紅外檢測劣化絕緣子的仿真試驗

孫偉忠，周駿

(云南電網責任有限公司電力科學研究院，昆明 650217)

紅外檢測劣化絕緣子的仿真試驗

孫偉忠，周駿

(云南電網責任有限公司電力科學研究院，昆明 650217)

過仿真研究證實了絕緣電阻值對絕緣子發熱情況的影響，分析了不同絕緣電阻值，不同位置的絕緣子其發熱功率的變化。并且通過實驗室紅外檢測，證實了仿真研究的結果。對絕緣子的紅外檢測工作具有指導作用。

劣化絕緣子；仿真研究；紅外檢測

0 前言

輸電線路的懸式絕緣子在長期的電氣和機械載荷作用下，有些會以外觀破損、性能喪失為直接的顯性表征，而更多的是各種性能的部分喪失或不同程度的劣化，對于此類型部分喪失性能的線路絕緣子，用什么方法能有效地進行檢測，尤其是能夠在線檢測出此部分劣化絕緣子，是各供電部門關心的問題。

早期用短路叉、火花間隙或小型靜電電壓表等方法測量絕緣子串的分布電壓，用以判斷被測絕緣子的好壞。這些方法不但勞動強度大，安全性差，效率低下，而且準確率不高。隨著紅外檢測技術的發展，通過紅外檢測劣化絕緣子的熱成像特性，以此來判斷絕緣子的劣化程度的研究在國內已經開展起來了，有些學者從理論分析了劣化絕緣子絕緣電阻值與絕緣子發熱情況之間的關系，文中將基于理論分析的結果，通過仿真研究，證實絕緣電阻對絕緣子發熱情況的影響，并且在實驗室進行劣化絕緣子紅外檢測，證實仿真研究的結果，從而總結出可供劣化絕緣子檢測人員參考的紅外檢測劣化絕緣子有效性判斷的依據。

1 仿真模型

理論研究表明，當絕緣子的絕緣電阻值與絕緣子的等效容抗值相等時，絕緣子的發熱功率最大。當絕緣電阻變大或減小時，絕緣子的發熱功率都將減小。文中的仿真將驗證此理論研究結果。同時還將研究劣化絕緣子在不同位置時的發熱功率。在仿真中，將每一片絕緣子等效成電容和電阻并聯的模型，每片絕緣子的鋼腳和鋼帽對地及對導線均存在雜散電容。文中針對110 kV電壓等級的絕緣子串進行了仿真，絕緣子片數為7片。仿真圖如圖1所示。

C1，C2……Cn為每片絕緣子鋼帽與鋼腳之間的極間電容，一般為30～60 pF R1，R2……Rn為每片絕緣子的絕緣電阻值；C11，C12……C1n為每片絕緣子對地的雜散電容，一般為4～5 pF；C21，C22，……C2n為每片絕緣子對高壓導線的雜散電容，一般為0.5～1 pF。

2 仿真結果

2.1 不同位置時，劣化絕緣子的發熱功率仿真

圖1 仿真模型圖

高壓端第一片絕緣子的絕緣電阻為60 MΩ，其他絕緣子均為正常絕緣子時，各絕緣子的發熱功率表1所示。

表1 第一片絕緣子為低值時各片絕緣子的發熱功率

從表1可以看出，第一片絕緣子為低值絕緣子時，其發熱功率明顯的高于其他正常絕緣子的發熱功率，基本上都大于100倍以上。

計算整串絕緣子中只有一片為低值的情況，如表2所示。序號1代表第1片為低值，其他絕緣子為正常的情況，此時第1片絕緣子的發熱功率。其他類推。仿真中低值絕緣子均設置為60 MΩ。

表2 各片低值絕緣子的發熱功率

從表2可知，同樣阻值的低值絕緣子，在絕緣子串的不同位置時，其發熱功率不同，在高壓端第一片時，其發熱功率最大，隨著離高壓導線的距離越遠，發熱功率越小，當靠近地線端時，絕緣子的發熱功率又有所增大。這個分布趨勢與絕緣子串的電壓分布類似。

當整串絕緣子中有兩片是低值絕緣子時，其發熱功率如表3所示。

表3 S各片低值絕緣子的發熱功率

從表3可知，當整串絕緣子有兩片時低值絕緣子時，每一片低值絕緣子的發熱功率都比整串只有一片低值絕緣子時要高。

當整串絕緣子有三片為低值時，其發熱功率如表4所示。

表4 各片低值絕緣子的發熱功率

從表4可知，當整串絕緣子有三片時低值絕緣子時，每一片低值絕緣子的發熱功率都比整串只有兩片低值絕緣子時要高。

2.2 不同阻值時，劣化絕緣子的發熱功率仿真

分布仿真研究劣化絕緣子的絕緣電阻值為不同值時，其發熱功率，如表5所示。此部分將高壓端第一片絕緣子設為低值。

表5 各片低值絕緣子的發熱功率

從表5可知，此絕緣子的絕緣電阻值在45 MΩ左右，其發熱功率最大，隨著絕緣電阻的減小和增大，其發熱功率逐步減小。

3 實驗室紅外檢測研究

給絕緣子串施加110 kV系統正常工作電壓63.5 kV，對不同組合的優劣絕緣子進行紅外熱成像比對測試，確定劣質絕緣子的熱成像特性。

單片低值絕緣子在絕緣子串中不同位置時其發熱情況。低值絕緣子在高壓端第1片時，加壓30分鐘之后，在紅外熱成像儀中即可看到明顯的低值絕緣子的鋼帽溫度高于其他絕緣子的鋼帽溫度。低值絕緣子在中間第4片時，加壓30分鐘后，其溫度與其他絕緣子差異不明顯，加壓1小時之后，其溫度與其他絕緣子差異依然不明顯，為了縮短試驗時間，提高施加在絕緣子串上的電壓，將電壓值提高到127 kV，半小時之后，低值絕緣子鋼帽溫度明顯高于其他絕緣子鋼帽溫度。低值絕緣子在地線端的情況類似于其在中間的情況，也是在提高施加電壓后，其鋼帽溫度才明顯高于其他絕緣子鋼帽溫度。

