紅外熱像聯(lián)合紫外成像檢測絕緣子污穢

羅志平，唐志劍，張國旗，陶霰韜，鄧 維，陳柯良

(國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙410005)

紅外熱像聯(lián)合紫外成像檢測絕緣子污穢

羅志平，唐志劍，張國旗，陶霰韜，鄧 維，陳柯良

(國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙410005)

本文通過對紅外、紫外檢測原理的分析，利用紅外熱像及紫外成像綜合檢測發(fā)現(xiàn)了某變電站設(shè)備絕緣子積污缺陷，并停電進(jìn)行了缺陷處理。

積污；紅外熱像；紫外成像；消缺

隨著環(huán)境污染狀況的日益嚴(yán)重、電力系統(tǒng)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大及輸電等級的升高，絕緣子污穢閃絡(luò)已經(jīng)成為對電網(wǎng)最具威脅的因素之一〔1-2〕。高壓電力設(shè)備絕緣子在運(yùn)行中受到空氣中的顆粒塵埃、SO2及氮氧化合物等污染物質(zhì)的長期作用，其表面將聚積一層污穢物，當(dāng)空氣濕度較大時，極易發(fā)生污閃，造成停電事故。對絕緣子的污穢程度進(jìn)行測定，進(jìn)而及時清掃和處理，對保障電力設(shè)備安全運(yùn)行意義重大。

針對絕緣子污穢程度的測定，目前主要有停電檢測和帶電檢測兩類方法。停電檢測主要包括閃絡(luò)場強(qiáng)法、等值附鹽密度法和污層電導(dǎo)率法；帶電檢測主要包括泄漏電流法、紅外測溫法及紫外檢測法。帶電檢測相對停電檢測方式具備不需要停電，測試靈活、方便、成本低的特點(diǎn)。帶電檢測方式中泄露電流法需要在設(shè)備上加裝電流傳感器在線測量裝置，成本較大；紅外測溫法具有非接觸性，無須登塔，不易受電磁干擾，安全、準(zhǔn)確、可靠的特點(diǎn)，成功地應(yīng)用于電力設(shè)備的狀態(tài)檢測、異常發(fā)熱、故障診斷等方面；紫外檢測技術(shù)可以直觀地確定電暈放電的大致位置和強(qiáng)度，進(jìn)而可以判斷是否要對絕緣子串進(jìn)行清掃、沖洗或更換。目前，電力系統(tǒng)中紅外檢測及紫外檢測應(yīng)用廣泛。

本文綜合運(yùn)用紅外熱像檢測和紫外成像檢測方法發(fā)現(xiàn)湖南某500 kV變電站支撐瓷瓶外表面積污，并及時安排停電進(jìn)行消缺處理，避免設(shè)備發(fā)生污閃。

1 檢測原理

1.1 紅外檢測原理

紅外熱像儀通過探測設(shè)備表面紅外輻射的強(qiáng)弱，對物體表面溫度及溫度場進(jìn)行檢測，從而判斷設(shè)備是否存在缺陷。其具有遠(yuǎn)距離、不停電、不接觸、準(zhǔn)確、直觀、快速、安全、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，且檢測結(jié)果可為設(shè)備檢修提供依據(jù)，為開展設(shè)備狀態(tài)維修創(chuàng)造條件，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性〔3-5〕。

利用紅外檢測儀檢測絕緣子污穢的原理為:絕緣子表面污層受潮時會形成一層導(dǎo)電薄膜，使得絕緣子表面絕緣電阻減小、流經(jīng)絕緣子表面的泄漏電流增大，絕緣子表面的電流熱效應(yīng)也越明顯。污穢程度越高，泄漏電流越大，其電流熱效應(yīng)越明顯，絕緣子表面溫度變化也越明顯。利用紅外檢測絕緣子表層熱輻射狀況，熱效應(yīng)越明顯則說明泄漏電流越大，絕緣子污穢程度越高，由此可判斷絕緣子表面是否積污嚴(yán)重。

