基于熱紅外成像技術(shù)的絕緣子故障分類(lèi)研究

王興照周大洲王 寧

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南 250000；2.國(guó)網(wǎng)濟(jì)南供電公司，濟(jì)南 250012）

基于熱紅外成像技術(shù)的絕緣子故障分類(lèi)研究

王興照1周大洲1王 寧2

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南 250000；2.國(guó)網(wǎng)濟(jì)南供電公司，濟(jì)南 250012）

針對(duì)停電測(cè)量絕緣電阻或帶電測(cè)量分布電壓等檢零方式在實(shí)際操作中，都存在停電范圍大、人員安全風(fēng)險(xiǎn)高、檢測(cè)周期無(wú)法保證等問(wèn)題，本文分析了盤(pán)形懸式瓷絕緣子紅外精確測(cè)溫的數(shù)據(jù)，并通過(guò)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出利用紅外熱圖的絕緣子故障分類(lèi)研究。對(duì)絕緣子可能出現(xiàn)的故障類(lèi)型通過(guò)絕緣電阻測(cè)試、絕緣子電壓分布測(cè)試、泄漏電流測(cè)試、交流耐壓測(cè)試等試驗(yàn)手段驗(yàn)證最終的熱紅外成像故障分析結(jié)果。

絕緣子；故障；熱紅外成像

目前，絕緣子故障的主要檢測(cè)方法為在線檢測(cè)，包括有微波反射法、紫外成像法和紅外成像法、超聲波檢測(cè)法、無(wú)線電波法、激光多譜勒法、電場(chǎng)測(cè)量法、泄漏電流檢測(cè)法、脈沖電流法等等。其中，隨著熱紅外成像技術(shù)在電力系統(tǒng)的普及，現(xiàn)在絕大多數(shù)的變電站在巡檢中已經(jīng)配備熱紅外成像儀，通過(guò)溫度場(chǎng)的分布監(jiān)測(cè)來(lái)判斷絕緣子是否有潛在隱患[1-3]。

本公司所在變電站內(nèi)安裝有盤(pán)形懸式瓷絕緣子，尤其是敞開(kāi)式變電站內(nèi)數(shù)量較多，停電測(cè)量絕緣電阻或帶電測(cè)量分布電壓等檢零方式在實(shí)際操作中，都存在停電范圍大、人員安全風(fēng)險(xiǎn)高、檢測(cè)周期無(wú)法保證等問(wèn)題。為此公司組織開(kāi)展了盤(pán)形懸式瓷絕緣子紅外精確測(cè)溫工作，利用所選取的絕緣子開(kāi)展試驗(yàn)，并通過(guò)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出利用紅外熱圖的絕緣子故障分類(lèi)研究。并對(duì)絕緣子可能出現(xiàn)的故障類(lèi)型的最終評(píng)估通過(guò)絕緣電阻測(cè)試、絕緣子電壓分布測(cè)試、泄漏電流測(cè)試、交流耐壓測(cè)試等試驗(yàn)手段得到最終的故障分析結(jié)果[4-5]。

1 絕緣子熱紅外測(cè)量實(shí)例

1.1 試驗(yàn)布置和試品

某變電站主變 220kV進(jìn)線耐張串采用的是XP-70瓷質(zhì)絕緣子，單串16片，該變電站處于為E級(jí)污穢區(qū)，瓷質(zhì)絕緣子運(yùn)行工況非常惡劣。通過(guò)紅外精確測(cè)溫發(fā)現(xiàn)該耐張串存在缺陷后，變電檢修室及時(shí)對(duì)該耐張串進(jìn)行了更換。試驗(yàn)人員對(duì)更換下來(lái)的瓷質(zhì)絕緣子再次進(jìn)行運(yùn)行電壓下的紅外精確測(cè)溫工作，并對(duì)絕緣子進(jìn)行了絕緣電阻、直流泄漏、交流耐壓測(cè)試。

在對(duì)變電站的夜間紅外精確測(cè)溫中，發(fā)現(xiàn)2主變220kV進(jìn)線B、C相耐張串溫度梯度異常，紅外精確測(cè)溫圖譜如圖 1所示（測(cè)試儀器為 FLIR公司P660紅外成像儀；試驗(yàn)時(shí)間為晚上7∶00；測(cè)試溫度：5℃；相對(duì)濕度40%）。

圖1 主變220kV進(jìn)線耐張串紅外精確測(cè)溫圖譜

從紅外圖譜中可以明顯看出，A相絕緣子串相鄰絕緣子溫差極小，沒(méi)有明顯發(fā)熱點(diǎn)，符合正常絕緣子串紅外圖譜典型特征。B、C兩相耐張串存在較為明顯的發(fā)熱點(diǎn)，且發(fā)熱部位均以鋼帽為發(fā)熱中心，瓷盤(pán)溫度沒(méi)有明顯溫升，根據(jù)DLT 664—2008《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》，該圖像符合低值絕緣子發(fā)熱的基本特征。

