015年我公司所轄變電站懸式絕緣子檢零工作進行統(tǒng)計，如表3所示。

表3絕緣子檢測工作統(tǒng)計表(2015)

變電站名稱絕緣子數/片檢出數/片核定數/片誤檢率/%

桃村變電站2163372240.5

開發(fā)變電站1744325.0

徐家店變電站528181327.8

海發(fā)變電站3124325.0

祟義變電站5856433.3

沐山變電站2265340.0

蠶莊變電站3843233.3

竹林變電站2942150.0

寧海變電站4328625.0

路宿變電站40810730.0

古柳變電站1620221245.4

掖縣變電站2160351945.7

東江變電站1455241345.8

沈靜變電站97220955.0

蘆頭變電站747141121.4

梁家變電站2825420.0

湯邱變電站1608271737.1

總計1435024414938.9

制表人：郭富勝制表時間：2016-1-22

通過統(tǒng)計表可以看出：傳統(tǒng)檢測方法的誤檢率高達38.9%。小組成員討論得出，產

生這么高誤檢率的原因主要有以下四個方面：

(1)檢測結果受周圍環(huán)境、背景噪聲影響大；

(2)通過聲音判斷不準確；

(3)無法定量檢測絕緣子的分布電壓；

(4)檢測工作危險性高、強度大。

因此，我們急需研究一種新的檢測方法。

3.課題提出

使用火花間隙法檢測零值絕緣子不僅耗費大量人力，而且誤檢率高達38.9%,不能滿足

目前懸式絕緣子的檢測工作。為解決這一問題，小組成員從工作實際出發(fā)，利用QC理念，

探討如何解決這一問題，最終決定研究一種新的檢測方法取代傳統(tǒng)檢測方法。

(三)選擇并確定課題

1.提出課題

小組成員開拓思路、集思廣益，運用“頭腦風暴法”提出了三個課題，如圖5所示：

4

圖5親和圖

制圖人：宋方超制圖時間：2016-1-25

2.課題分析

小組成員對三個課題進行分析對比，如表4所示。

表4課題分析對比表

課題提出課題分析課題評價結論

工作量每檢測100片絕緣子耗用20工時

1.需要拆卸后檢

選取100片劣化絕緣子

測量懸式測，工作量大不

劣化絕緣檢出劣化絕

絕緣子絕準確性準確率2.檢測準確率高選

子數量緣子數量

緣電阻3.需線路停電，擇

100片100片100%

減少供電負荷

經濟性需停電作業(yè)，經濟損失不可估量。

工作量每檢測100片絕緣子耗用4工時。

選取100片劣化絕緣子1.工作量相對小

加裝火花

劣化絕緣檢出劣化絕2.通過聲音判斷不

間隙檢測準確性準確率

子數量緣子數量準確性低選

聲音放大

3.研制簡單，造

裝置100片67片67%擇

價低

研制聲音放大裝置需投入資金2000

經濟性

元，研制時間1個月。

工作量每檢測100片絕緣子耗用4工時

選取100片劣化絕緣子

1.工作量相對小

測量懸式劣化絕緣檢出劣化絕

準確性準確率2.檢測準確率高選

絕緣子分子數量緣子數量

3.制作過程復擇

布電壓

100片100片100%雜，造價略高

研制分布電壓測量裝置需投入資金1

經濟性

萬元，研制時間4個月.