針對試驗時間之內，低值絕緣子在中間和地線端時，發熱不明顯，提高電壓后發熱明顯的現象，本文通過仿真發現，提高電壓后，低值絕緣子在中間時，其發熱功率達到1.07 W，比未提高電壓時的0.26 W提高了很多，低值絕緣子在地線端時，其發熱功率達到1.03 W，比未提高電壓時的0.26 W提高了很多，因此通過紅外檢測其發熱比較明顯。

文中研究了整串絕緣子中有2片是低值絕緣子的情況下，整串絕緣子的紅外成像圖。

低值絕緣子在高壓端時，第一片絕緣子絕緣電阻值為30 MΩ，第二片絕緣子絕緣電阻為11 MΩ，加壓1小時之后，第一片絕緣子的溫度明顯高于其他絕緣子，第二片絕緣子的溫度仔細觀察可以看出高于其他正常絕緣子。

低值絕緣子在中間段時，加壓1小時后，仔細觀察可以看出2片低值絕緣子的溫度略高于其他絕緣子，可見低值絕緣子鋼帽的發熱還是高于其他正常絕緣子的，因此如果增加施加電壓的時間，低值絕緣子的鋼帽溫度會比較明顯的高于其他正常絕緣子。

低值絕緣子在地線端時，加壓1小時之后，第六片絕緣子的溫度略高于其他絕緣子，但是并不明顯，仿真計算表明此低值絕緣子的發熱功率要高于其他絕緣子，因此如果增加施加電壓的時間，低值絕緣子的鋼帽溫度會比較明顯的高于其他正常絕緣子。

文中還對成串絕緣子中有3片低值絕緣子的情況進行了試驗，此試驗中，第1、4、7片絕緣子為低值絕緣子，其他為正常絕緣子。理論中分布電壓最高的高壓端低值絕緣子發熱量最大，分布電壓最低的中間段絕緣子發熱量也明顯異于其他正常絕緣子，靠近地線端的低值絕緣子的鋼帽發熱也高于其他正常絕緣子，通過紅外成像圖可以比較明顯的看出來。

4 結束語

文中基于劣化絕緣子發熱機理的理論研究，建立了仿真模型，通過仿真研究，證實了劣化絕緣子的發熱功率遠大于正常絕緣子，并且劣化絕緣子的發熱功率跟其在絕緣子串中的位置有關，呈現兩頭高，中間低的特征，其中靠近高壓端的最大。劣化絕緣子的發熱功率隨著絕緣電阻的增大呈現先增大再減小的趨勢，在其等效容抗值附近的某一范圍內達到最大。仿真研究還表明，整串絕緣子中的劣化絕緣子越多，劣化絕緣子的發熱功率越大。

實驗室紅外檢測表明，當劣化絕緣子的發熱功率大于一定值時，其鋼帽的溫度升高，可以通過紅外檢測出此劣化絕緣子，當劣化絕緣子的絕緣電阻過小或者過大，或者位于整串絕緣子電壓分布較低的位置時，可能就無法通過紅外檢測出來了。

仿真研究和實驗室紅外檢測的結果表明，紅外檢測在在線檢測劣化絕緣子上是切實有效的，但是由于受絕緣子本身絕緣電阻的影響以及所處位置的影響，其檢測的范圍受到限制，只能檢測出絕緣電阻在某一范圍之內的劣化絕緣子。

[1] 胡世征.劣化絕緣子的發熱機理及熱像特征 [J].電網技術，1997，21(10)：44-46.

[2] 吳光亞，王鐵街.劣化絕緣子對長串絕緣子電壓分布的影響 [J].高電壓技術，1997，23(4)：59-60.

[3] 金光熙，權光日，郎成，等.故障絕緣子的發熱機理及其紅外熱像檢測 [J].電瓷避雷器，2011，5：12-15.

Research on Infrared Detecting of Faulty Insulators with Simulation and Experiment

SUN Weizhong，ZHOU Jun
(Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217，China)

：this paper Through Simulation study confirmed the insulation of resistance On the effect of insulator heating conditions，analysis the different insulation resistance value，different location of the insulator heating power change.And through laboratory infrared detection，confirmed the simulation results.The insulator infrared detection has a guiding role.

faulty insulator；simulation study；infrared detection

TM83

B

1006-7345(2015)04-0080-03

2015-03-02

孫偉忠 (1983)，男，工程師，碩士，云南電網責任有限公司電力科學研究院，從事輸電線路防雷及過電壓研究 (e-mail) sunwzfight＠126.com。

周駿 (1982)，男，助理工程師，云南電網責任有限公司電力科學研究院，從事電磁兼容及輸電線路研究 (e-mail) 289121505＠qq.com。