從溫度曲線中可以明顯看出，A相耐張串溫度分布均勻，呈不對(duì)稱(chēng)馬鞍形曲線，符合正常絕緣子的溫度分布規(guī)律；B相耐張串線路側(cè)第1片絕緣子溫度為10℃，高于相鄰絕緣子1.5K，超出DLT 664—2008《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》中溫升不大于1K的規(guī)定；線路側(cè)第4片絕緣子溫度9.2℃，高于相鄰絕緣子0.7K，明顯不符合正常絕緣子串溫度分布規(guī)律；C相線路側(cè)第一片絕緣子為 9℃，超出相鄰絕緣子0.5K。可初步判定B相線路側(cè)第1、第4片絕緣子，C相第1片絕緣子存在異常[2,5]。

在絕緣子內(nèi)部有缺陷的地方，會(huì)發(fā)生局部放電、電暈、脈沖電流等現(xiàn)象，并產(chǎn)生相應(yīng)的熱效應(yīng)，較集中的熱量從絕緣子內(nèi)部往外傳導(dǎo)，但由于鋼帽的熱阻比瓷盤(pán)的熱阻低得多，故瓷盤(pán)表面的溫度相對(duì)鋼帽要低，熱點(diǎn)集中在鋼帽上；隨著瓷盤(pán)內(nèi)部缺陷發(fā)展，絕緣子電阻隨之降低，當(dāng)絕緣電阻降低到一定程度，泄漏電流幾乎全部從絕緣子的內(nèi)部流過(guò)，此時(shí)內(nèi)部也沒(méi)有強(qiáng)烈的局部放電或是電暈效應(yīng)，使得整個(gè)絕緣子發(fā)熱小，這是B相第4片絕緣子比第1片絕緣子絕緣電阻低、溫度低的原因。

2 絕緣子絕緣電阻測(cè)試

從表1中可以明顯看出B相第1片、第4片，C相第1片絕緣子絕緣電阻明顯低于其他各片。

根據(jù)Q/GDW 1168—2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》：盤(pán)式絕緣子零值測(cè)量必要時(shí)采用5000V兆歐表，絕緣電阻應(yīng)不低于500MΩ，達(dá)不到500MΩ時(shí)，在絕緣子表面加屏蔽環(huán)并接兆歐表屏蔽端子后重新測(cè)量，若仍小于500MΩ時(shí)，可判定為零值絕緣子。根據(jù)由此可判定B相第4片絕緣子為零值絕緣子，B相第1片、C相第1片絕緣子絕緣電阻明顯下降。

表1 絕緣子絕緣電阻測(cè)試數(shù)據(jù)（單位：MΩ）

3 絕緣子泄漏電流測(cè)試

為更好地掌握絕緣子的絕緣情況，現(xiàn)對(duì)其B相第1片、第4片絕緣子，C相第1片絕緣子進(jìn)行直流泄漏測(cè)試，試驗(yàn)選取A相第1片絕緣子作為參照物，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2—表4。

表2 絕緣子直流泄漏測(cè)試結(jié)果（單位：μA）

由表2可知，A相絕緣子運(yùn)行狀態(tài)良好，各電壓下泄漏電流數(shù)值基本為 0。B相第 4片絕緣子泄漏電流數(shù)值較大，在直流20kV時(shí)出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，B相第1片、C相第1片均有較大泄漏電流出現(xiàn)。

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C相第1片絕緣子泄漏電流隨電壓增長(zhǎng)極快，其老化程度高于B相第1片絕緣子。

4 絕緣子交流耐壓測(cè)試

懸式絕緣子必要時(shí)進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，盤(pán)形懸式絕緣子交流試驗(yàn)電壓取60kV。試驗(yàn)人員對(duì)典型絕緣子進(jìn)行了交流耐壓測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 絕緣子交流耐壓試驗(yàn)結(jié)果（單位：kV）

作為參考相，B相第2片絕緣子、C相第2片絕緣子均滿足規(guī)程中交流耐壓的要求。B相第1片絕緣子、B相第4片絕緣子、C相第1片絕緣子交流耐壓水平明顯下降。

絕緣子串電壓分布呈不對(duì)稱(chēng)馬鞍型，兩側(cè)電壓較高而中間較低，且線路側(cè)絕緣子分壓明顯大于架構(gòu)側(cè)。線路側(cè)第1片絕緣子長(zhǎng)期承受較高電壓使其老化速度較快，B、C相第1片絕緣子耐壓水平均出現(xiàn)了明顯下降。

