紅外測溫技術在硬質安全工器具試驗中的應用探討

李明霞，錢二剛

(吉林省電力有限公司延邊供電公司，吉林 延邊 133000)

1 概述

絕緣操作桿是電力系統帶電作業中使用最為廣泛的工具之一，其數量占全部絕緣工具的45 %。在帶電作業中使用操作桿是地電位作業，即“導體-絕緣桿-人體(大地)”的作業方式，此時操作桿承受著作業時的全部電壓，絕緣操作桿的電氣性能直接決定了人身和設備的安全。所以，需要定期對絕緣工具進行預防性試驗，及時發現缺陷和隱患，以保障作業者的生命安全。

2 硬質絕緣工具的分類和材料特點

2.1 分類

硬質絕緣工具一般分為兩大類：一類是常用的絕緣工具，如高壓驗電器、絕緣操作棒、核相桿、接地棒等；另一類是帶電作業用絕緣工具，如托瓶架、絕緣梯、絕緣拉板、絕緣拉桿等。兩者的區別在于：前者在作業過程中，為短時接觸帶電體或不接觸帶電體；后者不僅接觸帶電體，而且時間較長，整個帶電作業工作過程中可能一直需要接觸。

2.2 材料特點

電氣絕緣工具的主要絕緣材料為環氧樹脂玻璃布板和玻璃布管。環氧樹脂層壓材料以玻璃布為基材浸漬環氧樹脂膠液，烘干后得到環氧樹脂膠布，再經疊層高壓熱固化形成板材或形狀簡單的層壓制品；或經卷繞熱固化后制成管材或棒材。在常溫下，環氧樹脂玻璃布板具有較高的絕緣性能和機械強度，同時還具有吸濕性低、耐老化的特點。

3 絕緣工具耐壓試驗及其不合格原因分析

3.1 耐壓試驗

帶電作業工具的工頻耐壓試驗是監視其絕緣狀況的主要手段，絕緣工具的耐壓試驗就是為了考驗其耐擊穿能力。絕緣桿擊穿后，會出現燒焦或熔化的導通、裂縫等現象。

根據2008—2011年的試驗結果，不合格的絕緣桿大多有過熱、表面閃絡等缺陷，其具體分類統計結果如表1所示。

表1 2008—2011年絕緣桿不合格現象分類件數

3.2 不合格原因分析

3.2.1 制造工藝不良

當材料表面不平整、有雜質或氣泡時，在外電場作用下就會造成材料電場分布不均勻，局部場強集中，產生局部放電現象，有可能產生擊穿、閃絡或發熱現象。

3.2.2 絕緣原材料質量低劣

主絕緣材料(有機樹脂絕緣與無機玻璃絲布組成的固體復合絕緣材料)存在缺陷，如層間氣隙、氣泡、樹脂與玻璃絲布之間的界面疏松等，特別是在硬質絕緣工具的運輸和使用中，會因機械碰撞等原因導致絕緣材料出現撞傷等局部疏松缺陷。這些局部絕緣缺陷是產生局部擊穿的內在條件，一旦將帶有局部絕緣缺陷的絕緣工具投入帶電作業中或對其進行電氣耐壓試驗時，由于高電壓和局部強電場的作用，必然導致其絕緣缺陷處產生局部擊穿。

3.2.3 電老化

絕緣工具的電老化過程是逐漸發展的、具有累積效應的不可逆過程，其特點是絕緣工具的電氣強度隨電老化時間的增加而逐漸降低，直至最終承受不住外施電壓而發生閃絡擊穿。

2014年10月至2015年10月我院對50例尋常型銀屑病患者開展了分析研究,將患者分成了對照組和觀察組,均有25例,男性患者有31例,女性患者有19例,最小17歲,最大60歲,平均(39.1±3.4)歲,全部患者對此次研究知情且同意參與,患者沒有藥物過敏史,治療前3個月沒有使用維A酸、糖皮激素、免疫抑制劑等藥物。

3.2.4 受潮臟污

有些絕緣桿長期暴露在空氣中，極易受潮臟污。絕緣桿臟污、受潮會嚴重降低其電氣絕緣強度。例如絕緣桿在第一次試驗中不合格，但經過清潔、干燥處理后，再次試驗時即合格。

4 定期試驗存在的問題

根據絕緣工具的實驗項目和標準規定，采用較高的工頻試驗電壓對絕緣工具進行整體耐壓試驗是必要的。這樣做，一方面可對材料、絕緣長度、結構設計進行全面校核，有利于發現潛在的絕緣缺陷和隱患；另一方面可通過模擬電網中可能出現的最嚴重情況，對工具安全性能進行極端考核，保證工具對作業人員有足夠的安全裕度。但采用數倍于正常運行的電壓值進行預防性試驗，將極端狀況下的試驗電壓定期地應用于常規性考核，則有可能降低絕緣工具的安全性能。

