红外测温技术在复合绝缘子检测中的应用

红外测温技术在复合绝缘子检测中的应用

李鲁1房启2

(国网山东省电力公司检修公司山东济南2501181;山东网源电力工程有限公司山东济南2501182)

摘要：近几十年来，比色测温仪、光纤测温仪、扫描测温仪等满足各种需要的红外测温仪相继出现和不断改进，使红外技术的研究与应用有了新的飞跃。虽然红外测温技术问世的时间并不很长，但是它安全、可靠、非接触、快速、准确、方便、寿命长等不可替代的优势，已被越来越多的企业与厂家所认识和接受，在冶金、石化、电力、交通、水泥、橡胶等行业得到了广泛的应用，成为企业故障检测、产品质量控制和提高经济效益的重要手段。

关键词：红外测温；绝缘子；检测

1导言

绝大多数由电场引起的绝缘材料的损坏，在其受损处都会出现因局部放电泄漏电流引起的温度升高现象。红外测温技术就是利用这一机理来测量受损部位异常升温，并以此来确定绝缘材料受损情况的一种检测手段。发生过故障的复合绝缘子与正常复合绝缘子的表面热场分布是不同的，用红外检测方法即可判断绝缘子是否发生故障。虽然复合绝缘子挂网运行的时间不长，用红外测温技术检测复合绝缘子的故障情况还处于研究阶段，但红外测温技术能够实现远距离、大面积快速扫描，因此使用该方法检测复合绝缘子具有明显的优势。

2.红外测温技术特点

首先红外测温技术具有不接触、不停运、不取样、不解体的优点，已被证明是电力设备预知性故障诊断的重要手段之一。由于绝缘子的红外检测是在运行状态下，通过红外测温仪检测绝缘子获取绝缘子的运行状态和故障信息。在整个检测过程中，始终不需要与绝缘子直接接触。所以，红外检测可以做到不停电、不取样、不解体，从而可以检测到绝缘子在运行状态下的真实状态信息，安全高效。而且可以做到节省工时，降低劳动强度，减少绝缘子的维修费用，大大提高电网供电可靠性。

其次红外测温技术能够实现远距离、大面积快速扫描，进而快速成像，工作效率高。当使用红外测温仪检测时，能够以图像的形式直观地显示、记录绝缘子的运行状态。只要在适当位置用红外测温仪扫描杆塔上的绝缘子，则可初步找出有问题的绝缘子。另红外测温仪的响应速度快、数据采集速度高，可以批量的检测绝缘子运行状况。与绝缘子以往人工徒步观测和登塔检测方法相比，不仅大大提高了工作效率，降低了劳动强度，而且还保障了工作人员的安全。

3红外检测原理分析

对于瓷绝缘子来说，正常的瓷绝缘子串的发热很小，它的热分布与其电压分布规律相同，是不对称的马鞍形，即在绝缘子串的两端部温度偏高，串的中间逐渐减低，温度是连续分布。相邻绝缘子间温差极小，不超过1℃。当绝缘子的绝缘性能劣化后，它的绝缘电阻减小，当绝缘电阻降为l0～300MΩ时，称为“低值绝缘子”，当绝缘电阻降为5MΩ以下时，称为“零值绝缘子”。对于低值和零值绝缘子，由于它们的绝缘电阻值不同，绝缘子串的电压分布将发生变化，毫无疑问，其发热规律也有相应改变。零值绝缘子的发热功率接近于零，其图象特征是与相邻良好绝缘子相比呈现暗色调的图象；在现场检测时，发现绝缘子串中温度分布不连续，且有暗色调(就好像缺了一块)的图象，则可判断为零值绝缘子；低值绝缘子因内部钢帽及钢脚之间穿透性泄漏电流增大或介损增大所致，，相邻片间温差要超过1℃。对于合成绝缘子来说，如果合成绝缘子外部受伤、芯棒本身材质不良或芯棒与护套界面间有气隙，水汽、杂质慢慢侵入形成电解质气泡，在电场激化作用下气泡内场强会更高，气泡击穿产生局部放电，局部放电致使护套绝缘老化，产生裂纹，在外部水、汽、酸的综合作用下，表面逐步炭化成导电态，此段护套绝缘破坏，高场强加到下一段护套上，局部放电就这样一步一步向前发展，最终会导致击穿发生。从发热情况看，由于护套绝缘破坏，成导电态，电阻很低，不再发热。而下一段护套在绝缘逐渐破坏过程中，绝缘电阻随之下降，但泄漏电流随之上升，I2R逐渐变大，产生新的局部发热点。综合上述，无论是由电场引起的绝缘材料的损坏瓷绝缘子还是合成绝缘子，在其受损处都会出现温度异常的现象。红外测温技术就是利用这一机理来测量受损部位温度异常变化，并以此来确定绝缘子受损情况的一种检测手段。存在缺陷的绝缘子无论是瓷绝缘子还是复合绝缘子与正常绝缘子的表面热场分布是不同的，用红外检测方法即可判断绝缘子是否发生故障。缘子钢帽温度为26℃。第1片绝缘子钢帽温度为31.1℃，比其它绝缘子温度高5.1℃；第2片绝缘子钢帽温度为28℃，比其它绝缘子温度高2℃；第4片绝缘子钢帽温度为28.8℃。比其它绝缘子温度高2.8℃。

