红外热成像技术在劣化绝缘子检测上的应用(20160912)

红外热成像技术在劣化绝缘子检测上的应用Application of Infrared Thermal Imaging Technology to

Detection of Faulty Insulators

牟义革1，李东钦1，刘秀明1，李文波1，张晓鹏2

（1.大唐三门峡发电有限责任公司，三门峡 472143；

2.中国大唐集团科学技术研究院有限公司，郑州 450000）

摘要：红外热成像技术自20世纪60年代在电力系统推广应用后，因其具有远距离、不接触、不取样、

不解体，且准确、快速、直观等特点，目前已在我国电力系统中得到广泛应用，并取得了显著地效果，为

设备的在线检测和故障诊断提供了依据，有效地预防了一些事故的发生，大大提高了设备运行的可靠性。

本文结合红外热成像技术的特点，利用不同类型劣化绝缘子在热场分布上存在的差异，将红外热成像技术

应用于绝缘子的在线检测和故障诊断，该方法在安全性、经济性、实用性、准确性等方面均大大优于绝缘

电阻法、电压分布法、脉冲电流法等传统检测绝缘子的方法。

关键词：红外热成像技术；劣化绝缘子；在线检测

0 引言

绝缘子长期运行于强电场、高温日照、污秽物等环境下，其绝缘性能会出现降低，如果绝缘子串中存在零值，相当于部分绝缘被短路，相应地减少了绝缘子串的整体爬电距离，大大增加了该串绝缘子的闪络概率。当绝缘子劣化发展到一定程度，或者受到雷击过电压、冲击过电压、污秽闪络等外部作用，容易造成流注放电、头部绝缘击穿等现象，有可能发展成瓷裙炸裂、钢帽爆炸、钢脚烧断等故障，甚至发生断串、掉线事故。因此，对绝缘子进行劣化检测十分必要。目前，劣化绝缘子的检测方法较多，主要有绝缘电阻法、电压分布法、脉冲电流法、超声波检测法、紫外成像法、红外热成像法等[1]，本文通过介绍红外热成像方法在低值、零值、污秽、破裂等劣化绝缘子检测的实例，重点阐述红外热成像技术对于绝缘子的在线检测和故障诊断有着非常重要的应用价值和意义。

1 劣化绝缘子主要检测方法

(1) 绝缘电阻法

劣化绝缘子在绝缘性能上主要分为低值和零值绝缘子。以500kV电压等级的绝缘子为例，正常绝缘子的绝缘电阻值，使用2500V及以上的兆欧表测量，不应低于500 MΩ；当绝缘子的绝缘性能劣化后，绝缘电阻降为 10～500 MΩ时，称为“低值绝缘子”；绝缘电阻降为 10 MΩ以下时，称为“零值绝缘子”。绝缘电阻法[2]就是根据绝缘子的绝缘电阻测量值在正常以及劣化条件下明显变化的特点，实现对劣化绝缘子的识别，如图1所示。该方法存在检测工作量大、检测周期长、检测成本高、安全性差等缺点。

图1 绝缘电阻法检测劣化绝缘子

(2)电压分布法

由于绝缘子对导线杂散电容及对地杂散电容的影响，绝缘子串的电压分布呈不对称的马鞍形，靠近导线的绝缘子的分布电压相对较高，中间绝缘子承受的电压稍低，靠近横担分布电压有所回升，如表1所示。电压分布法是指架空线路在运行中，采用特制的工具进行带电试验，主要测量绝缘子串上每个绝缘子上的电压分布是否符合标准。如果在某一绝缘子串中带有损坏的绝缘子，则损坏的绝缘子上没有电压分布，而加在该绝缘子上的电压将分布在其他良好的绝缘子上。该方法存在劳动强度大、安全性差、效率低且受电磁干扰等缺点，易造成误检或漏检。

表1 瓷绝缘子串电压分布典型标准

工作电压

(kV)

个

数

按由导线起绝缘子元件顺序的分布电压(kV)

线相 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 35 20

3 9 5 6

4 8 4.

5 3.5 4

11

0 65 7

18.

5

10 8.5 7 5 6 9

22 0 12

7

8 17 10 8 6.5 4.5 5 5 8

13

22.

5

18.

2

12.

1

12.

1

9 7.5 7.1 6.9 6 6 6 6.5 7.5

50 0

28

8

14 13 16 12 9 7 6.5 6 5 5 5 5 6.5 6 8

28

21.

5

19.

5

17.

5

16

14.

5

13 12 11 10 9.5 9 8.5 8 7.5

续

编

号

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

7 7 7 7 7 7 7 7 7.5 8 8.5 9.5

10.

5

11.

5 (3)脉冲电流法

通过测量绝缘子电晕脉冲电流的方法来判断绝缘子的绝缘状况，其原理是：由于劣化绝

缘子的绝缘电阻很低，它在绝缘子串中承担的电压也较小，于是其它正常绝缘子在绝缘子串上的承受电压必然明显大于正常情况时的承受电压，而因回路阻抗变小、绝缘子电晕现象的加剧,电晕脉冲电流必将变大，利用宽频带电晕脉冲电流传感器套入绝缘子取出电晕脉冲电流信号，从而达到在低压端检出不良绝缘子的目的。利用脉冲电流检测劣化绝缘子，具有成本低、检测方便的优点，该方法的检测较为方便，但灵敏度受劣化绝缘子阻值、所处位置、绝缘子串长度和环境温度、湿度的影响，且容易受到金具、导线电晕等因素的干扰。

(4)超声波法

当污秽或劣化绝缘子的绝缘劣化，引起绝缘子表面局部放电增加时，随着电能量的释放过程，对周围的介质产生压力，从而引起空气振动，造成声波发射现象。由于是检测绝缘子局部放电发出的声波，灵敏度低于红外成像法，属于非接触式测量。该方法更适合判断由污秽等原因造成的较为明显的局部放电，对绝缘子劣化、绝缘阻值下降的早期预报有一定困难。

(5)紫外成像法

在绝缘子表面发生放电时，根据电场强度(或高压差)的不同，会产生电晕、闪络或电弧，