(1) 強電場的長期作用會引起材質老化。在耐壓試驗中，當絕緣桿的試驗電壓為2～4倍的額定電壓時，沿絕緣件的電壓分布極不均勻，靠近帶電體的端部電壓較高，前端30 %的絕緣桿需承受大致70 %以上電壓。過高的電壓會引起電暈或流柱放電，通過離子轟擊侵蝕絕緣材料，導致有機材料劣化，產生導電沉積物，并在電極端部的高場強區附近起到延長電極的作用，導致材料進一步劣化。在周期性的試驗中，絕緣桿將反復承受數倍運行相電壓的試驗電壓，極易使其端部材料發生電老化。

(2) 耐壓試驗不易發現漸進的潛在缺陷。僅采用整段耐高壓試驗，不能全面考核出試件的實際狀況，特別是絕緣工具因受潮、臟污或材料劣化致使泄漏電流上升，但不會產生貫通性閃絡等缺陷。

5 紅外熱像檢測原理和試驗方法

5.1 紅外熱像檢測原理

根據熱輻射理論，當任何物體的溫度高于絕對零度時，都會向外產生紅外輻射，溫度越高，紅外輻射的能量就越大。紅外熱像儀通過紅外掃描單元把物體表面的輻射能量轉化成電子視頻信號，該信號經放大傳送至顯示器，只要根據物體表面溫度場的分布情況，就可判斷被測物體是否存在過熱性缺陷。紅外檢測就是將物體發出的紅外輻射成像顯示，從而準確判斷物體表面的溫度分布情況，具有準確、實時和快速的特點。

通過對紅外成像的掃描普查，能發現異常發熱的部位，及時排除隱患。為了全面反映被測設備的溫度情況，應盡可能地選擇可以觀察被測設備故障點全貌的測試位置，檢測點應選在與被測設備面相互垂直的位置，中間應無其他物體遮擋。同時，為獲得精確的溫度讀數，應在保證人身和設備安全的前提下，盡可能縮小測量距離。

5.2 絕緣工具局部缺陷檢查

利用紅外熱像技術，可以及時、準確地發現任何內部缺陷所形成的表面溫場分布異常的情況，這是早期確認內部缺陷的有效檢測手段。自2011年起，該供電公司試驗室將紅外技術應用于硬質絕緣工具試驗的檢查，以下是4起紅外線與耐壓相結合的檢查案例。

5.2.1 劣化、老化

電壓加至20 000 V時，絕緣工具上觀察到不連續的放電區，發亮的放電區與不放電的較暗區交替出現。電壓繼續增大時，在高場強作用下，絕緣工具的表面和空氣沿面從高電壓電極向接地端產生嚴重的沿面放電。

在硬質絕緣工具主絕緣內部難免存在分層、裂紋、氣隙和雜質等局部絕緣缺陷。在工頻高電壓的作用下，由于電場強度按相對介電系數成反比分布，在絕緣強度較低的內部氣隙、分層裂紋等缺陷處會出現局部高場強，易引發內部局部放電。當材料絕緣性能不佳時，會造成絕緣表面短路，形成放電貫穿，導致絕緣工具無法通過試驗。

5.2.2 內部臟污

在某次加電耐壓5 000 V時，絕緣工具發出異樣響聲，經紅外掃描后，發現有一節明顯發亮。仔細檢查發現：絕緣桿的空管里充滿了泥土，導致絕緣工具的電壓和電場分布不均勻，使局部桿段承受較大的場強。

5.2.3 裂隙

在某次檢測加電時，絕緣工具聲音異常，停電后用手觸摸卻并不發熱。紅外測試發現熱點在中間某個部位。進一步檢查發現，該部位有細小裂隙。該熱點溫度只有18 ℃，人手不易察覺。由于此檢測的試驗周期為1年，絕緣工具內部缺陷最終可能發展成絕緣損壞擊穿。因為在起始階段，此缺陷表現為集中性缺陷并且劣化現象不嚴重，進行絕緣工具檢測時將難以判斷。

5.2.4 受潮

某單位由于保管不當使絕緣桿受潮，采用紅外配合進行耐壓檢測絕緣強度，當加壓至5 000 V時，桿上出現紅亮區，停電后用手摸發熱。絕緣工具發熱是因絕緣工具材料受到潮氣侵襲，在電壓作用下產生較大的入地泄漏電流，材料嚴重發熱，絕緣性能不合格，進行干燥處理后，試驗合格。若不采用紅外儀，絕緣工具將在試驗時發生閃絡擊穿而報廢。

6 結束語

試驗結果表明：用紅外熱像檢測法與工頻耐壓試驗配合，可檢測出硬質絕緣工具內部潛在的局部絕緣缺陷，達到定量和定位測量，提前發現絕緣件的集中性缺陷、整體受潮、貫通受潮部分或未完全貫通的集中性缺陷。這種試驗方法可在較低電壓下實施，具有直觀、可靠、不損傷絕緣工具的優點。建議今后對各類帶電作業絕緣工具進行工頻耐壓電氣試驗時，應增加紅外熱像檢測項目，以便試驗人員及早發現局部絕緣缺陷，綜合判斷絕緣工具的絕緣狀況，更好地保護作業者的人身安全。