1.2 紫外檢測原理

絕緣子污穢容易導(dǎo)致其表面放電，紫外檢測主要通過檢測絕緣子表面是否存在紫外光以判斷絕緣子表面是否存在放電從而確定其污穢狀況。

積污較嚴(yán)重的絕緣子串在有霧、露、毛毛雨以及融冰、融雪等天氣時，其表面的污穢物吸收水分，污層中的電解質(zhì)發(fā)生溶解、電離，導(dǎo)致污層電導(dǎo)增加，絕緣子表面泄漏電流相應(yīng)增加。受絕緣子的形狀、結(jié)構(gòu)尺寸、絕緣子表面污層分布不均和潮濕程度不同等因素的影響，絕緣子表面各部位的電流密度存在差異，其結(jié)果是在電流密度比較大的部位形成“干區(qū)”。“干區(qū)”的存在使絕緣子表面電壓分布更不均勻，當(dāng)“干區(qū)”處的電場強(qiáng)度達(dá)到一定的程度時，將產(chǎn)生輝光放電而發(fā)生局部電弧，電弧可能熄滅，也可能不斷發(fā)展，導(dǎo)致閃絡(luò)〔5-7〕。

局部放電時，干區(qū)附近空氣中的氮?dú)庠陔娀〉淖饔孟掳l(fā)生電離，電離的氮原子在復(fù)合時發(fā)射的光譜主要落在紫外光波段(波長λ＝230～405 nm)，而由于臭氧層的作用，地球上能夠接收到的太陽輻射紫外光波段長都在280 nm以上，所以230～280 nm屬于太陽盲區(qū)〔6〕，因此如果在絕緣子附近觀察到日盲區(qū)的紫外光，就可以判定存在放電現(xiàn)象。

1.3 紅外及紫外綜合診斷

紅外及紫外檢測原理及特征表明，利用以上2種檢測方式可判斷絕緣子表面積污嚴(yán)重程度，可根據(jù)檢測中得到的溫升及放電特征指導(dǎo)后續(xù)處理工作。

電力設(shè)備的外絕緣受到積污影響時，往往同時存在過熱和外表面放電現(xiàn)象；多數(shù)情況下，由于外表面存在的強(qiáng)烈放電，導(dǎo)致放電位置因放電能量的持續(xù)存在而產(chǎn)生過熱點(diǎn)。因此，紅外與紫外綜合診斷污穢缺陷，能夠避免對其他電壓制熱型缺陷的誤判，二者可以相互佐證，快速確定積污區(qū)及積污最嚴(yán)重的位置。

2 檢測應(yīng)用實(shí)例

2.1 紅外成像檢測

對湖南省某500 kV變電站進(jìn)行紅外例行試驗(yàn)，在環(huán)境溫度為7℃，濕度為70%的條件下，發(fā)現(xiàn)50532B相支撐瓷瓶(刀閘與跨線間)的上節(jié)(三節(jié)式瓷瓶)存在過熱區(qū)域。瓷瓶熱點(diǎn)溫度達(dá)到14.8℃，溫升達(dá)到了7.3 K(環(huán)境參照體溫度為7.5℃)，與中間瓷瓶的溫差達(dá)到4 K，過熱區(qū)域橫向延圓周方向約為1/4，延縱向達(dá)到瓷瓶長度的2/3，整個區(qū)域整體從上至下呈倒紡錘型分布，與常見的污穢分布方式相似，如圖1所示。

圖1 B相瓷瓶(刀閘與架空線之間)紅外發(fā)熱情況

一天后對此瓷瓶進(jìn)行紅外復(fù)測，50532B相過熱區(qū)域達(dá)到了15.8℃，溫升達(dá)到13 K，如圖2所示。同時發(fā)現(xiàn)50532C相頂端均壓環(huán)與瓷瓶接觸位置也存在過熱，熱點(diǎn)溫度達(dá)到17.2℃，溫升達(dá)到了15 K，如圖3所示。前后2次紅外檢測溫升如表1所示。

圖2 50532B相瓷瓶(刀閘與架空線之間)紅外發(fā)熱圖片

圖3 50532C相瓷瓶(刀閘與架空線之間)紅外發(fā)熱圖

根據(jù)瓷瓶發(fā)熱的位置，瓷瓶發(fā)熱的原因可能為:1)均壓環(huán)與管母線的連接接觸不良引起電暈放電；2)均壓環(huán)與瓷支柱絕緣子之間存在積灰或密封膠開裂導(dǎo)致放電而產(chǎn)生電壓致熱型缺陷。為確定發(fā)熱原因，同時進(jìn)行了紫外放電檢測。

