一起基于聲學及紅外成像檢測技術的配電網(wǎng)架空絕緣導線缺陷案例分析

趙勇軍 廖 圣 楊萬銳 王建露

一起基于聲學及紅外成像檢測技術的配電網(wǎng)架空絕緣導線缺陷案例分析

趙勇軍 廖 圣 楊萬銳 王建露

（云南電力技術有限責任公司，昆明 650217）

帶電檢測技術可以提升配電網(wǎng)線路巡檢工作效率，但傳統(tǒng)方式以手持式設備紅外檢測為主，以聲學成像結合無人機搭載紅外相機的巡視方式應用較少。本文通過聲學成像技術和無人機搭載紅外相機的方式對某配電網(wǎng)架空絕緣導線缺陷進行檢測，對檢測方式及檢測效果進行分析總結。結果表明，采用該技術手段能檢出配電網(wǎng)架空絕緣導線局部電暈放電缺陷，可在配電網(wǎng)線路巡視作業(yè)中推廣應用。后續(xù)可通過不斷優(yōu)化檢測技術進一步提升配電網(wǎng)線路檢測效率，為提升配電網(wǎng)供電可靠性提供支撐。

配電網(wǎng)；聲學成像；紅外成像；缺陷診斷

0 引言

架空配電線路是配電網(wǎng)的重要組成部分，其設備能否安全運行，直接關系到供電可靠性。因此，做好架空配電線路的運維工作十分重要。與傳統(tǒng)停電檢測相比，帶電檢測特別是非接觸式帶電檢測技術的發(fā)展，使檢測時間大幅減少，進而為提升配電網(wǎng)供電可靠性提供了有力支撐[1]。

文獻[1]針對配電網(wǎng)主要帶電檢測技術的特點與應用情況開展調(diào)查研究，對紅外熱成像檢測、超聲波局部放電檢測、紫外成像檢測和超高頻局部放電檢測進行總結。文獻[2]對非接觸式超聲波檢測靈敏度的影響因素進行試驗研究。文獻[3]通過對隔離開關和跌落式熔斷器溫度過高、絕緣線絕緣老化的典型案例進行分析，探討了帶電檢測技術的實際應用效果。文獻[4]指出超聲波局部放電檢測技術能有效發(fā)現(xiàn)導電回路接觸不良、高壓熔斷器合不到位、絕緣子裂紋等缺陷。

實踐證明，超聲波局部放電帶電檢測能發(fā)現(xiàn)設備缺陷，但傳統(tǒng)方式對缺陷的定位依靠經(jīng)驗推測，無法準確確定缺陷位置[1]。聲學成像技術是目前新的非接觸式帶電檢測技術手段，能有效解決超聲波局部放電檢測缺陷定位不準的問題，但相關研究主要集中在線圈類設備。文獻[5]針對干式變壓器典型異響缺陷，分析缺陷成因，提出綜合分析聲學成像、時域圖譜及頻域圖譜的可聽聲信號診斷方法。文獻[6]分析變壓器鐵心和繞組的電磁振動噪聲，得到變壓器周圍空間場點在噪聲集中頻率100Hz和200Hz處的聲壓級。文獻[7]對一起干式鐵心串聯(lián)電抗器異常聲響事件開展聲學成像檢測，通過對設備的聲學成像檢測發(fā)現(xiàn)該電抗器的地腳固定螺栓處出現(xiàn)典型的機械異常聲響信號。

綜上所述，聲學成像技術在配電網(wǎng)故障檢測中的應用還有所缺失?；诖?，本文以一起配電網(wǎng)絕緣導線缺陷為例，利用聲學成像及無人機搭載紅外成像技術，結合可見光檢查，實現(xiàn)配電網(wǎng)架空絕緣導線局部電暈放電缺陷判斷，以期為配電網(wǎng)非接觸式檢測提供參考。

1 聲學及紅外成像技術

1.1 聲學成像技術

機械故障造成異常振動會引起輻射聲場的變化，聲學成像技術基于傳聲器陣列測量，并以圖像顯示空間中的聲源分布，能夠挖掘出故障狀態(tài)下輻射聲場的分布模式，因而能夠更有效地定位和識別故障[8]。