制表人：梁雯制表時間：2016-1-25

通過分析對比表可以看出，“測量懸式絕緣子分布電壓”這一課題綜檢測準確率高，工

作量小，所以小組選擇這一課題作為本次QC活動課題。

5

3.課題查新

小組成員查閱往年電力系統(tǒng)的優(yōu)秀質量管理成果，沒有發(fā)現“懸式絕緣子分布電壓測量

裝置”這一課題。

小組成員應用國家專利查新系統(tǒng)，確定檢索詞為“懸式絕緣子、分布電壓、測量”，未

找到相關內容，目前沒有一種基于分布電壓法對懸式絕緣子進行測量的裝置。

檢索項目或困還二一麗留行分布一斕KZS

顯示設量：設置顯示手段過濾中國文覦類組設黃林序方式設置日期區(qū)間設置文獻優(yōu)先顯示語言

選擇愫作：全逢本頁取涓全選瀏覽文獻砒L全部文獻

沒有臉索到結果？

選擇掾作：全選本頁取消全選瀏覽文獻瀏覽全部文獻

檢常項目發(fā)明名v懸式避行分布電壓測量JO

防校聲明系步地由咨詢信箝聯系建（0貨皆艘接流量統(tǒng)計票燒幫助

圖6課題查新

制圖人：梁小雨制圖時間:2016-1-28

4.確定課題

最終，小組確定本次QC活動課題為：

懸式絕緣子分布電壓測量裝置的研制

三'設定目標及可行性分析

（一）設定目標

小組成員對我公司不同電壓等級電力線路上安裝的絕緣子片數進行統(tǒng)計，并計算每片絕

緣子承擔的電壓值，如表5所示。

表5絕緣子片數及實際電壓統(tǒng)計表

電壓等級/kV絕緣子數量/片承擔電壓值/kV

3545.1

11097.1

220158.5

制表人：武文成制表時間：2016-2-24

通過表6可知，每片絕緣子承擔的電壓值不超過10kV,即測量范圍在0~10kV就能滿

足檢測要求：根據計算結果可知，當測量誤差值超過O.lkV時，就不能精準判斷絕緣子的劣

6

化情況。根據誤差計算公式:

測量誤差=最不產值x100%

里程

得到測量誤差為1%,即當測量誤差＜1%就能滿足檢測要求。

小組成員通過以上分析確定量化目標為：

1.檢測范圍0~10kV；

2.測量誤差＜1%。

（二）目標可行性分析

1.小組成員對檢測范圍0~10kV的量化目標分析如下:

想要測量絕緣子上的分布電壓,就必須將絕緣子實際承擔的電壓值轉換成測量電路可測

量的電壓值，這一過程就是由分壓器來實現的，分壓器的原理如圖7所示。

高

壓

臂

采

集

電

壓

輸

低

出

壓

電

臂

壓

圖7分壓器原理圖

制圖人：郭富勝制圖時間：2016-2-26

檢測范圍主要是由分壓器的分壓比決定，分壓器分壓比的計算公式如下：

輸出電壓低壓臂

分壓比=X100%=r…X100%

采集電壓低壓臂+[WJ壓臂

由于測量電壓可檢測的電壓值（低壓輸出）最高為5V,而采集電壓（高壓）最大值設

定為10kV,計算可得分壓比為5X10-4,如果分壓器分壓比小于5x10-4,就能滿足檢測范圍

在0~10kV。

分壓比的大小取決于其高、低壓臂的阻值，小組成員通過市場調研發(fā)現，目前電子科技

市場可以買到的高壓電阻阻值范圍從幾歐到幾十兆歐都有，歐與兆歐之間數量級相差1OR

小于5x10",滿足檢測需求。

2.小組成員對測量誤差〈現的量化目標分析如下：

測量誤差的大小主要由高壓分壓器阻臂的精度、濾波電路對信號的衰減以及A/D轉換

器的精度決定。

7

(1)高壓分壓器阻臂的精度主要由購買的阻抗元件決定，目前電子科技市場可以買到

的電阻元件誤差小于0.3%。

(2)濾波電路會對采集到的電壓信號產生一定衰減，但常用的濾波電路對信號幅值的

衰減不超過其幅值的0.2%?