5 結(jié)論

綜合主變220kV進(jìn)線耐張串紅外測(cè)試、絕緣電阻測(cè)試、絕緣子電壓分布測(cè)試、泄漏電流測(cè)試、交流耐壓測(cè)試結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：

絕緣子的異常現(xiàn)象，如表面臟、裂紋、性能下降等等，可以通過(guò)溫度的差異進(jìn)行判斷。監(jiān)測(cè)細(xì)微溫度變化，準(zhǔn)備判斷隱患缺陷，方便及時(shí)消除和檢修。以下可以作為絕緣子故障對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方法：

1）故障類(lèi)別一：絕緣子絕緣電阻劣化，效果下降。

檢測(cè)方法：懸式瓷或玻璃絕緣子鋼帽溫度偏高，表面溫差超過(guò)1K，為低值絕緣子。懸式瓷或玻璃絕緣子鋼帽溫度偏低，表面溫差超過(guò)1K，為零值絕緣子。

2）故障類(lèi)別二：絕緣子表面積污嚴(yán)重，局部放電造成溫度異常，表面泄露電流分布不均。

檢測(cè)方法：懸式瓷或玻璃絕緣子局部溫度偏高，溫差超過(guò) 0.5～1K，可能原因表面污穢導(dǎo)致絕緣子泄露電流增大引起。

3）故障類(lèi)別三：絕緣子破損，橫向或縱向裂紋造成溫度異常。原因是機(jī)械損傷和電弧灼傷。

檢測(cè)方法：表面無(wú)明顯溫度異常，橫向和縱向比較溫差較大，初步判斷為裂紋缺陷。還可采用比較法，相間溫差大，超過(guò)2K，裂紋的原因。

采用如上方法進(jìn)行判斷，可以提前對(duì)相關(guān)電氣設(shè)備做在線測(cè)量，對(duì)疑似故障進(jìn)行在線模式識(shí)別。如果將相關(guān)推論應(yīng)用于在線監(jiān)測(cè)中，可以極大地提高巡檢的辦事效率，從而縮短停電時(shí)間。

[1]夏德分.紅外熱像檢測(cè)零值絕緣子影響因素研究[D].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué),2012.

[2]Q/GDW 1168-2013.輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3]王靜雷.熱紅外圖像異常目標(biāo)檢測(cè)算法研究[D].杭州:浙江大學(xué),2013.

[4]何洪英,姚建剛,蔣正龍,等.利用紅外圖像特征和徑向基概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別不同濕度條件下絕緣子的污穢等級(jí)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2006,26(8):117-123.

[5]張杰.紅外熱成像測(cè)溫技術(shù)及其應(yīng)用研究[D].成都:電子科技大學(xué),2011.

[6]李佐勝,李文利,姚建剛,等.應(yīng)用絕緣子紅外熱像處理的現(xiàn)場(chǎng)污穢等級(jí)檢測(cè)方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2010(4):132-138.

[7]陳水橋,陳洪山,張訓(xùn)生.紅外熱成像法研究電路板熱分布特性[J].物理實(shí)驗(yàn),2001,21(6):8-11.

[8]張彥,姚建剛,毛田,等.WebGIS紅外熱像零值絕緣子在線檢測(cè)系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),2013,25(4):51-57.

[9]李旦.基于紅外熱像的零值絕緣子圖像處理關(guān)鍵技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué),2013.

[10]陳金法.基于紅外熱像技術(shù)的絕緣子狀態(tài)檢測(cè)與診斷[J].電工電氣,2011(12):42-47.

Insulator Fault Diagnosis based on Thermal Infrared Imaging System

Wang Xingzhao1Zhou Dazhou1Wang Ning2
(1.State Grid Co.,Ltd,Shandong Power Supply Company,Ji’nan 250000;2.State Grid Co.,Ltd,Ji’nan Power Supply Company,Ji’nan 529020)

Aim at power outage or charged insulation resistance measurement distribution voltage zero detection approach in practice,there are large range of power,personnel safety risk is high,there is no guarantee that the problem such as testing cycle,this paper analyzes the disc hanging porcelain insulator infrared temperature measurement data precision,and through the expert experience summed up the use of infrared heat insulator fault classification research.Possible fault types of insulator by voltage distribution test,insulation resistance testing,insulator leakage current test means such as test,ac withstand voltage test to verify the final failure analysis of thermal infrared imaging results.

insulator;fault;thermal infrared imaging

王興照（1970-），男，山東省東營(yíng)市人，碩士研究生，主要從事變電運(yùn)檢管理工作。