基于帶電檢測的復合絕緣子憎水性研究

朱五洲 韋亦龍 李 迪 劉淡冰

（廣東電網有限責任公司珠海供電局，廣東珠海519000）

0 引言

不同于傳統的瓷質絕緣子和玻璃絕緣子，復合絕緣子體積小、便于維護；重量輕、便于安裝；尤其其優秀的憎水性能顯著降低污閃。因此，復合絕緣子的憎水性成為材料性能評估的一項重要技術指標。

但這種憎水性又會因氣候、環境、使用等因素而降低，尤其是在復合絕緣子運行過程中，這種變化會直接影響電力設備系統的使用安全性。

因此，如何對復合絕緣子憎水性進行運行過程中的帶電檢測顯得尤為重要。

本文從一種新型絕緣子憎水性帶電檢測裝置入手，對復合絕緣子運行過程中憎水性的帶電檢測展開分析研究。

1 復合絕緣子憎水性的概念及帶電檢測的科學意義

物質的憎水性是基于其所含有的憎水基團而形成的一種性能指標，又被稱為濕潤性。而復合絕緣子的憎水性，主要用于表示環境水分對復合絕緣子外絕緣的濕潤能力及表面張力。

憎水性使復合絕緣子表面不容易受潮，表面附著的水分以不連續的單個小水珠形態存在，不會在表面形成連續水膜，限制了電流的泄漏，提高了閃絡電壓。

實踐表明，在復合絕緣子運行過程中，由于強電場作用、太陽照射、空氣濕度、環境污穢程度、酸雨、霧霾等因素作用，其主體材料——硅橡膠材料會發生老化，導致憎水性下降甚至喪失，積污加劇，產生電暈、電弧等放電，使電流的外泄迅速增大，而這些因素又反過來加劇了硅橡膠的老化過程，形成一種惡性循環，直至發生嚴重的電力事故，影響供電系統及其電力設備的安全使用。

此外，眾多研究成果表明，季節變化對復合絕緣子憎水性也有一定影響，復合絕緣子的憎水性在冬季會發生下降甚至喪失的情況，而隨著氣候變暖，不同的復合絕緣子又會體現出不同的憎水性恢復特征。電力系統維護中的帶電檢測，是準確掌握絕緣子憎水性能，判斷材料耐用度和使用壽命的重要環節。

2 復合絕緣子憎水性的帶電檢測方法

判斷與檢測材料憎水性的方法主要有三種：第一，接觸法；第二，表面張力法；第三，噴水分級法。而目前針對絕緣子憎水性，檢測方法主要包括靜態接觸角法（CA法）、動態接觸角法、噴水分級法（HC法）、動態滴水法等。

其中，噴水分級法（HC法）的概念由瑞典輸電研究所（STRI）最早提出并完善，這種方法采用HC等級來區分憎水性狀態。具體來講，噴水分級法將絕緣子材料的憎水性分為HC1～HC7七個等級，其中HC1級對應憎水性最好的狀態，HC1～HC3為憎水性狀態，HC4為中間過渡狀態，HC5～HC7為親水狀態，HC7則對應完全親水性的表面。絕緣子憎水性帶電檢測裝置即采用這種噴水分級法（HC法）對復合絕緣子進行運行帶電檢測。

3 絕緣子憎水性帶電檢測裝置噴水分級檢測的工作方法

整個檢測工作采取塔上、地面相結合的方式進行，由工作人員上塔，先對待測傘裙定量噴灑水霧，然后使用檢測裝置上的前置攝像頭對被噴灑水霧后的絕緣子材料表面進行拍照。回到地面后，工作人員將其拍攝并存儲到手機上的憎水性圖像輸入到計算機中，使用裝置中的憎水性分析軟件判斷絕緣子的憎水等級。

絕緣子憎水性帶電檢測裝置采用圖像對比、改進形狀因子這兩種方法，對絕緣子材料表面的憎水性指標予以分級。

3.1 使用拍攝圖片與標準圖像比對分析

首先將現場獲得的絕緣子憎水圖像同《不同憎水等級的標準圖像》（圖1）所示的HC1～HC7七個等級標準圖像進行主觀分析對比。

然后，通過對所拍攝的絕緣子表面圖像與標準圖像進行比對，分析二者相似程度，參考《不同憎水性等級的圖像特征描述》（表1）所列的不同憎水性等級特征描述，對材料憎水性進行分級。

3.2 改進形狀因子測算法

這種方法是通過數學計算，客觀得出絕緣子表面憎水拍攝圖像中的最大水珠（或最大水膜）的面積比（K值）以及形狀因子（fc值），并依據《不同憎水性等級的圖像特征描述》（表1）所列的數據，對絕緣子表面憎水性進行分級。

面積比K值的計算公式如下：

運算公式中應當注意，最大水珠（水跡）的面積和圖像總面積的計算單位均為像素。形狀因子fc值則使用專用計算公式得到。

4 絕緣子憎水性帶電檢測裝置的構成及工作原理

絕緣子憎水性帶電檢測裝置由電動噴水、圖像拍攝裝置、筆記本電腦、手機終端（選配）、憎水性取照軟件（U盤）、憎水性分析軟件等幾部分構成。

圖1 不同憎水等級的標準圖像

表1 不同憎水性等級的圖像特征描述

首先電動噴水裝置按照電力行業標準規定對被測絕緣子進行精確定量噴水，裝置由無線遙控、絕緣操作桿、控制噴水部分組成，各部分可快速組裝并進行現場使用。絕緣子憎水圖像拍攝裝置安裝有百萬級別的前端攝像頭，用于采集復合絕緣子憎水圖像。裝置中的憎水性分析軟件能夠從主客觀兩個角度對絕緣子憎水性進行HC等級判斷。

具體來講，客觀判斷即采取上述“改進形狀因子法”，通過在計算機中分析絕緣子憎水圖像的面積比K和形狀因子fc來進行憎水性等級判斷；而主觀判斷則是依據上述“圖像對比法”，在軟件中嵌入HC分級法的標準圖像，將現場獲得的憎水圖像導入軟件后，通過對比其與各標準圖像的相似性來獲得憎水性等級。

通常來講，主觀判斷只作為一種輔助的判斷方法，用以驗證客觀判斷的結果。需要注意的是，帶電檢測工作應當選擇良好天氣進行，雷、雨、雪、霧等天氣下進行的帶電檢測，或環境濕度大于80%，極易對檢測結果產生較大影響。

5 結語

復合絕緣子在電力設備系統中的應用越來越廣泛。在我國，使用復合絕緣子材料的歷史可以追溯到20世紀70年代早期，發展至今，主要應用于中等以上直至空氣環境污穢嚴重地區的110～220 kV線路上，所使用的材料均為硅橡膠。針對復合絕緣子在運行過程中的憎水性檢測是堅持技術發展問題導向、實現設備材料使用安全性判斷的必然選擇。我們在此探討研究的這種新型絕緣子憎水性帶電檢測裝置具有極高的現場可操作性，并可以絕對保證檢測人員的人身安全。不過，基于帶電檢測的復合絕緣子憎水性的分析還有進一步發展的空間，絕緣子憎水性帶電檢測裝置在帶電檢測領域的應用將會逐步得到完善，從而充分發揮其性能優勢，為憎水性研究帶來更多的突破性成果。