红外热像技术在低零值绝缘子检测中的应用

红外热像技术在低零值绝缘子检测中的应用

邓永桂

中国南方电网超高压输电公司百色局，533000

摘 要：绝缘子电气（绝缘）性能容易在自然环境、雷击以及机电负荷等因素的影响下有所下降，随着时间推移甚至会丧失绝缘性能，为保证其可安全稳定的运行，需要定期检测绝缘子的绝缘性能。在低零值绝缘子检测中应用红外热像技术具有明显的优势。本文将会对红外热像技术在低零值绝缘子检测中的应用进行分析。

关键词：红外热像技术；低零值绝缘子；火花间隙法

引言

由于绝缘在进行带电运行时，由于在室外长时间受到温度变化以及其他自然因素的影响，出现绝缘性下降的情况，在低零值绝缘子检测中应用红外热像技术可有效减少人力资源，提升工作效率，完成检测，判断其绝缘性。

1 低零值绝缘子的简述

电阻值为零的绝缘子被称为零值绝缘子；电阻值小于标准值且不为零的绝缘子被称为低值绝缘子。500kV及以上电压等级运行的绝缘子的绝缘电阻低于500MΩ, 330kV及以下电压等级运行的，绝缘子的绝缘电阻低于300MΩ为低（零）值绝缘。通常带电检测绝缘子中无法明确区分，又没有必要区分的电器绝缘性能不合格的绝缘子统称为低零值绝缘子。

2红外热像技术的简述

红外热像技术是一种借助光学成像到感光元件上，感光元件再将电信号转化成肉眼可见的红外热像图，该热像图和物体表层的热分布情景相对应。简单来说红外热像技术为把物体发出不可见的红外能量转化为可以看到的热图像，其图像中不同的颜色代表着检测物体不同的温度。利用检测待测绝缘子串实际的温度分布状况，可以判断其状态如何。使用红外热成像技术的优点比较多，属于非接触类的检测，即不和检测对像绝缘子串进行接触，十分安全；其次红外热图属于二维画面，能够体现出被测范围所有点的具体的温度情况，可以直观且快速的看出发热点和非发热点；而且红外热成像还可以将处于同一个区域内物体的实际温度进行点选并查看两个点之间存在的温差等，对仪器设置好以后可以实时的快速对目标展开扫描，将扫描结果传输至电脑中对监控进行时实分析。

3 空间分辨率的简述

空间分别率为观测影像中可以识别两个邻近地位之间的最小距离，其所表述的大小、尺寸在图像中为独立、离散的，能够反映出图像空间的详细程度。一般来说，空间分率率比较高时，自身识别物体的能力也会随之增强。不过空间分别率自身的大小只能表明影像细节可见程度，每个目标在图像中的可分辩程度不是直接有空间分别率具体的数值所决定，其可目标的大小、形状，以及附近物体的结构、亮度的相对差异具有一定的关系。空间分别率给予摄影影像来讲，基本使用单位长度中包括可以分别的黑白“线对”数进行表示；而对扫描影像基本使用瞬时视场角的具体大小进行表示，即为像元，其属于扫描影像内可以分辨的最小面积。此外，空间分辨率数值在地面上的具体尺寸可称之为地面分别率。空间分辨率，通俗的理解为单位大小的实体成像后有多少个像素来表示。而满足这一条件的这些像素组和在一起能通过温差识别出实体的形状。用于判断多片绝缘子的温差轮廓。

4 常用的带电检测绝缘子技术

4.1 火花间隙法

火花间隙法是按照绝缘子两端所具有的电压差原理来进行的一种绝缘子带电检测，检测装置的结构十分简单、使用时较为方便、加工容易、重量较低、方便携带这些都属于火花间隙法的优点，正因为这些优点的存在才被广泛应用[1]。火花间隙法用于听取放电声而设计的球、棒棒、针的间隙，这个间隙容易受到空气湿度、气压等天气因素影响。带电检测绝缘子过程中作业现场需根据参照放电数值做适当调整才能得到理想的放电声，从有无放电声间接判断绝缘子绝缘性能。目前我国所使用的火花间隙检测装置为活动式与固定式两种，根据其机理来看，其中固定式火花间隙容易因为噪声、接触不良、电晕等其他因素所造成大量漏检，特别是在高电场端容易将其漏判成良好绝缘子；而活动火花间隙碰触到绝缘子发出的声又是出现较多的误判现的主要原因。这也是规程规定为什么发现零值绝缘后要反复测量2-3次的原因所在。

4.2 分布电压测量技术

分布电压测试仪使用静电式结构，把待测电压转变为电场测量工作。不过其机理属于火花间隙技术类似，其进步在于近距离非接触测量，同样属于分布电压检测原理，当分布电压在标准值的50%以内或者与相邻绝缘子偏差较大时则可判定为不合格。大部分检测仪可以无线传输数据到终端，更加直观。（正文仿宋小三，两端对齐）

