基于無人機紅外測溫的線路復合絕緣子運維措施探討*

林朝暉 許燕青 鄭干好

(國網福建省電力有限公司檢修分公司，福建 福州 350011)

1 概述

復合絕緣子在我國超特高壓線路廣泛應用，有效提高了線路的安全運行和可靠性水平，也大大減輕了繁重的污穢清掃及零值檢測等運行維護工作[1]。近年來，全國電力系統(tǒng)發(fā)生復合絕緣子斷裂故障較多，主要有斷裂、脆斷、酥斷、污閃、鳥啄、老化等[2-5]，詳見圖1。

圖1 目前各種絕緣子故障情況

根據相關統(tǒng)計，目前復合絕緣子運維情況重點關注E(傘套嚴重蝕損)、A(憎水性喪失)、G(紅外檢測到發(fā)熱)，說明近年來紅外熱成像技術已在線路巡檢中廣泛應用，詳見圖2。

圖2 復合絕緣子故障情況統(tǒng)計

多旋翼無人機是一種機動性強、穩(wěn)定性高、敏捷安全、操作簡便的飛行平臺。針對復合絕緣子溫度檢測，采用無人機搭載紅外檢測設備替代人工手持，可兼顧檢測準確性、高效性、安全性和靈活性。

2 復合絕緣子紅外測溫的必要性

2.1 高場強工況下

高場強下，特別是在潮濕環(huán)境，絕緣子表面的水珠、積污會引起電場畸變，造成局部電場進一步增大[6]。這會引發(fā)硅橡膠表面產生電暈，使硅橡膠老化加速。硅橡膠老化后，其吸水性、透水性性能劣化。硅橡膠在吸水后轉變?yōu)闃O性物質的特性，在交變電場的作用下，絕緣子的硅橡膠發(fā)生溫升，進一步加速老化。護套老化后透水性劣化，潮濕會滲入芯棒，在電場作用下，引起界面與芯棒的水解，并引發(fā)局部放電，長期局部放電的燒蝕導致芯棒斷串。

2.2 微氣象區(qū)域

目前復合絕緣子故障大多發(fā)生在大檔距、沿海大風口或落差大等微氣象區(qū)域的桿塔上，絕緣子串比其它絕緣子串受到更大的應力。有試驗表明，局部放電等造成的老化與其受到的機械應力有直接關系。在沿海，大風舞動，動態(tài)機械負荷可大于靜態(tài)負荷幾倍，突變的大負荷可引起芯棒突然伸縮，很容易造成護套和芯棒間粘接界面損傷——形成氣隙[7]。

3 無人機紅外測溫

3.1 其他測溫方式分析

(1)對運行10年及以上的合成絕緣子老化問題重視不足。日常線路巡視工作主要對絕緣子外觀進行檢查，對沿海或大霧等濕度較大的區(qū)域未能有針對性地開展紅外測溫。

(2)運行中的絕緣子紅外檢測受外部環(huán)境和拍攝角度的影響，較難獲得絕緣子本體的真實紅外圖譜，需要登塔選定合適的角度才能進行檢測，工作量大，缺陷發(fā)現效率不高。直升機紅外檢測也存在一定的漏檢率。

(3)目前對復合絕緣子工況的把控，大部分依賴于直升機紅外巡檢、人工帶電登桿測溫，但人工帶電登桿測溫因受角度、裝備影響，未能有效獲取復合絕緣子內部發(fā)熱情況。

3.2 無人機紅外測溫的優(yōu)勢

(1)以某市檢修公司為例，組織利用手持式紅外測溫儀+無人機紅外測溫進行桿塔精細化復核，其中11基桿塔人工復測溫差大于0.5°，6基桿塔溫差出現負值，不排除儀器精度、測量距離較遠等原因造成偏差。

(2)以某500kV線路2020年直升機航巡發(fā)現復合絕緣子發(fā)熱9基，組織開展無人機紅外測溫，共發(fā)現28基復合絕緣子發(fā)熱，且直升機發(fā)熱的9基桿塔存在溫差不一致，不排查直升機航巡紅外測溫受飛行姿態(tài)及路線影響，不如無人機紅外測溫方便迅捷。

(3)以筆者所在單位近兩年來工作做縱向比較：傳統(tǒng)模式下，人工紅外測溫15基桿塔/人/天，使用無人機紅外測溫可以達到60基桿塔/人/天，效率提升約4倍，更滿足目前輸電線路“兩個替代”(可視化代替人工通道巡檢、無人機代替人工狀態(tài)巡視)轉型需要。

