江秀臣 安玲 韩振东
上海交通大学电力学院，上海 200030
1 引言
长期以来，瓷质绝缘子污闪事故屡屡发生，造成巨大经济损失。因此对污秽度进行测量，以便确定是否清扫是十分重要的。50年代日本首先使用等值盐密来作为污秽程度的特征量，60年代初我国东北电网也进行等值盐密的测量。1977年在全国电力系统广泛开展此项测量工作，在随后制订的污秽等级标准中将其作为划分污秽等级的一个重要依据［1］。现在等值盐密已成为世界范围内广泛采用的一个污秽参数。但目前的测量方法，操作繁琐，容易产生误差，不适合现代电力系统发展的需要。于是研究如何对等值盐密进行现场测量，使其更可靠、简单、经济、方便具有现实意义。
2 现场测量的基本原理
2.1 基本原理
盐分溶解水中，使水溶液具有了导电性，通过测量此溶液的电导可计算出含盐量，从而求出等值盐密。现场测量就是通过一特制的采样探头和配套的测量系统，该探头能自带充足水分，润湿绝缘子表面，使附着于绝缘子表面的盐分溶解，通过测量其电导，处理后给出等值盐密值。测量原理如图1。
图1 测量湿润污层电导
Fig.1 The measurement of conductance
on wetted insulator surface
式中 Rt为测量样品等效电阻；Vs为信号源；R为串联电阻；γ为测量样品的电导值。
2.2 测量处理系统
根据上述基本原理，设计出测量仪处理系统。首先在实验室精确测量电导与等值盐密的关系，制成一个电子表格，储存在EPROM 27C128内。现场测量时，电路根据测量的电导信号自动查表，把查到的等值盐密送给语音处理芯片由喇叭播出。整个系统主要由单片机控制。由于此方法采用查表的方法，只要在实验室准确测量出盐密与电导的数据对应关系，现场测量时保持测量条件一致，就可以准确测量实际绝缘子的盐密值。而不一定非得找出在此类测量系统中盐密与电导的关系解析式。
3 测量方法
测量方法主要由测量探头决定，后续处理系统基本一样。本文设计了两种探头，一种小探头，一种大探头。选用小探头是考虑其能反映污秽分布情况，是一个比较科学的测量盐密的方法，国内外都有用此类探头测量盐密或用局部电导反映污秽度的研究［2，3］，但现场测量困难，且是局部测量，与目前规定的盐密测量数据等效性不好。大探头旨在测量整个绝缘子表面，与目前离线测量比较等效。小探头设计成同心园式结构，外园工作接地，抗干扰性能好。大探头首先设计成在玻璃片上模拟的条形探头，然后根据绝缘子形状设计实测探头。
要进行测量，必须首先确定污层湿润方法及配套电路参数。
3.1 小圆探头测量
由于国内外采用小探头测量都有了一些结论，本文不再重复。由于本文采用的小探头结构与之不同，只要在试品上能够测量出盐密就能达到与文［2，3］一致的结果。
3.1.1 探头结构
小园探头结构如图2所示。
图2 小园探头结构图
Fig.2 The structure of smaller sensor
3.1.2 测量电路参数选择
(1)信号源频率f的确定
信号源频率对测量结果和等效性都有影响，须仔细选择。频率太高，根据Debye-Falkenhagen理论［4］，电导随频率的增高而增大，各种固有电容、寄生电容影响也大，影响测量的准确性。频率太低，不但电极与溶液易发生电化学作用，腐蚀电极；而且离子的运动、中和作用影响也大。
由表1可以看出频率取在0.05～2.00 kHz的低频段，γ较稳定，基本不受频率变化的影响，这样的标准信号源容易制作，此频率也符合理论要求。这一范围还比较大，为了能确定频率的值，特意进行了下面的实验：对应某一频率，改变R(1～33 kΩ)，测量污层电导γ，根据γ最大、最小值的差别，确定f的合理值。
由表2可以看出400～600 Hz时，改变R对结果影响较小。选择此频率比较合适，可以克服串联电阻的一些影响。
表1 信号源频率对测量的影响
Tab.1 Effect of power frequency on results
f/kHz
0.03
0.05
1.00
2.00
2.50
3.00
10.00
40.00
100.00
1000.00
2000.00
V/V
0.23
0.25
0.25
0.25
0.26
0.27
0.29
0.30
0.31
0.38
0.42
γ/μS
88.5
96.9
96.9
96.9
101.0
105.0
114.0
119.0
123.0
115.0
87.9
注：Vs＝2.83V(r ms)，R＝10.0kΩ。
表2 电阻R和频率对电导的综合影响
Tab.2 The total effects of power frequency and sampling R
f/Hz
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
最大/最小
最大
最小
最大
最小
最大
最小
最大
最小
最大
最小
γ/μS
98.6
91.5
90.6
76.7
88.8
81.5
90.6
84.7
88.8
81.3
注：Vs＝5.3 V(r ms)。
(2)信号源的电压值Vs
由于本系统采用查表的方法，只要参数稳定，与实验室测量条件一致，则能保证测量的准确度。所以，做不同Vs(rms)下，V(与电导相应)对频率的稳定性试验。表3显示的数值是V/Vs。
表3 信号源电压对测量的影响
Tab.3 The effect of power voltage on results.
f/kHz
0.20
0.30
0.40
0.50
1.00
10.0
Vs/V
1.05
0.73
0.73
0.76
0.76
0.80
0.83
Vs/V
2.12
0.60
0.60
0.60
0.60
0.60
0.62
Vs/V
3.54
0.50
0.51
0.51
0.51
0.51
0.54
Vs/V
5.30
0.48
0.50
0.50
0.50
0.51
0.52
V/Vs与频率非线性，反映了频率对V(相应电导)的影响。从表中看出，信号源电压大于2伏，数值已基本稳定，在5.3V时，已达到稳定值，故信号源电压可取5.0V左右。
3.1.3 电导与盐密的关系
对制作好的一定盐密D的玻璃片，测量其电导γ，每片取九点，九点的平均值认为是此盐密的电导值。这样，测量一组数据γ－D，进行数据处理，求γ与D的关系。
由表4可以看出，γ与D或D的平方根的相关性都较好。
表4 电导与盐密的关系
Tab.4 The relationship of ESDD D and conductance γ
玻璃片
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