5红外热像技术在低零值绝缘子检测中的应用

5.1 低零值绝缘子检测的原理

损坏和劣化的绝缘材料在电场中，如陶瓷绝缘子、复合绝缘子，其温度会出现异常。特别注意的是劣化的陶瓷绝缘子表现为低温、复合绝缘子表现为高温，但绝缘子串电压U型分布原理影响不可忽视，正常情况下绝缘子电压程U型分布，且导线端绝缘子电压分布略高于塔头端。红外检测低零值绝缘子正是利用该特点来检测其温度变化，通过测量结果来判断绝缘子是否为低零值绝缘子。当绝缘子自身的绝缘性能降低时，绝缘子本身的绝缘电阻也会随之下降。盘形悬式绝缘子为电压致热型设备，这个温度差是很微小的，但是如今的红外热像仪设备比较成熟且很先进，其温度灵敏能够达到0.05℃，将来精度会更高，所以依旧可以运用红外热成像技术来检测劣质绝缘子。

按照焦耳定律W=I2Rt=U2/Rt=UIt来看，发热量大小和电阻的大小、流向电阻电流的大小、电阻中电压情况、作用时间等其他因素有关。在串联回路内，当电流与时间相同时，电阻越大，其发热情况则会越严重，且电压越大，所出现的发热情况也会越严重；在并联回路内，当时间和电压相同时，电阻越小，其发热情况则会越严重，且当电流比较大时，发热情况也会更加严重。在运行中的绝缘子串内，和高压导体以及接地横担侧的绝缘子所承受的电压会比较高，其中和导体接近的绝缘子中电压最大。所以和导体相靠近的绝缘子产生的发热情况最严重，使用红外热像技术时所产生的红外热图谱同样也最明显，其此时与横担处接近的绝缘子，只有绝缘子串中间部位的绝缘子所出现的发热情况比较轻。

在低零值绝缘子检测的原理中，可以将其分为零值绝缘子检测的原理和低值绝缘子检测的原理。其中，在值绝缘子检测的原理中下移的零值绝缘子为绝缘子完全丧失了绝缘特征，简单来讲为绝缘电阻极低或者为零。所以在整体的绝缘子串内，零值绝缘子并不会发热，环境温度和其自身温度相一致；而低值绝缘子检测原理则是为绝缘子丧失了部分绝缘特性，自身的绝缘性能有所下降。把绝缘子等效当做电阻电容的并联电路，通过观察红外图谱可以看到，低值绝缘子存在着温度分布不够均匀的情况。正常来讲绝缘子相邻绝缘电阻相差不大的情况下（同一单位级别）不会产生温差，反之产生了温差就说明绝缘子的电阻差值很大。

5.2 关键技术要求

在低零值绝缘子检测中应用红外热像技术时需要注意其关键的技术要求，其要求如下所示：

①感光元件敏感度不小于0.05℃（部分厂家精度标准为0.08℃，为同一数量级可以使用）;

②分辨率不小于640*480;（推荐1024*768以上）;

③输出文件及显视屏应支持8位及以上色深;

④支持手动对瞧，电平值(亮度) 调节，温宽（饱和度）调节。根据行业调查结果显示，电力行业中，99.0%的员工不会使用三个技术结合或不明白三个技术结合能干什么。所以当前操作人员技能受限。无法有效的将该三个技术要点结合起来，这才是红外热像检测零值绝缘子技术成熟多年却一直难以推广的主要原因。

5.3 实验案例

为了证明在劣质绝缘子检测中红外热成像技术具有良好的应用成果，选择的500kV双串盘形悬式绝缘子中的1串，设置2片零值绝缘子进行实验。在500kV额定电压下运行72小时试验。环境温度为自然通风温度室内外同温，无风，相对湿度55%（不大于65%）。26片170的绝缘子串中， 第3片和第25片为零值绝缘子；通过试验来看整串绝缘子的发热情况，整串温度高于环境温度，在试验中其最大的温升在2.1k。未处理之前从肉眼难以看出其它绝缘子有什么区别。经过小温差调节后可以看出，除两片设定零值绝缘子外，两端绝缘子温度稍高（稍亮），造成该现象的主要原因在于此处的绝缘子所承担的电压比较高。第3和第25片缘子整体较暗，明显低于相邻绝缘子，其表面的温度和环境温度比较接近。如下图，先调整亮度，再切换一下调色板可以清晰看出第3片绝缘子温度异常（偏低）。(三张照片实际上是一张照片）

4 结论

综上所述，除去风速景响（或比较小时），太阳光的照射比较均匀（或阴天）时，低零值绝缘子自身的红外图谱和良好绝缘子红外图谱具有明显的不同，所以可以在固定条件下使用红外成像技术对盘形悬式低零值绝缘子进行检测是可行且轻便快捷的。

参考文献：

《中国南方电网超高压输电公司红外测温技术规范》。