故障絕緣子的發熱機理及其紅外熱像檢測

楊冬冬 劉永鑫 蘆竹茂

摘要：由于絕緣子表面有污穢以及電阻質量逐漸劣化，繼而導致絕緣子發生故障。本文主要分析引起故障絕緣子發熱的主要機理，以及運用高分辨的紅外熱像儀進行檢測并研究運行過程中的絕緣子狀態。

關鍵詞：絕緣子故障 發熱機理 熱像特征 紅外熱像

我國變電所、發電廠及運輸電線路過程中常常使用絕緣子設備。由于外界環境的影響，導致其長期暴露在各種較強的機械負荷及復雜多變的氣候環境中，承受著外界給予的壓力，繼而減小了絕緣電阻，增大了電流量，影響了絕緣子的性能，產生一系列問題，因此進行紅外線熱像檢測是至關重要的。

1 故障絕緣子的發熱機理

1.1 故障絕緣子表層污穢發熱機理 絕緣子往往運行在外界環境中，繼而會被外界環境因素而影響其正常運行。多半有雨季及粉塵污染物，這些污穢物依附在絕緣子表層，在雨水的作用下形成導電薄膜，繼而成為了不良導體，在絕緣子表層出現發熱帶，造成絕緣子發生故障。一般情況下，由于介質物的影響而引起損耗發熱不大因此有必要研究絕緣子的發熱機制，探討絕緣子表層污穢及電阻劣化引起發熱的紅外線特性特征，并采取有效措施進行有效解決，促使絕緣子故障減少，正常運行。

1.2 故障絕緣子電阻劣化發熱機理 絕緣子電阻劣化發熱機理與絕緣材料的損壞有關。而導致絕緣材料的損壞有多方面的原因，例如運輸過程中、雨季后產生的水分潮氣、局部放電、冷熱變化下降低拉伸強度等。都會導致絕緣子老化、破損，嚴重影響其正常運行。在這些影響因素中，由于破損和老化，一旦有外界水分進入其損壞處，必然會在化學作用及電池共同作用下產生碳化通道。繼而降低了絕緣子有效距離，引起其劣化內部突然大幅度升高，發生故障。

2 紅外熱像檢測技術的發展及應用

2.1 紅外熱像檢測技術的發展 在我國技術水平領域中，最初的熱像儀由于探測器元數十分少，其產生的信號難以在陰極射線管上呈現圖像的形式。因此，往光學系統中添加了機械掃描器功能，使其能正常的接收外界中的自然景物，進而轉變成圖像。然而，還是有許多不足之處。在相關研究人員的研發下，產生了第二代熱成像儀，第二次生產的熱成像儀主要利用非致冷焦平面陣列技術，集合成幾十萬個信號放大器，將芯片放入光學系統的內部，可以脫離光機掃描系統，并且極大提高了其熱分辨率、靈敏性能、目標的識別能力及探測距離，縮小了熱像儀器的體積，給予使用者帶來了方便。

紅外熱像儀是我國主要檢測絕緣子運行狀態的儀器。這種紅外熱像檢測技術與其他國家相比有很大的差距，從1970年起，是我國首次研究紅外熱成像技術。隨著時代的進步，我國也獲得了多項技術成果，例如：紅外熱像設備上的微型致冷器以及低噪聲寬頻帶前置放大器等技術的研發。近幾年以來，由于我國投入了大量資金、人力和物力在紅外熱像技術的研發方面，使其技術有一個質的飛躍，不斷縮小與其他發達國家的差距。甚至有些技術設備可以與發達國家相比。例如，目前生產的1000×1000像素的探測器陣列，使用了基于銻化銦（Indium antimonide）的新器件。

2.2 紅外熱像檢測故障診斷中的分析 紅外熱像儀能及時發現連接點當中的熱隱患，能檢測那些由于被遮擋而難以直觀看到的部分，將其熱量傳遞到外面部件中，并分析得出結論。使用紅外熱像技術，可對電阻劣化、絕緣子表層的進行紅外熱像檢測。分析絕緣子表層、電阻劣化的發熱特點。下面對絕緣材料出現惡化、污穢物展開分析。開始測試前應該選擇在石油某動力廠室外環境中無風、溫度保持在2℃左右、日落黃昏、濕度不超過百分之八十五，選用德國生產的紅外熱像儀，其空間分辨率為0.7mrad、靈敏度0.08℃。

①當絕緣材料出現劣化的時候，Rp電阻逐漸減少，等到表層污穢的電阻Rc>Rp時，Re≈Rp，其發熱功率主要集中于鋼帽的內部，繼而出現明顯的發熱區。低值絕緣子的條件是55MΩ≤Rp≤350MΩ（參見圖1）。同時，也可參見低值絕緣子熱像圖2（使用VCr紅外線熱像儀拍攝）。②當絕緣子材料處于干燥條件的時候，由于一些污穢物質是不良導體，隨著雨季的降臨，導致水分滲入那些污穢物之中，影響了導電率的變化，繼而增大了發功率。當表層污垢十分嚴重的時候，引起表層溫度迅速變高（參見圖3）。污穢、低值的發熱規律與熱像特征有明顯的差異，而采用紅外熱像儀能有效檢測絕緣子是否正常運行，以便及時發現一些隱患，作出防范措施。

3 結束語

本文系統的分析了故障絕緣子的發熱機理以及如何采用紅外熱像對絕緣子污染物、電阻劣化進行檢測，分析了其影響因素。隨著紅外熱像技術的發展，使絕緣子的檢測功能更為全面、智能化。尤其是在檢測絕緣子故障方面。只有改進絕緣子的故障檢測技術，才能讓其更好的發揮其效益，更好的服務于群眾，進而帶動國家經濟的發展。

參考文獻：

[1]金光熙，權光日，郎成，等.故障絕緣子的發熱機理及其紅外熱像檢測[J].電瓷避雷器，2011（5）：12-15.

[2]曹志全.紅外測溫儀在750 kV線路絕緣子串檢測中的應用[J].寧夏電力，2011（2）：7-10，37.

[3]何洪英，楊迎建，姚建剛，等.利用紅外熱像檢測高壓絕緣子污穢度的影響因素研究[J].高電壓技術，2010，36（7）：1730-1736.