(3)A/D轉換器的精度主要由其位數決定，常用的A/D轉換器有8位和16位的，8

位的A/D精度可達到1/28,16位的精度可達到1/2%無論選用哪款A/D轉換器，其轉換誤

差都不會超過01％。

通過計算，測量電路的總誤差不超過0.6%,小于目標設定的1%。

通過以上分析，從技術方面是可行的，同時，小組成員具有較強的業(yè)務能力，所以：

我們的目標可以實現！

四、提出方案并確定最佳方案

(-)提出方案

小組成員根據數據的采集和顯示不在同一位置、需要實時傳輸這一特性，提出有線傳輸

和無線傳輸兩種方案，并進行對比分析，如表6所示。

表6方案的對比分析

方案方案描述方案分析方案評價結論

1.連線多，

信號傳輸7隹確率測試空間跨越

通過連接信號線序號1210平均值大，測量不

傳輸電壓信號。輸入安全

121()不

有線(V)2.連接轉

選

傳輸輸出換部位多，

0.9810擇

(V)易出現接觸

準確不良，導致

989910099.5

率％電壓信號不

穩(wěn)定

信號傳輸準確率測試

利用集成模塊，無序號1210平均值1.傳輸不

線傳輸電壓信號。輸入受空間位置

1210

無線U嘴口(V)影響選

傳輸輸出2.抗干擾擇

1210

(V)能力強，信

準確號傳輸穩(wěn)定

10099100100

率％

制表人：宋方超制表時間：2016-3-1

8

結論：通過兩個方案的對比選擇，小組選擇了無線傳輸方式，最終優(yōu)化課題為：

懸式絕緣子分布電壓無線傳輸測量裝置的研制

(二)細化并確定最佳方案

1.方案一級分解

課題方案選定后，小組對方案進行一級分解，如圖8所示。

圖8方案一級分解示意圖

制圖人：武文成制圖時間：2016-3-3

2.方案二級分解

(1)采集模塊

采集模塊主要用于采集分布電壓數據，小組成員對采集模塊進行二級分解，將其分解為

接觸探頭、高壓分壓器、信號傳輸線、絕緣支撐桿四部分。

圖9方案二級分解示意圖

制圖人：武文成制圖時間：2016-3-3

隨后又對高壓分壓器進行三級分解，將其分解為

圖10方案三級分解示意圖

制圖人：武文成制圖時間：2016-3-3

9

1）接觸探頭

①接觸探頭形式的選擇

接觸探頭的作用是直接接觸單片絕緣子進行測量，因不同電壓等級的絕緣子厚度不同，

小組成員針對接觸探頭的間距，提出間距固定、間距可調兩種形式，并進行對比分析，如表

7所示。

表7接觸探頭形式分析比較

方案分析結

方案方案描述

優(yōu)點缺點論

探頭間距固定1.探頭間距不能與

通過兩個間距固定的絕緣子厚度良好匹不

1.結構簡單；

探頭對不同厚度的絕配，測量有局限性選

2.價格相對便宜。

緣子進行測量。2.探頭接觸不良，擇

測量數據不穩(wěn)定

探頭間距可調

一個探頭采用柔韌性

1.能夠測量不同厚

較強的壓縮彈簧作為

度的絕緣子選

觸臂，可以任意轉動，制作相對復雜

2.探頭接觸良好，擇

通過調節(jié)探頭間距測

測量數據穩(wěn)定

量不同厚度絕緣子。

制表人：孫國峰制表時間：2016-3-7

結論：經過對比分析，間距可調探頭可以滿足不同厚度絕緣子的檢測需求，因此小組選

擇間距可調式探頭。

②接觸探頭材料的選擇

接觸探頭形式選定后，小組成員優(yōu)選鋁合金、304不銹鋼和黃銅三種制作材料進行對比,

如圖11所示。

鋁合金304不銹鋼黃銅

圖11接觸探頭材料

小組成員對三種材料的性能進行對比分析，如表8所示。

10

表8材料對比分析表

材料

鋁合金304不銹鋼黃銅

性能

在鋁中添加合金元素強在鋼中添加銀、銘等金

材料描述由銅和鋅所組成的合金

化后制得的合金金屬屬元素使其耐受腐蝕

密度2.8g/cm37.93g/cm38.9g/cm3

價格15.5元/公斤17.5元/公斤25元/公斤

彈性72GPa195GPa119GPa

屈服強度167MPa205MPa200MPa

結論不選擇選擇不選擇

制表人：梁雯制表時間：2016-3-11

結論：經過對比分析，304不銹鋼雖然比鋁合金重，但在彈性和屈服強度特性上表現優(yōu)

