一種瓷質(zhì)絕緣子故障狀態(tài)判定方法介紹

趙江輝 岳紅利

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司呂梁供電公司，山西 呂梁 033000）

一種瓷質(zhì)絕緣子故障狀態(tài)判定方法介紹

趙江輝 岳紅利

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司呂梁供電公司，山西 呂梁 033000）

通過(guò)紅外測(cè)溫原理及設(shè)備狀態(tài)紅外成像研究，可判定運(yùn)行中絕緣子的設(shè)備狀態(tài)。本文提出基于紅外測(cè)溫技術(shù)結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)電壓分布測(cè)定來(lái)判斷絕緣子狀態(tài)檢測(cè)方法。通過(guò)一起某變電站懸式絕緣子缺陷的發(fā)現(xiàn)過(guò)程來(lái)說(shuō)明檢測(cè)技術(shù)的正確性以及帶電檢測(cè)技術(shù)在絕緣子狀態(tài)判定中的重要性。

紅外測(cè)溫；絕緣子；標(biāo)準(zhǔn)電壓分布；帶電檢測(cè)

絕緣子是安裝在不同電位的導(dǎo)體之間或?qū)w與地電位構(gòu)件之間的器件，能夠耐受電壓和機(jī)械應(yīng)力作用。它是一種特殊的絕緣控件，能夠在架空輸電線(xiàn)路中起到重要作用。隨著經(jīng)濟(jì)和電力水平的不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)用電量的需求也越來(lái)越大，輸變電傳送的電能負(fù)荷越來(lái)越大，因此保證輸變電設(shè)備狀態(tài)的穩(wěn)定性就顯得越來(lái)越重要。

絕緣子在電氣設(shè)備中起著絕緣作用，在構(gòu)件中起著機(jī)械支撐作用[1]。絕緣子是變電站常見(jiàn)的絕緣材料。以110kV變電站為例，一段導(dǎo)線(xiàn)需要三組絕緣子支撐，一組絕緣子數(shù)量為9片，三組就需要27片絕緣子。對(duì)站內(nèi)主變、開(kāi)關(guān)、CT、PT等這些一次設(shè)備而言，它們有多種保護(hù)手段，如主保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。而絕緣子卻缺乏相應(yīng)的保護(hù)手段，沒(méi)有可靠地監(jiān)測(cè)和保護(hù)技術(shù)措施，出現(xiàn)故障后不能及時(shí)動(dòng)作或預(yù)警，會(huì)給變電站系統(tǒng)安全帶來(lái)隱患。因此，對(duì)絕緣子狀態(tài)的檢測(cè)就顯得十分重要，是確保其正常運(yùn)行的重要手段[2]。

絕緣子根據(jù)使用的不同絕緣材料可以分為瓷、玻璃和復(fù)合絕緣子[3]。在變電設(shè)備中，常用的是盤(pán)型懸式絕緣子，由鐵帽、鋼腳和鋼化玻璃或瓷件組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 懸式絕緣子結(jié)構(gòu)圖

1 瓷質(zhì)絕緣子狀態(tài)現(xiàn)有檢測(cè)方法介紹

現(xiàn)場(chǎng)常見(jiàn)的瓷質(zhì)絕緣子狀態(tài)檢測(cè)是預(yù)防性試驗(yàn)，利用綜合大檢修的機(jī)會(huì)對(duì)絕緣子進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)比如交流耐壓試驗(yàn)、絕緣電阻的測(cè)試，或者是等設(shè)備出現(xiàn)故障后才進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，不能及時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)。而且常規(guī)試驗(yàn)都是在停電的情況下進(jìn)行的，不能真實(shí)的反應(yīng)設(shè)備運(yùn)行情況下的狀態(tài)變化；交流耐壓試驗(yàn)電壓值較高，容易對(duì)設(shè)備造成損傷[4]。帶電檢測(cè)技術(shù)運(yùn)用到懸式絕緣子狀態(tài)判定是比較直觀的檢測(cè)方法，常見(jiàn)的有紅外測(cè)溫和絕緣子電壓分布測(cè)定。

紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫原理是黑體輻射定律，眾所周知，自然界中一切高于絕對(duì)零度的物體都在不停向外輻射能量，物體的向外輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布與它的表面溫度有著十分密切的聯(lián)系，物體的溫度越高，所發(fā)出的紅外輻射能力越強(qiáng)。絕緣子設(shè)備不同狀態(tài)下的溫度分布是不同的，根據(jù)紅外成像下的狀態(tài)分析可以確定懸式絕緣子的零值或者低值狀態(tài)。紅外測(cè)溫具有直接性和便攜性，但紅外測(cè)溫只能掌握設(shè)備整體狀態(tài)量的變化，出現(xiàn)故障后不能準(zhǔn)確定性定量絕緣子，容易造成誤判、漏判故障絕緣子。