3.3 無人機紅外測溫拍攝點位

根據無人機紅外測溫近年來實踐實操，針對不同塔型及復合絕緣子串型推薦以下四種拍攝點位：

(1)雙回路I串/雙II串

①頭上揚角度宜采用10°～15°；

②水平位置位于目標絕緣子同相導線下方1～2m，距離目標絕緣子10m；

③自桿塔一側進行拍攝時，無人機與目標絕緣子的連線與導線成30°～45°；從桿塔上方進入雙回導線之間拍攝時，無人機正對桿塔塔身中軸線。

圖3 雙回路I串/雙II串拍攝點

(2)雙回路V串/雙V串無人機拍攝點

①頭上揚角度宜采用30°；

②無人機水平位置大致位于同相導線下方8m，或下層橫擔平面附近，距離絕緣子10m；

③自桿塔一側進行拍攝時，無人機與目標絕緣子的連線與導線成30°～45°；從桿塔上方進入雙回導線之間拍攝時，無人機正對桿塔塔身中軸線。

圖4 雙回路V串/雙V串無人機拍攝點

(3)單回路V串及雙V串無人機拍攝點

①頭上揚角度宜采用30°；

②無人機水平位置大致位于同相導線下方2～3m，距離絕緣子10m；

③自桿塔一側進行拍攝時，無人機與目標絕緣子的連線與導線成30°～45°；進入兩邊相導線之間拍攝時，無人機正對桿塔塔身中軸線。

圖5 單回路V串及雙V串無人機拍攝點

(4)單回路I串及雙I串無人機拍攝點

①頭上揚角度宜采用10°～15°；

②無人機水平位置略低于導線，距離絕緣子10m；

③自桿塔一側進行拍攝時，無人機與目標絕緣子的連線與導線成30°～45°；進入兩變相導線之間拍攝時，無人機正對桿塔塔身中軸線。

圖6 單回路I串及雙I串拍攝點

(5)其他經驗

①在飛行過程中，如果在屏幕上觀察到了發(fā)熱點，則要針對發(fā)熱點進行補拍，對其發(fā)熱點進行多角度拍攝、檢查、分析，同時利用可見光對發(fā)熱點進行近距離拍攝，并在傍晚或者清晨時重新拍攝。

②在開展紅外測溫時，盡量避免強光天氣和濕度較大的天氣，氣溫過高和濕度大會影響絕緣子測量的精準度，盡量選擇在早晨或者傍晚測量，避免在雨天和霧天測量。

③無人機搭載XTS紅外測溫時，采用“北極”或“醫(yī)療”分析場景，分析效果最佳。無人機搭載XT2 紅外測溫時，分析圖像時采用“Arctic(北極)”或“原圖像”時，分析效果最佳。

4 復合絕緣子差異化測溫運維措施

依據近年來實踐，對復合絕緣子測溫進行差異化安排，并結合復合絕緣子預期使用周期(福建公司復合絕緣子以10年為周期進行更換)，目前復合絕緣子工況良好，具體差異化測溫安排如下。

4.1 單V串復合絕緣子

(1)線路復合絕緣子運行時間≥10年

①沿海大風、高濕、高霧地區(qū)的單V串復合絕緣子帶電登桿及近距離紅外測溫基準周期：2個月；紅外測溫方式：每隔3基測1基輪測。

②除沿海大風、高濕、高霧地區(qū)外的單V串復合絕緣子帶電登桿及近距離紅外測溫基準周期：3個月；紅外測溫方式：每隔3基測1基輪測。

(2)線路復合絕緣子運行時間<10年

①沿海大風、高濕、高霧地區(qū)的單V串復合絕緣子帶電登桿及近距離紅外測溫基準周期：3個月；紅外測溫方式：每隔3基測1基輪測。

②除沿海大風、高濕、高霧地區(qū)外的單V串合成絕緣子帶電登桿及近距離紅外測溫基準周期：6個月；紅外測溫方式：每隔3基測1基輪測。

4.2 非單V串復合絕緣子

(1)線路復合絕緣子運行時間≥10年

①每年對沿海大風、高濕、高霧地區(qū)的非單V串復合絕緣子中工況最惡劣的15基桿塔(每個巡檢站)進行帶電登桿及近距離紅外測溫。

②每年對沿海大風、高濕、高霧地區(qū)外的非單V串復合絕緣子中工況最惡劣的10基桿塔(每個巡檢站)進行帶電登桿及近距離紅外測溫。

(2)線路復合絕緣子運行時間<10年

①每年對沿海大風、高濕、高霧地區(qū)的非單V串復合絕緣子中工況最惡劣的10基桿塔(每個巡檢站)進行帶電登桿及近距離紅外測溫。

②每年對沿海大風、高濕、高霧地區(qū)外的非單V串復合絕緣子中工況最惡劣的5基桿塔(每個巡檢站)進行帶電登桿及近距離紅外測溫。

5 結論

本文從復合絕緣子運行和維護的難點出發(fā)，通過不同測溫方式比對，確定無人機紅外測溫的可行性，同時根據近年來的實踐，提出復合絕緣子基于無人機紅外測溫的差異化運維措施。同時采用無人機紅外普檢將產生海量的絕緣子紅外圖譜，基于紅外圖譜的復合絕緣子智能識別在現場有一定的應用價值，可研究開發(fā)絕緣子紅外工作站，用于普檢產生的圖譜智能分析識別和緣子缺陷輔助診斷分析。