電氣設備局部放電會產(chǎn)生各種物理特征，它相當于絕緣表面或內(nèi)部產(chǎn)生微觀放電，會有超聲波伴隨出現(xiàn)，諸如瓷支柱絕緣子裂紋處、設備表面臟污等大多伴隨著超聲波局部放電信號[2]，但傳統(tǒng)超聲波局部放電檢測無法準確定位缺陷位置，現(xiàn)場檢測的適用性還存在不足[1]。

聲學成像設備一般由高靈敏度麥克風傳感器、高清光學攝像頭、信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集卡組成。多個麥克風按一定的幾何結構擺放組成陣列，利用麥克風傳感器采集聲學信號，利用高清光學攝像頭同步采集麥克風陣列所對應的圖像畫面，通過信號調(diào)理器對音頻信號、圖像信號進行處理，最終形成可視化的聲學成像數(shù)據(jù)[7]。聲學成像檢測示例如圖1所示。

圖1 聲學成像檢測示例

目前，聲學成像檢測在壓縮空氣泄漏檢測、高壓電氣設備局部放電檢測方面均有應用，但主要集中在變電設備，如變壓器、電抗器等，在配電網(wǎng)線路帶電巡視方面應用較少，且對于聲學成像檢測結果的分析，主要依托聲源的頻帶分布及信號強度，當前以人工經(jīng)驗為主，還缺乏針對不同設備不同運行工況的統(tǒng)一明確的量化判斷標準。

1.2 紅外成像技術

紅外熱成像測溫主要檢測由電阻損耗、介質(zhì)損耗、鐵損及電壓分布不均等原因造成的設備局部溫度變化，可以有效檢測配電變壓器、電纜終端接頭、跌落式熔斷器等設備的表面局部過熱，直觀地對設備的熱狀態(tài)進行成像[1]，在輸變電設備、絕緣子污穢檢測方面有較多的應用[9-12]。紅外熱成像檢測示例如圖2所示。

圖2 紅外熱成像檢測示例

在配電網(wǎng)線路巡視方面，無人機搭載紅外相機已經(jīng)有應用場景，能有效提升巡視效率，但當前無人機搭載紅外相機的圖片拍攝質(zhì)量不高，且在配電網(wǎng)帶電巡視領域，未見聲學成像與紅外檢測聯(lián)合診斷的實施案例。

2 配電網(wǎng)絕緣導線缺陷案例分析

2.1 聲學成像檢測

利用手持式聲學成像設備對某10kV線路桿塔進行巡視，本次檢測選取的聲學成像設備頻帶范圍為2～52kHz，能通過可視化的方式直觀顯示出視窗內(nèi)較強聲源范圍及信號中心點的聲強級。檢測過程中，檢測人員位于桿塔基礎附近，與帶電線路保持足夠的安全距離，采取仰拍的方式進行檢測。通過檢測發(fā)現(xiàn)，該桿塔C相絕緣子有較強的聲源信號，成像設備直觀顯示出最強聲源為絕緣子位置，初步檢測其信號頻段為20～25kHz，最強信號強度為5dB。聲學成像檢測圖譜如圖3所示。

圖3 聲學成像檢測圖譜

為精確捕捉聲源信號，準確判斷信號強度的頻率分布，縮小視窗內(nèi)聲源信號區(qū)域范圍，更準確地判斷最強聲源位置，在右側(cè)的頻帶調(diào)節(jié)區(qū)域?qū)︻l率范圍上下限進行微調(diào)，當聲源信號區(qū)域范圍趨近于較規(guī)則的圓形或橢圓形且信號較穩(wěn)定時，復測觀測信號范圍內(nèi)的聲強級，得到聲學成像檢測圖譜如圖4所示，聲源位置信號頻段約為21～26kHz，信號強度為8dB。實際測試過程中，測試儀器距絕緣子位置處約8m，通過聲學成像檢測可知，該線路桿塔C相絕緣子處存在較強的超聲波信號，相關經(jīng)驗表明，配電網(wǎng)線路電暈放電缺陷的超聲信號一般在10～15dB（檢測距離約在10m以內(nèi)），通過檢測，該超聲信號強度不高。

圖4 聲學成像檢測圖譜（復測）

2.2 紅外成像檢測

進一步利用紅外成像技術對該缺陷進行檢測，檢測結果如圖5所示。圖5（a）為技術人員手持紅外成像設備在桿塔基礎位置進行仰視拍攝得到，通過檢測，該桿塔絕緣子溫度分別為A相15.6℃、B相16.0℃、C相18.2℃，測試時環(huán)境溫度為13.3℃，C相與A相溫差為2.6℃，C相存在輕微發(fā)熱情況，相對溫差為53.06%，但發(fā)熱程度不明顯。