標(biāo)準(zhǔn)電壓分布是利用每一個(gè)絕緣子就相當(dāng)于一個(gè)電容器，因此一個(gè)絕緣子串就相當(dāng)于由許多電容器組成的鏈形回路。因?yàn)榻^緣子的體積電阻和表面電阻較正常情況下（50Hz）的容抗大得多，所以一般將它看成串聯(lián)的電容回路。其理想狀態(tài)下的等值電路如圖2所示。

圖2 絕緣子串的等值電路

在圖2（a）中，C為絕緣子本身的電容，Cz為其金屬部分對(duì)桿塔的電容。在圖2（b）中，C為絕緣子本身的電容，Cd為其金屬部分對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的電容。不同情況下的電壓分布也不同，電壓分布曲線(xiàn)如圖3所示。

圖3 絕緣子串的電壓分布曲線(xiàn)

實(shí)際應(yīng)用中曲線(xiàn) 3接近設(shè)備電壓分布真實(shí)情況，電壓呈現(xiàn)U型分布。在實(shí)際帶電檢測(cè)技術(shù)中，我們通過(guò)紅外測(cè)溫和標(biāo)準(zhǔn)電壓分布測(cè)定結(jié)合的方法來(lái)準(zhǔn)確判定懸式絕緣子狀態(tài)變化，從而保證設(shè)備安全運(yùn)行。

標(biāo)準(zhǔn)電壓分布具有準(zhǔn)確定性定量絕緣子的特點(diǎn)，缺點(diǎn)是不具有直接性和便攜性。將紅外測(cè)溫與標(biāo)準(zhǔn)電壓分布方法相結(jié)合來(lái)判定絕緣子具有全面快速的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，可將這兩種方法綜合使用。

2 絕緣子溫度特征

絕緣子串靠近導(dǎo)線(xiàn)的第一片絕緣子的承受電壓最大。離導(dǎo)線(xiàn)遠(yuǎn)的絕緣子承受電壓隨著距離增大而逐漸減小，當(dāng)靠近鐵塔橫擔(dān)時(shí)，絕緣子承受的電壓又升高。絕緣子串的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，即串聯(lián)絕緣子片數(shù)越多，分布電壓越不均勻[5]。零值絕緣子存在時(shí)將導(dǎo)致絕緣子串電壓分布變得極不均勻，最終導(dǎo)致零值絕緣子附近電場(chǎng)發(fā)生畸變而過(guò)于集中，如果絕緣子表面場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)了電暈起始場(chǎng)強(qiáng)，就會(huì)產(chǎn)生電暈放電[6]。其他部位的絕緣子電位明顯升高，這也是導(dǎo)致存在低（零）值絕緣子的串比正常絕緣子串整體表面溫度略高的原因。如果一串絕緣子中分布有低（零）值絕緣子，整串絕緣子電壓就會(huì)發(fā)生較大的畸變，低（零）值絕緣子兩端電壓減少，正常絕緣子電壓升高，兩側(cè)電壓增幅明顯。

瓷絕緣子屬于電壓致熱型設(shè)備，其發(fā)熱功率與電壓的分布呈指數(shù)關(guān)系。正常絕緣子串的熱像分布同電壓分布規(guī)律相對(duì)應(yīng)，即呈不對(duì)稱(chēng)的馬鞍形[7]，熱像特征一般表現(xiàn)為鋼帽溫度略高于傘裙溫度；越靠近傘裙邊沿位置溫度越低；相鄰絕緣子之間的溫差一般較小。低（零）值絕緣子發(fā)熱功率與電阻值呈非線(xiàn)性曲線(xiàn)關(guān)系。低值絕緣子表現(xiàn)為鋼帽溫升較明顯，傘裙局部會(huì)有異常溫升；零值絕緣子表現(xiàn)為鋼帽和傘裙溫度均偏低，與環(huán)境溫度接近；污穢絕緣子表現(xiàn)為傘裙大部分部位溫升偏高[8]。低值絕緣子的模型如圖4所示。

當(dāng)絕緣子位于不同部位時(shí)，每片的溫度特征不同。理論上零值絕緣子發(fā)熱功率很低，溫度接近環(huán)境溫度，低（零）值絕緣子與相鄰正常相相比溫度變化大，因此當(dāng)絕緣子串存在低（零）值絕緣子時(shí)，紅外圖像圖片會(huì)有明顯的溫度變化。當(dāng)零值絕緣子靠近高壓端（絕緣子串兩側(cè)）時(shí)，紅外圖片中零值絕緣子與相鄰絕緣子相比溫差最大；平均溫差最小時(shí)，零值絕緣子位于串中部；其余部位，平均溫差處于高壓端和中部之間。

