故障絕緣子的發(fā)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(zhì)量逐漸劣化，繼而導(dǎo)致絕緣子發(fā)生故障。本文主要分析引起故障絕緣子發(fā)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(tài)。

關(guān)鍵詞：絕緣子故障 發(fā)熱機理 熱像特征 紅外熱像

我國變電所、發(fā)電廠及運輸電線路過程中常常使用絕緣子設(shè)備。由于外界環(huán)境的影響，導(dǎo)致其長期暴露在各種較強的機械負(fù)荷及復(fù)雜多變的氣候環(huán)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(chǎn)生一系列問題，因此進行紅外線熱像檢測是至關(guān)重要的。

1 故障絕緣子的發(fā)熱機理

1.1 故障絕緣子表層污穢發(fā)熱機理 絕緣子往往運行在外界環(huán)境中，繼而會被外界環(huán)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(dǎo)電薄膜，繼而成為了不良導(dǎo)體，在絕緣子表層出現(xiàn)發(fā)熱帶，造成絕緣子發(fā)生故障。一般情況下，由于介質(zhì)物的影響而引起損耗發(fā)熱不大因此有必要研究絕緣子的發(fā)熱機制，探討絕緣子表層污穢及電阻劣化引起發(fā)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(fā)熱機理 絕緣子電阻劣化發(fā)熱機理與絕緣材料的損壞有關(guān)。而導(dǎo)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(chǎn)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(dǎo)致絕緣子老化、破損，嚴(yán)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(xué)作用及電池共同作用下產(chǎn)生碳化通道。繼而降低了絕緣子有效距離，引起其劣化內(nèi)部突然大幅度升高，發(fā)生故障。

2 紅外熱像檢測技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

2.1 紅外熱像檢測技術(shù)的發(fā)展 在我國技術(shù)水平領(lǐng)域中，最初的熱像儀由于探測器元數(shù)十分少，其產(chǎn)生的信號難以在陰極射線管上呈現(xiàn)圖像的形式。因此，往光學(xué)系統(tǒng)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(zhuǎn)變成圖像。然而，還是有許多不足之處。在相關(guān)研究人員的研發(fā)下，產(chǎn)生了第二代熱成像儀，第二次生產(chǎn)的熱成像儀主要利用非致冷焦平面陣列技術(shù)，集合成幾十萬個信號放大器，將芯片放入光學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)部，可以脫離光機掃描系統(tǒng)，并且極大提高了其熱分辨率、靈敏性能、目標(biāo)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(tài)的儀器。這種紅外熱像檢測技術(shù)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(shù)。隨著時代的進步，我國也獲得了多項技術(shù)成果，例如：紅外熱像設(shè)備上的微型致冷器以及低噪聲寬頻帶前置放大器等技術(shù)的研發(fā)。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(shù)的研發(fā)方面，使其技術(shù)有一個質(zhì)的飛躍，不斷縮小與其他發(fā)達(dá)國家的差距。甚至有些技術(shù)設(shè)備可以與發(fā)達(dá)國家相比。例如，目前生產(chǎn)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(fā)現(xiàn)連接點當(dāng)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(jié)論。使用紅外熱像技術(shù)，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(fā)熱特點。下面對絕緣材料出現(xiàn)惡化、污穢物展開分析。開始測試前應(yīng)該選擇在石油某動力廠室外環(huán)境中無風(fēng)、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(chǎn)的紅外熱像儀，其空間分辨率為0.7mrad、靈敏度0.08℃。

①當(dāng)絕緣材料出現(xiàn)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(fā)熱功率主要集中于鋼帽的內(nèi)部，繼而出現(xiàn)明顯的發(fā)熱區(qū)。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(dāng)絕緣子材料處于干燥條件的時候，由于一些污穢物質(zhì)是不良導(dǎo)體，隨著雨季的降臨，導(dǎo)致水分滲入那些污穢物之中，影響了導(dǎo)電率的變化，繼而增大了發(fā)功率。當(dāng)表層污垢十分嚴(yán)重的時候，引起表層溫度迅速變高（參見圖3）。污穢、低值的發(fā)熱規(guī)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(fā)現(xiàn)一些隱患，作出防范措施。

3 結(jié)束語

本文系統(tǒng)的分析了故障絕緣子的發(fā)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(shù)的發(fā)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(shù)，才能讓其更好的發(fā)揮其效益，更好的服務(wù)于群眾，進而帶動國家經(jīng)濟的發(fā)展。

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