為進一步判斷絕緣子發(fā)熱情況，采用無人機搭載紅外相機進行懸停檢測，結果如圖5（b）所示。該桿塔三相絕緣子位置處溫度分別為A相17.0℃、B相17.0℃、C相22.1℃，C相與A相溫差為5.1℃，相對溫差為57.95%，無人機搭載紅外成像相機可清晰發(fā)現(xiàn)溫度異常的絕緣子。無人機懸停檢測頂部拍攝時，檢測結果如圖5（c）所示，可見C相絕緣子輕微發(fā)熱位置為絕緣子槽口綁扎線處。由于無人機搭載紅外相機進行懸停檢測時，紅外相機距離被試設備較近（一般可以控制在5m左右），而手持紅外成像儀在桿塔基礎附近檢測時距離被試設備一般在10m左右，因此無人機搭載紅外相機懸停檢測較手持紅外成像檢測可以發(fā)現(xiàn)C相的實際溫度更高。

2.3 缺陷情況

通過聲學成像和紅外成像檢測，特別是無人機搭載紅外相機懸停檢測結果可知，該桿塔C相絕緣子頂部綁扎線槽口位置存在輕微發(fā)熱且伴隨有超聲信號。檢測期間，該線路三相平均負載率和不平衡率均較低。使用無人機懸停拍攝得到的高清照片如圖6和圖7所示，可觀察到A、B兩相絕緣導線外層完好，但C相絕緣導線綁扎處有明顯破損，且有輕微的炭化痕跡。

圖6 絕緣子（右側(cè)為A相、左側(cè)為B相）

通過綜合研判，本次缺陷為針式絕緣子頂部絕緣導線綁扎位置破損，導致電暈放電并致使輕微發(fā)熱，缺陷情況和檢測結果相符。

圖7 絕緣導線破損（C相）

3 結論

本文對基于聲學成像檢測和紅外檢測發(fā)現(xiàn)的一起配電網(wǎng)絕緣導線缺陷案例進行分析，得到結論如下：

1）絕緣子頂部綁扎絕緣導線的槽口位置，導線若出現(xiàn)嚴重破損會有較大可能出現(xiàn)超聲信號，通過手持式聲學成像設備能對缺陷進行初步定位。

2）聲學成像能實現(xiàn)配電網(wǎng)設備電暈放電缺陷判斷與初步定位，建議在配電網(wǎng)巡視作業(yè)中推廣應用，但目前還缺乏不同故障情況下明確可量化的判斷標準，需要結合實際案例不斷進行總結。

3）配電網(wǎng)非接觸檢測能有效發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)線路設備缺陷，但需要綜合各類檢測和巡視方式，如聲學成像、紅外成像，特別是無人機搭載紅外相機懸停檢測，以多種技術和作業(yè)手段實現(xiàn)對配電網(wǎng)線路設備缺陷的綜合分析與判斷。

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Analysis of a case of defect of overhead insulated conductors in distribution network based on acoustic and infrared imaging detection technology

ZHAO Yongjun LIAO Sheng YANG Wanrui WANG Jianlu

(Yunnan Electric Power Technology Co., Ltd, Kunming 650217)

Live detection technology can improve the efficiency of inspection of distribution network lines, but the traditional method is mainly based on infrared detection of handheld devices, and the inspection method based on acoustic imaging combined with unmanned aerial vehicle (UAV) equipped with infrared cameras is rarely used. In this paper, the defect of overhead insulated conductors in distribution network is detected by means of acoustic imaging technology and UAV equipped with infrared cameras, and the detection methods and detection effects are analyzed and summarized. The results show that this technology can detect the local corona discharge defects of overhead insulated conductors in distribution network, and it can be applied in the patrol operation of distribution network. In the follow-up, with the continuous optimization of detection technology, the detection efficiency of distribution network lines can be further improved, providing support for improving the reliability of power supply of the distribution network.

distribution network; acoustic imaging; infrared imaging; defect diagnosis

2022-08-30

2022-09-23

趙勇軍（1987—），男，碩士，高級工程師，從事高壓電氣設備故障診斷與數(shù)據(jù)挖掘工作。