表1 溫升對比數(shù)據(jù)表K

2.2 紫外放電檢測

為進(jìn)一步確認(rèn)缺陷性質(zhì)，采用紫外成像儀對2處瓷瓶紅外缺陷進(jìn)行檢測，檢測圖譜如圖4，5所示。

紫外放電檢測圖顯示，B，C相瓷瓶上端接近均壓環(huán)處放電現(xiàn)象明顯，其中B相瓷瓶放電更嚴(yán)重，其特征與紅外檢測發(fā)熱位置一致。

經(jīng)調(diào)查，該變電站附近1 km內(nèi)有磚廠、瀝青攪拌廠等污染源，在500 kV場地西側(cè)有水泥廠，均壓環(huán)與瓷支柱絕緣子之間存在積灰是造成缺陷的主要原因。

圖4 50532B相瓷瓶紫外成像圖片

圖5 50532C相瓷瓶紫外成像圖

2.3 消除缺陷處理

在設(shè)備停電期間對50532刀閘B相、C相支撐瓷瓶進(jìn)行了抵近觀察，B相瓷瓶表面積污嚴(yán)重，與發(fā)熱區(qū)域一致，現(xiàn)場的污穢測量鹽密為0.498 mg/cm2，灰密為0.512 mg/cm2，屬于D級污穢。C相瓷瓶頂端發(fā)現(xiàn)密封膠開裂和放電痕跡，瓷瓶探傷后未發(fā)現(xiàn)異常。隨后對50532B相瓷瓶進(jìn)行了表面清污，對C相進(jìn)行了用密封膠重新涂抹。送電后進(jìn)行了紅外及紫外復(fù)測，已消除B，C相紅外發(fā)熱缺陷且無紫外放電現(xiàn)象。

3 結(jié)論

1)紅外及紫外檢測技術(shù)可以在設(shè)備帶電的情況下檢測絕緣子積污程度，相比停電檢測更靈活性、檢修成本低，能夠提前發(fā)現(xiàn)污穢度高的絕緣子并及時進(jìn)行處理。

2)紅外與紫外檢測技術(shù)在對具設(shè)備具體污穢區(qū)進(jìn)行確診時，二者可以相互佐證，精確診斷。

3)對于污穢在C級及以上或在運(yùn)期間周邊有新增污染源的變電站，應(yīng)加強(qiáng)紅外及紫外檢測。

4)對于紅外及紫外檢測發(fā)現(xiàn)積污嚴(yán)重的設(shè)備，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況停電或在設(shè)備停運(yùn)期間進(jìn)行清洗，再次投運(yùn)后應(yīng)進(jìn)行復(fù)測。

〔1〕楊雪峰.高壓電力設(shè)備外絕緣的耐污穢設(shè)計(jì)研究〔J〕.電瓷避雷器，2001(1):3-7.

〔2〕賀博，林峰.高壓絕緣子污閃過程特征量的分類和判別〔J〕.高壓電器，2006，42(3):172-175.

〔3〕杜萍，魏少華.電氣設(shè)備的污閃原因及防污閃措施〔J〕.冶金動力，2007(2):11-12.

〔4〕許和明，曹建.絕緣子污閃事故發(fā)生的原因及防止措施〔J〕.安徽電力，2005，22(1):19-25.

〔5〕端木林南，文遠(yuǎn)芳，黃斌，等.絕緣子泄漏電流與脈沖電流特性研究〔J〕.電瓷避雷器，2008(6):8-12.

〔6〕肖猛，文曹.一種新型絕緣子帶電檢測方法—紫外成像法〔J〕.高電壓技術(shù)，2006，32(6):42-44.

Insulator contamination measuring of infrared thermal image method with ultraviolet image method

LUO Zhiping，TANG Zhijian，ZHANG Guoqi，TAO Xiantao，DENG Wei，CHEN Keliang
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Maintenance Company，Changsha 410015，China)

In this paper，infrared thermal image methods and ultraviolet image methods are utilized comprehensively to find out insulator contamination defect of substations and defects treatment has been dealt with during power-off time.

contamination；infrared thermal image；ultraviolet image；defect elimination

TM866

B

1008-0198(2016)02-0054-03

羅志平(1977)，男，高級工程師，主要從事變電運(yùn)維檢修管理。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.02.013

2015-12-29 改回日期:2016-02-24