基于熱紅外成像技術的絕緣子故障分類研究

王興照周大洲王 寧

（1.國網(wǎng)山東省電力公司，濟南 250000；2.國網(wǎng)濟南供電公司，濟南 250012）

基于熱紅外成像技術的絕緣子故障分類研究

王興照1周大洲1王 寧2

（1.國網(wǎng)山東省電力公司，濟南 250000；2.國網(wǎng)濟南供電公司，濟南 250012）

針對停電測量絕緣電阻或帶電測量分布電壓等檢零方式在實際操作中，都存在停電范圍大、人員安全風險高、檢測周期無法保證等問題，本文分析了盤形懸式瓷絕緣子紅外精確測溫的數(shù)據(jù)，并通過專家經(jīng)驗總結(jié)出利用紅外熱圖的絕緣子故障分類研究。對絕緣子可能出現(xiàn)的故障類型通過絕緣電阻測試、絕緣子電壓分布測試、泄漏電流測試、交流耐壓測試等試驗手段驗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方法為在線檢測，包括有微波反射法、紫外成像法和紅外成像法、超聲波檢測法、無線電波法、激光多譜勒法、電場測量法、泄漏電流檢測法、脈沖電流法等等。其中，隨著熱紅外成像技術在電力系統(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，通過溫度場的分布監(jiān)測來判斷絕緣子是否有潛在隱患[1-3]。

本公司所在變電站內(nèi)安裝有盤形懸式瓷絕緣子，尤其是敞開式變電站內(nèi)數(shù)量較多，停電測量絕緣電阻或帶電測量分布電壓等檢零方式在實際操作中，都存在停電范圍大、人員安全風險高、檢測周期無法保證等問題。為此公司組織開展了盤形懸式瓷絕緣子紅外精確測溫工作，利用所選取的絕緣子開展試驗，并通過專家經(jīng)驗總結(jié)出利用紅外熱圖的絕緣子故障分類研究。并對絕緣子可能出現(xiàn)的故障類型的最終評估通過絕緣電阻測試、絕緣子電壓分布測試、泄漏電流測試、交流耐壓測試等試驗手段得到最終的故障分析結(jié)果[4-5]。

1 絕緣子熱紅外測量實例

1.1 試驗布置和試品

某變電站主變 220kV進線耐張串采用的是XP-70瓷質(zhì)絕緣子，單串16片，該變電站處于為E級污穢區(qū)，瓷質(zhì)絕緣子運行工況非常惡劣。通過紅外精確測溫發(fā)現(xiàn)該耐張串存在缺陷后，變電檢修室及時對該耐張串進行了更換。試驗人員對更換下來的瓷質(zhì)絕緣子再次進行運行電壓下的紅外精確測溫工作，并對絕緣子進行了絕緣電阻、直流泄漏、交流耐壓測試。

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

圖1 主變220kV進線耐張串紅外精確測溫圖譜

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，沒有明顯發(fā)熱點，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，且發(fā)熱部位均以鋼帽為發(fā)熱中心，瓷盤溫度沒有明顯溫升，根據(jù)DLT 664—2008《帶電設備紅外診斷應用規(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，呈不對稱馬鞍形曲線，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《帶電設備紅外診斷應用規(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，會發(fā)生局部放電、電暈、脈沖電流等現(xiàn)象，并產(chǎn)生相應的熱效應，較集中的熱量從絕緣子內(nèi)部往外傳導，但由于鋼帽的熱阻比瓷盤的熱阻低得多，故瓷盤表面的溫度相對鋼帽要低，熱點集中在鋼帽上；隨著瓷盤內(nèi)部缺陷發(fā)展，絕緣子電阻隨之降低，當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，此時內(nèi)部也沒有強烈的局部放電或是電暈效應，使得整個絕緣子發(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《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》：盤式絕緣子零值測量必要時采用5000V兆歐表，絕緣電阻應不低于500MΩ，達不到500MΩ時，在絕緣子表面加屏蔽環(huán)并接兆歐表屏蔽端子后重新測量，若仍小于500MΩ時，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 絕緣子絕緣電阻測試數(shù)據(jù)（單位：MΩ）

3 絕緣子泄漏電流測試

為更好地掌握絕緣子的絕緣情況，現(xiàn)對其B相第1片、第4片絕緣子，C相第1片絕緣子進行直流泄漏測試，試驗選取A相第1片絕緣子作為參照物，測試結(jié)果見表2—表4。

表2 絕緣子直流泄漏測試結(jié)果（單位：μA）

由表2可知，A相絕緣子運行狀態(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 絕緣子交流耐壓測試

懸式絕緣子必要時進行交流耐壓試驗，盤形懸式絕緣子交流試驗電壓取60kV。試驗人員對典型絕緣子進行了交流耐壓測試，試驗結(jié)果見表3。

表3 絕緣子交流耐壓試驗結(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稱馬鞍型，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側(cè)。線路側(cè)第1片絕緣子長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進線耐張串紅外測試、絕緣電阻測試、絕緣子電壓分布測試、泄漏電流測試、交流耐壓測試結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：

絕緣子的異?，F(xiàn)象，如表面臟、裂紋、性能下降等等，可以通過溫度的差異進行判斷。監(jiān)測細微溫度變化，準備判斷隱患缺陷，方便及時消除和檢修。以下可以作為絕緣子故障對應的檢測方法：

1）故障類別一：絕緣子絕緣電阻劣化，效果下降。

檢測方法：懸式瓷或玻璃絕緣子鋼帽溫度偏高，表面溫差超過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1K，為零值絕緣子。

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

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

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

檢測方法：表面無明顯溫度異常，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2K，裂紋的原因。

采用如上方法進行判斷，可以提前對相關電氣設備做在線測量，對疑似故障進行在線模式識別。如果將相關推論應用于在線監(jiān)測中，可以極大地提高巡檢的辦事效率，從而縮短停電時間。

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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，山東省東營市人，碩士研究生，主要從事變電運檢管理工作。