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1.引言
隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對電力運(yùn)行的安全性和可靠性提出了更高的要求。資料表明:高壓電網(wǎng)運(yùn)行故障多半是由于絕緣不良所引起的，而高壓線路絕緣子是高壓電網(wǎng)絕緣的薄弱環(huán)節(jié)。因此對線路絕緣子的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行帶電檢測，對于保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實意義。
復(fù)合絕緣子以重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高，耐污性能好、運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)點在各國電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用[1]。但隨著線路復(fù)合絕緣子的大量使用，復(fù)合絕緣子在運(yùn)行中已經(jīng)出現(xiàn)了各種各樣的問題，(例如不明原因閃絡(luò)等)。這些問題已引起各國學(xué)者和電力系統(tǒng)工作人員的高度重視。因此，研究復(fù)合絕緣子絕緣缺陷檢測技術(shù)，是保證電力運(yùn)行可靠性的一項重要工作，對于保證電網(wǎng)安全運(yùn)行具有十分重要的意義。 
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對本文所述靜電場而言，滿足泊松方程和對應(yīng)的邊值：
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其所對應(yīng)的等價變分問題為： 
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式中，V為求解域，Г為求解域邊界。剖分整個求解域V成ne個單元，則總體泛函式為：
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式
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為泛函F達(dá)到極值時可得單元矩陣方程，式中上標(biāo)"e"的矩陣為單元"e"的貢獻(xiàn)。復(fù)合為總體系數(shù)矩陣[K]和總體右端列向量[F]。總體復(fù)合為:
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式中，[Φ]為求解域內(nèi)全部節(jié)點電位所形成的電位列陣，由此即可得到各節(jié)點的電位值。
3.建模仿真及結(jié)果分析
研究表明，復(fù)合絕緣子的電場分布是一個無界域內(nèi)的不對稱三維場，如不采用適當(dāng)?shù)奶幚矸椒�，則計算較困難。為此在建模時作以下簡化[4]：忽略相間、桿塔、橫擔(dān)和導(dǎo)線的影響。并將無窮遠(yuǎn)處的邊界移至靠近絕緣子適當(dāng)?shù)木嚯x處，即以有限邊界代替無限遠(yuǎn)邊界。這樣處理使絕緣子電場計算大為簡化，而引起的誤差卻不大。 
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圖1-復(fù)合絕緣子示意圖
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復(fù)合絕緣子的電場可分解成沿絕緣子的縱向分量和沿絕緣子的徑向分量，由計算可知，徑向電場分量所占的比例很小，可忽略不計�？v向電場分量約等于復(fù)合絕緣子的電場,在現(xiàn)場可用縱向電場分量檢測復(fù)合絕緣子的缺陷。圖2是無缺陷復(fù)合絕緣子電場強(qiáng)度縱向分量E沿絕緣子軸向的變化曲線。由圖可知，復(fù)合絕緣子沿面場強(qiáng)分布很不均勻，高壓電極附近電位線密集，為高場強(qiáng)區(qū)，中間部分電場分布較均勻，低壓電極附近電場有所回升。顯"U"字形。圖3是無缺陷復(fù)合絕緣子電位沿絕緣子軸向的變化曲線。由圖可知，復(fù)合絕緣子沿面電位分布很不均勻。
當(dāng)絕緣子存在導(dǎo)通性缺陷時(包括護(hù)套中導(dǎo)通性缺陷和芯棒中導(dǎo)通性缺陷)，此處的電位變?yōu)橐怀?shù)，由于電場強(qiáng)度E是電位沿長度的變化率，因此此處的縱向電場強(qiáng)度將突然降低，做出的電場分布曲線也不再光滑，而是在相應(yīng)的位置上有畸變(中間下陷，兩端上升)，本文缺陷人為設(shè)定為護(hù)套中三角狀導(dǎo)通性缺陷，缺陷狀態(tài)下復(fù)合絕緣子沿面電場分布見圖3。圖4為其局部放大圖。沿面電位分布無明顯變化，此處省略。由此可見，通過測量復(fù)合絕緣子的縱向電場分布，可以找出復(fù)合絕緣子的內(nèi)絕緣導(dǎo)通性故障。
當(dāng)絕緣子存在空氣隙時(包括護(hù)套中空氣隙缺和芯棒中空氣隙)，在外部電場的極化下，氣隙中的局部場強(qiáng)隨氣隙形狀的不同而有不同倍數(shù)的升高，氣隙中有可能發(fā)生電離。因此此處的縱向電場強(qiáng)度將突然增大，做出的電場分布曲線也不再光滑，而是在相應(yīng)的位置上有畸變(中間上升，兩端下陷)，本文缺陷人為設(shè)定為護(hù)套中三角狀空氣隙缺陷，缺陷狀態(tài)下復(fù)合絕緣子沿面電場分布見圖5。圖6為其局部放大圖。沿面電位分布無明顯變化，此處省略。由此可見，通過測量復(fù)合絕緣子的縱向電場分布，可以找出復(fù)合絕緣子的內(nèi)絕緣導(dǎo)通氣隙性缺陷。
本文通過計算得出無缺陷復(fù)合絕緣子電場分布曲線和不同類型缺陷復(fù)合絕緣子電場分布曲線。通過對比可知，電場法可以探測出復(fù)合絕緣子的內(nèi)絕緣缺陷的位置和長度。當(dāng)然，還要通過現(xiàn)場實測來驗證水分、污穢等對電場分布的影響，以及積累大量數(shù)據(jù)以預(yù)測絕緣缺陷的危害程度。
4.結(jié)論
復(fù)合絕緣子沿面場強(qiáng)、沿面電位分布極不均勻。復(fù)合絕緣子沿面場強(qiáng)分布很不均勻，高壓電極附近電位線密集，為高場強(qiáng)區(qū)，中間部分電場分布較均勻，低壓電極附近電場有所回升。顯"U"字形，電場分布曲線光滑。當(dāng)復(fù)合絕緣子內(nèi)絕緣存在缺陷時，電場分布曲線不再光滑，而是在相應(yīng)的位置上有畸變。因此，通過測量復(fù)合絕緣子的縱向電場分布，可以探測出復(fù)合絕緣子的內(nèi)絕緣缺陷的位置和長度。復(fù)合絕緣子電場計算的研究工作進(jìn)行地還不夠充分，沒有一個很有效的工具用來計算復(fù)合絕緣子特別是特殊環(huán)境條件下(如污、濕)復(fù)合絕緣子的電場分布，還需要作進(jìn)一步的研究。
參考文獻(xiàn):
[1]張文亮,吳維寧,吳光亞,等.我國絕緣子的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J],高電壓技術(shù),2004.30(1):10-12.
[2]陳熹.用電場法帶電檢測合成絕緣子內(nèi)絕緣缺陷[J],電世界,2007:41-43.
[3]盛劍霓.工程電磁場數(shù)值分析[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,1991.
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