濕度對(duì)粉化復(fù)合絕緣子紅外熱成像檢測(cè)的影響分析

王李惠

(國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司福州供電公司，福建 福州 350004)

1 概述

復(fù)合絕緣子由于其強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、防污性能好等優(yōu)點(diǎn)，逐步替代傳統(tǒng)的瓷絕緣子和玻璃絕緣子，在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。但是，在長(zhǎng)期的運(yùn)行中也出現(xiàn)了一系列問(wèn)題，如芯棒酥朽、傘裙護(hù)套老化等導(dǎo)致的斷串、閃絡(luò)擊穿等故障[1-3]，如何提前發(fā)現(xiàn)復(fù)合絕緣子受損，避免事故發(fā)生，成為運(yùn)行單位關(guān)注的焦點(diǎn)。

目前，電力系統(tǒng)主要采用紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行復(fù)合絕緣子運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估，但由于不同類(lèi)型缺陷的主要致熱原因以及受到外界環(huán)境因素影響的程度不盡相同，若簡(jiǎn)單依據(jù)《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》(DL/T 664—2016)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行缺陷判定，將會(huì)出現(xiàn)不少誤判、漏判，用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工作開(kāi)展具有較大局限性。為探究復(fù)合絕緣子實(shí)際運(yùn)行中存在的復(fù)雜發(fā)熱現(xiàn)象，技術(shù)人員對(duì)各種影響因素進(jìn)行了大量研究，提出了對(duì)于特定類(lèi)型缺陷的識(shí)別建議，但仍缺乏系統(tǒng)性指導(dǎo)[4-8]。王黎明等[9]提出，為減少高濕度條件下復(fù)合絕緣子溫升升高導(dǎo)致的誤判，應(yīng)在低濕度條件下開(kāi)展檢測(cè)，但該建議也勢(shì)必導(dǎo)致無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)高濕度條件下暴露出的缺陷。

本文就一起復(fù)合絕緣子擊穿故障開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)及分析，探究濕度對(duì)粉化復(fù)合絕緣子發(fā)熱情況的影響，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)提前發(fā)現(xiàn)該類(lèi)型缺陷提出可行性建議。

2 故障情況

在大雨條件下，沿海某110kV變電站母線避雷器上方跨條復(fù)合絕緣子發(fā)生閃絡(luò)，導(dǎo)致主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘。無(wú)人機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)站內(nèi)復(fù)合絕緣子普遍存在粉化開(kāi)裂情況，隨后更換全站復(fù)合絕緣子，并開(kāi)展故障原因分析，研究防范措施。

3 檢查分析

3.1 外觀檢查

故障相復(fù)合絕緣子外觀如圖1所示。故障絕緣子金具表面明顯銹蝕，碗頭、均壓環(huán)表面有明顯電弧灼燒痕跡，端部用于密封的涂料明顯開(kāi)裂，去除密封涂料后金具內(nèi)側(cè)已明顯銹蝕。傘裙和護(hù)套表面均存在多處電蝕損現(xiàn)象,故障絕緣子沿軸向方面存在一條貫穿性電弧擊穿通道，沿?fù)舸┩ǖ雷o(hù)套均已燒蝕消失，芯棒外露且在電弧作用下燒蝕變黑。

(a)整體情況

3.2 剖檢檢查

如圖2所示，絕緣子自高壓側(cè)起12片傘裙范圍呈一條連續(xù)性擊穿通道，電弧路徑沿芯棒發(fā)展；中部13～14片傘裙范圍內(nèi)芯棒表面無(wú)明顯擊穿痕跡，電弧在此處沿傘裙表面發(fā)展；15～20片傘裙呈一條連續(xù)性擊穿通道，低壓側(cè)靠近金具護(hù)套未見(jiàn)明顯擊穿痕跡。結(jié)合故障絕緣子表面痕跡分析，本次故障擊穿路徑為絕緣子高壓側(cè)起至12片和15～20片傘裙范圍內(nèi)芯棒本體擊穿，13～14片和低壓側(cè)靠近金具護(hù)套為沿面閃絡(luò)。

(a)高壓側(cè)剖檢

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

隨機(jī)抽取站內(nèi)3只非故障相復(fù)合絕緣子連同本故障相復(fù)合絕緣子進(jìn)行試驗(yàn)分析。故障相復(fù)合絕緣子高壓側(cè)、中部、低壓側(cè)部分傘裙已剝離，非故障相復(fù)合絕緣子存在局部芯棒電弧灼燒或傘裙裂紋(見(jiàn)圖3)。

圖3 非故障相復(fù)合絕緣子存在局部粉化開(kāi)裂

對(duì)4只復(fù)合絕緣子同時(shí)施加運(yùn)行電壓，進(jìn)行紅外熱成像檢測(cè)。通過(guò)改變濕度條件，觀測(cè)干燥和高濕條件下粉化復(fù)合絕緣子發(fā)熱過(guò)程。

4.1 干燥環(huán)境下試驗(yàn)

4只復(fù)合絕緣子均已在室內(nèi)條件下放置100小時(shí)以上，實(shí)驗(yàn)室濕度低于60%，與福建省內(nèi)晴天條件下濕度相近。施加運(yùn)行電壓至溫升穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)復(fù)合絕緣子紅外成像變化情況。施壓20分鐘后溫升基本穩(wěn)定，無(wú)明顯異常發(fā)熱現(xiàn)象，護(hù)套破損部位、芯棒燒蝕部位與正常部位溫差均小于1℃(見(jiàn)圖4)。