異，因此小組決定選用304不銹鋼作為接觸探頭材料。

2）高壓分壓器

①分壓器電路

小組成員根據高壓分壓器常用的電路形式提出電阻分壓器和阻容分壓器兩種形式，其原

理如圖12所示。

電阻分壓器阻容分壓器

圖12高壓分壓器形式

制圖人：郭富勝制圖時間：2016-3-14

小組成員對兩種電路形式進行對比選擇，如表9所示。

表9分壓器電路比較分析表

形式電阻分壓器阻容分壓器

由于對地雜散電容的影響，測量會引

對地雜散電容同樣會引起相應的幅

準確度起一定的幅值誤差，測量電壓越高，

值誤差，但也會減少波形畸變。

誤差越大。

11

測量時，絕緣子上的交流高壓信號瞬

測量時，電阻需要消耗能量，引起本

穩(wěn)定性間疊加到電容分壓器上面，會在低壓

身發(fā)熱，對分壓比穩(wěn)定性有一定影響

端產生較大的脈沖信號。

電阻分壓器分壓比不受頻率影響，波阻容分壓器分壓比隨頻率的變化而

形真實反映實際信號，畸變小。變化，波形畸變大。

畸變程度

經濟性制作成本高

結論選擇不選擇

制表人：郭富勝制表時間：2016-3-15

結論：經過對比分析，電阻分壓器輸出波形畸變小，數據準確穩(wěn)定，能保證裝置的檢測

精度，因此小組選擇電阻分壓器。

②分壓器封裝

為保證測量安全，需要對高壓分壓器進行封裝。小組成員提出氣體、液體、固體三種封

裝形式，并進行對比分析，如表10所示。

表10封裝材料對比分析表

方案分析

方案主要材料結論

優(yōu)點缺點

SF

61.密封工藝要求高，

易漏氣

不

1密.度小2.放電產生有毒氣

氣體封裝選

2占.用空間小體，不環(huán)保

擇

3抗.沖擊性弱

4造.價高

X變壓器油

不

1.流動性強L易吸潮

液體封裝選

2散.熱性好2.密封性差，易泄漏

擇

12

制表人：武文成制表時間：2016-3-16

結論：經過對比分析，固體封裝密封性好，抗機械沖擊能力強，因此小組選擇環(huán)氧樹脂

固體封裝。

3）信號傳輸線

采集到的絕緣子分布電壓需要傳輸到信號調理電路中進行處理，小組提出采用光纖傳輸

線和抗干擾屏蔽線兩種形式，如圖13所示。

小組成員對兩種信號線的技術參數進行對比選擇，如表11所示。

表11信號傳輸線對比分析表

方案光纖傳輸線抗干擾屏蔽線

利用光導纖維作傳輸媒質，引導信號由四根平行的導電金屬線構成，并包

傳輸原理

在光纖內沿光纖規(guī)定的途徑傳輸。覆屏蔽層。

傳輸速度10GB/S1?2GB/S

傳輸容量2GB/s.m3.4MB/s.m

傳輸距離60km1000m

抗干擾能力較強強

價格20元/米1.5元/米

結論不選擇選擇

制表人：高振興制表時間：2016-3-18

結論：經過對比分析，在關鍵參數均能滿足要求的前提下，抗干擾屏蔽線具有重量輕、

抗干擾能力強、傳輸距離遠等優(yōu)點，更適用于現場測量，因此小組選擇抗干擾屏蔽線。

4）絕緣支撐桿

①絕緣支撐桿材料的選擇

13

絕緣支撐桿用于室外高空帶電作業(yè)，所需材料應滿足強度高、耐電性好等特點，才能保

圖14三種材料的硬度、耐熱性和彎曲強度

制圖人：梁小雨制圖時間：2016-3-22

表12材料對比分析表

方案分析

方案主要材料結論

優(yōu)點缺點

1.強度高

環(huán)氧樹脂和無堿玻2.絕緣性能好選

復合材料密度大

璃纖維材料合成3工.藝性好擇

4價.格低

不

xrfxjrtf-jfcr玻璃纖維耐高溫，絕熱質脆，易折斷選

擇

1.耐高溫不

質脆易碎，機械性能

電木酚醛塑料2強.度高選

差。

3表.面堅硬擇

制表人：梁小雨制表時間：2016-3-22

結論：經過對比分析，復合材料具有強度高、耐電性好、抗彎曲能力強等優(yōu)點，小組決

定選用復合材料。

②絕緣支撐桿形式的選擇

不同電壓等級的檢測工作需要滿足不同的安全距離，因此需要設計長度可調的支撐桿。

經過分析，小組提出伸縮式、分節(jié)式兩種結構形式，并進行對比分析，如表13所示。

表13絕緣桿形式比較分析表

方案分析

方案形式結論

優(yōu)點缺點

不

采用三節(jié)伸縮設1.易攜帶1.不耐用

伸縮型選

計2.可伸縮定位任意長度2.成本高

擇

14

1耐.用性好

采用三節(jié)分段設

2成.本低選

分節(jié)型計，分節(jié)處采用螺長度固定

3質.量輕擇

旋接口

4體.積小

制表人：宋方超制表時間：2016-3-24

因探頭固定在絕緣桿上使用，易導致絕緣桿彎曲變形。針對此問題，小組成員郭富勝在

實訓室對伸縮式和分節(jié)式絕緣桿分別進行負重能力試驗，如圖15所示。

圖15絕緣桿負重能力試驗

小組成員對負重絕緣桿的對地高度進行測量，如表14所示。

表14負重能力測試表

懸掛重量/kg12345

伸縮式118116112107101

對地高度/cm

分節(jié)式120119117114111

制表人：宋方超制表時間：2016-3-25

結論：由表14可以看出，在同等負重的情況下，分節(jié)式比伸縮式離地距離大，負重能

力強，所以選擇分節(jié)式絕緣桿。

(2)傳輸模塊

傳輸模塊主要用于將采集到的電壓信號傳輸至接收終端，按需對其進行二級分解，如圖

16所示，將其分解為信號調理電路、A/D轉換電路、傳輸控制電路、無線傳輸模塊。

圖16方案二級分解示意圖

制圖人：郭富勝制圖時間：2016-3-16

15

然后對信號調理電路進行三級分解，如圖17所示，將其分解為濾波電路、整流電路。

然后小組成員對各部分進行了對比選擇。

廠濾波電路

信號調理電路

-----整流電路

圖17方案三級分解示意圖

制圖人：郭富勝制圖時間：2016-3-16

1）信號調理電路

①濾波電路

高壓分壓器輸出的電壓信號包括工頻分量和高頻分量，為保證測量數據的準確性，應濾

除電壓信號中的高頻分量。經過分析，小組提出無源濾波電路和有源濾波電路兩種方案，原

理如圖18所示。

無源濾波電路原理圖有源濾波電路原理圖

圖18低通濾波電路圖

制圖人：武文成制圖時間：2016-3-28

小組成