圖4 低值絕緣子等效電路圖

3 案例介紹

試驗(yàn)人員在對(duì)某變電站進(jìn)行例行帶電檢測(cè)中運(yùn)用紅外測(cè)溫儀T620測(cè)得變壓器高壓套管上方A相懸瓶狀態(tài)，如圖5所示。

圖5 套管上方懸瓶紅外圖

在圖5中，從左向右依次劃出5個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的溫度都顯示出來(lái)，從圖5中可以看出，第五、六片絕緣子鋼帽處發(fā)熱，試驗(yàn)人員利用紅外分析軟件分析判定異常部位為右起橫向絕緣子第五、六片，發(fā)熱點(diǎn)溫度分別為-1.3℃、-0.6℃，相鄰正常點(diǎn)溫度為-3.1℃，溫差分別為為1.8K、2.5K，結(jié)合《DL/T 664—2008帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》判斷為嚴(yán)重缺陷，原因?yàn)锳相橫向絕緣子第五片低值，發(fā)熱。

為了進(jìn)一步確定設(shè)備狀態(tài)，試驗(yàn)人員進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)電壓分布測(cè)定（圖 5中從左向右數(shù)依次為 1～9片），測(cè)定數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)電壓分布表

根據(jù)電壓分布數(shù)據(jù)可以看出，設(shè)備存在嚴(yán)重的低值和零值現(xiàn)象，試驗(yàn)人員建議對(duì)設(shè)備進(jìn)行更換處理。針對(duì)更換下的絕緣子，試驗(yàn)人員對(duì)其進(jìn)行了絕緣電阻測(cè)量，測(cè)得第五、六片絕緣子其絕緣電阻為10mΩ，12mΩ，判定為低值狀態(tài)；第一片為2mΩ，為零值狀態(tài)，說(shuō)明帶電檢測(cè)試驗(yàn)的正確性。

4 結(jié)論

在帶電檢測(cè)技術(shù)中對(duì)紅外測(cè)溫和標(biāo)準(zhǔn)電壓分布的測(cè)定對(duì)于懸式絕緣子狀態(tài)的測(cè)定有非常重要的作用。通過(guò)紅外測(cè)溫技術(shù)能夠直觀判斷絕緣子設(shè)備的狀態(tài)量變化，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電壓的進(jìn)一步測(cè)定，能夠準(zhǔn)確定性設(shè)備狀態(tài)，從而確保電網(wǎng)和設(shè)備的安全。

[1]朱德恒,嚴(yán)璋.高電壓絕緣[M].北京：清華大學(xué)出版社,1992.

[2]關(guān)志成,劉瑛巖,周遠(yuǎn)翔,等.絕緣子及輸變電設(shè)備外絕緣[M].北京：清華大學(xué)出版社,2006.

[3]李翔,顧洪連.三種絕緣子可靠性的比較[J].高電壓技術(shù),2007,33(5)：191-193.

[4]張彥濤,王紹華,馬晟.基于超聲波技術(shù)的絕緣子污穢放電檢測(cè)技術(shù)[J].山西電力,2010,3(160)

[5]戴克銘.瓷質(zhì)懸式絕緣子的檢測(cè)[J].供用電,2002,19(1)：27-28.

[6]陳金法.絕緣子紅外熱像檢測(cè)及診斷技術(shù)研究[D].杭州：浙江大學(xué),2011：34-46.

[7]金光熙,權(quán)光日,郎成,等.故障絕緣子的發(fā)熱機(jī)理及其紅外熱像檢測(cè)[J].電瓷避雷器,2011(5)：12-15.

[8]胡世征.劣化絕緣子的發(fā)熱及熱像特征[J].電網(wǎng)技術(shù),1997,21(10)：44-46.

The Introduction of Fault State Determination Method for Porcelain Insulators

Zhao Jianghui Yue Hongli
(State Grid Shanxi Electric Power Company Lvliang Power Supply Company,Lvliang,Shanxi 033000)

Basedon infrared temperature measurement principle and equipment state infrared imaging research,to determine the status of the equipment in the operation of the insulator.Based on infraredtemperaturemeasurement technology combined with standard voltage distribution measurement todetermine the status of the insulator state detection method.Through the discovery process of the suspension insulator defects in a substation,the correctness of the testing technique is explained.

infraredtemperaturemeasurement；insulator；standard voltage distribution；live detection

趙江輝（1986-），男，山西呂梁人，工程師，從事電氣試驗(yàn)工作。