圖4 干燥環(huán)境下加壓20分鐘后紅外圖譜(最右側(cè)為故障相)

4.2 高濕環(huán)境下試驗(yàn)

用噴壺對(duì)被試復(fù)合絕緣子反復(fù)噴灑水霧至飽和，模擬雨后情況，重復(fù)上述試驗(yàn)。施壓10分鐘后，復(fù)合絕緣子出現(xiàn)多處異常發(fā)熱點(diǎn)，傘裙被剝離部分發(fā)熱最為明顯。此后發(fā)熱點(diǎn)溫升先后呈現(xiàn)先升高后降低的變化。至25分鐘時(shí)，除故障相中低壓側(cè)溫升仍呈現(xiàn)上升趨勢(shì)外，其余部分溫升均已下降。正常相護(hù)套破損部位且芯棒存在局部灼燒部位出現(xiàn)局部熱點(diǎn)，溫差超過(guò)1℃，僅輕微開(kāi)裂處溫升與正常部位無(wú)明顯差異。故障相護(hù)套剝除段中，芯棒燒蝕部位與正常部位溫差超過(guò)4℃，局部超過(guò)10℃(見(jiàn)圖5)。

(a)加壓10分鐘后

通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)可知，干燥(濕度低于60%)條件下，復(fù)合絕緣子護(hù)套粉化及芯棒燒蝕部位溫升與正常部位相比無(wú)明顯差異，此時(shí)難以有效識(shí)別出芯棒存在缺陷的復(fù)合絕緣子。高濕(濕度飽和)條件下，護(hù)套嚴(yán)重粉化或輕微破損但芯棒無(wú)明顯受損部位，溫升無(wú)明顯差異，但若芯棒存在燒蝕等缺陷，則出現(xiàn)明顯熱點(diǎn)。

5 結(jié)果分析

結(jié)合發(fā)熱機(jī)理分析試驗(yàn)結(jié)果[10]，當(dāng)處于干燥條件下，芯棒缺陷部位的絕緣性能無(wú)明顯下降，其發(fā)熱情況與正常部位無(wú)明顯差異；當(dāng)處于高濕環(huán)境時(shí)，芯棒缺陷部位因受潮導(dǎo)致其絕緣性能顯著下降，溫升迅速升高，受潮越嚴(yán)重的部位溫升越明顯；當(dāng)受潮部位水分因發(fā)熱逐步蒸發(fā)后，其絕緣性能逐漸恢復(fù)，溫升再次降低。因復(fù)合絕緣子的絕緣性能主要通過(guò)芯棒體現(xiàn)，當(dāng)護(hù)套嚴(yán)重粉化或輕微破損但芯棒無(wú)明顯受損部位，整體分壓變化不大，絕緣子未出現(xiàn)明顯熱點(diǎn)。

事實(shí)上，故障前一個(gè)月在晴天或陰天條件下開(kāi)展的多輪復(fù)合絕緣子專(zhuān)項(xiàng)紅外熱成像檢測(cè)，均未發(fā)現(xiàn)異常發(fā)熱情況。隨后該地區(qū)持續(xù)大雨，不到半個(gè)月即發(fā)生擊穿。本起故障的前后過(guò)程與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。

6 結(jié)論及建議

①濕度對(duì)存在粉化、裂紋的復(fù)合絕緣子的紅外熱成像檢測(cè)有效性起著至關(guān)重要的作用，高濕有助于發(fā)現(xiàn)絕緣子內(nèi)部缺陷。該條件下，芯棒受損的絕緣子將出現(xiàn)明顯的熱點(diǎn)，發(fā)熱情況與芯棒受損程度有關(guān)，此為內(nèi)部缺陷，應(yīng)盡快處理；對(duì)于尚處于護(hù)套劣化階段但芯棒性能完好的復(fù)合絕緣子，則不會(huì)出現(xiàn)明顯熱點(diǎn)，但因護(hù)套受損將導(dǎo)致芯棒受潮進(jìn)而影響絕緣性能，也應(yīng)視破損情況安排更換。

②定期開(kāi)展復(fù)合絕緣子外觀巡檢。排查是否存在表面缺陷，如護(hù)套、傘裙、金具等部位開(kāi)裂、電蝕損、粉化、漏電痕跡等，如發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象應(yīng)有序安排更換。對(duì)于運(yùn)行年限久、污染較重、沿海地區(qū)的復(fù)合絕緣子更應(yīng)重視。對(duì)于高空的懸式絕緣子，可在地面使用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)，也可采用無(wú)人機(jī)拍攝，消除地面巡檢盲區(qū)。

③優(yōu)化紅外熱成像檢測(cè)策略。除在晴天夜間、陰天開(kāi)展的正常檢測(cè)外，對(duì)巡檢發(fā)現(xiàn)的外觀存在粉化、開(kāi)裂、蝕損缺陷的復(fù)合絕緣子，應(yīng)在雨后補(bǔ)充檢測(cè)，以評(píng)估芯棒受外部環(huán)境侵蝕的情況。