4.测试中几个应注意的问题

(1)实验表明，物体的发射率与测试的方向有关，尤其被测物为光洁表面时，方向性更为敏感。为了准确测出物体的真实温度，当被测物的发射率小于0.9时，测温仪最好垂直于被测物表面，至少应使测量方向与被测物体的法线方向保持在30度角之内，任何情况下不要超过45度角，否则，应对发射率做进一步的修正，双色测温仪允许更大的测量角。(2)避免被测物周围高温辐射源反射与透射的影响。由于物体的发射率、反射率和透过率之和为1，当被测物发射率小于1时，如果在被测物周围有高于其温度的热源，它将除了辐射本身的能量外，还要反射高温源所辐射的能量，从而造成测量误差。美国Raytek公司红外测温仪有很多型号带有环境温度补偿功能，调用此功能可以消除测量误差，得出正确的温度值。但是对射率很低的物体，补偿精度不会很高。同样，对于某些可透过红外辐射的材料，如塑料、玻璃等，它们除了辐射红外能量外还会透射它们背后的高温热源的部分红外能量，也会对测试结果产生影响。在实际应用中，应尽量避免这种情况的出现。一方面，可设法遮挡其背面的高温热源；另一方面，可选用不同响应波长的测温仪以消除透射部分的影响。

5.故障判断方法

绝缘子在正常运行状态下，各部位都有相应正常稳定温升或表面热分布。其红外热像就是该设备在正常运行状态下的特征红外图像，一旦绝缘子状况发生变化，则发热必然通过热传导或其它形式交换，改变绝缘子相应表面部位的稳定温升或温度分布。正常状态下在运行中绝缘子温度是连续分布，相邻绝缘子间温差极小。在绝缘子红外检测中发现同一串中绝缘子温升不连续，相邻绝缘子间温升过大，就可初步判断绝缘子运行状况异常。如果异常情况不是很明显，我们可以对同杆塔绝缘子串之问进行比较，由于它们的工况、环境温度及背景热噪音相同，可进行同相和同塔比较。具体作法就是对同一杆塔上三相绝缘子串的对应部位温度值进行比较，可以比较容易地判断出绝缘子的运行状况。在进行同类比较时，要注意不能排除有三相绝缘子串同时产生类似故障的可能性，虽然这种情况出现的机率相当低。

6结论

通过上述分析可知，红外测温技术是发现复合绝缘子内部缺陷的有效手段。2次试验结果表明，作为判断复合绝缘子内绝缘缺陷的检测手段，特别是用于带电检测，红外测温具有较好的可行性，红外测温技术和电场分布测量方法作为新的试验方法，都能检测绝缘子的内部缺陷。红外测温技术可以发现局部发热的内绝缘缺陷，电场分布测量法可以发现导通性通道的内绝缘缺陷。这2种检测方法各有特点，因此电力单位可根据本单位的实际情况选用。

参考文献：

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[3]张晓龙，刘英，王健，周昊，孙强.不同非均匀性校正温度的红外测温技术[J].中国光学，2014，7(01):150-155.