红外测温技术在硬质安全工器具试验中的应用探讨

李明霞，钱二刚

(吉林省电力有限公司延边供电公司，吉林 延边 133000)

1 概述

绝缘操作杆是电力系统带电作业中使用最为广泛的工具之一，其数量占全部绝缘工具的45 %。在带电作业中使用操作杆是地电位作业，即“导体-绝缘杆-人体(大地)”的作业方式，此时操作杆承受着作业时的全部电压，绝缘操作杆的电气性能直接决定了人身和设备的安全。所以，需要定期对绝缘工具进行预防性试验，及时发现缺陷和隐患，以保障作业者的生命安全。

2 硬质绝缘工具的分类和材料特点

2.1 分类

硬质绝缘工具一般分为两大类：一类是常用的绝缘工具，如高压验电器、绝缘操作棒、核相杆、接地棒等；另一类是带电作业用绝缘工具，如托瓶架、绝缘梯、绝缘拉板、绝缘拉杆等。两者的区别在于：前者在作业过程中，为短时接触带电体或不接触带电体；后者不仅接触带电体，而且时间较长，整个带电作业工作过程中可能一直需要接触。

2.2 材料特点

电气绝缘工具的主要绝缘材料为环氧树脂玻璃布板和玻璃布管。环氧树脂层压材料以玻璃布为基材浸渍环氧树脂胶液，烘干后得到环氧树脂胶布，再经叠层高压热固化形成板材或形状简单的层压制品；或经卷绕热固化后制成管材或棒材。在常温下，环氧树脂玻璃布板具有较高的绝缘性能和机械强度，同时还具有吸湿性低、耐老化的特点。

3 绝缘工具耐压试验及其不合格原因分析

3.1 耐压试验

带电作业工具的工频耐压试验是监视其绝缘状况的主要手段，绝缘工具的耐压试验就是为了考验其耐击穿能力。绝缘杆击穿后，会出现烧焦或熔化的导通、裂缝等现象。

根据2008—2011年的试验结果，不合格的绝缘杆大多有过热、表面闪络等缺陷，其具体分类统计结果如表1所示。

表1 2008—2011年绝缘杆不合格现象分类件数

3.2 不合格原因分析

3.2.1 制造工艺不良

当材料表面不平整、有杂质或气泡时，在外电场作用下就会造成材料电场分布不均匀，局部场强集中，产生局部放电现象，有可能产生击穿、闪络或发热现象。

3.2.2 绝缘原材料质量低劣

主绝缘材料(有机树脂绝缘与无机玻璃丝布组成的固体复合绝缘材料)存在缺陷，如层间气隙、气泡、树脂与玻璃丝布之间的界面疏松等，特别是在硬质绝缘工具的运输和使用中，会因机械碰撞等原因导致绝缘材料出现撞伤等局部疏松缺陷。这些局部绝缘缺陷是产生局部击穿的内在条件，一旦将带有局部绝缘缺陷的绝缘工具投入带电作业中或对其进行电气耐压试验时，由于高电压和局部强电场的作用，必然导致其绝缘缺陷处产生局部击穿。

3.2.3 电老化

绝缘工具的电老化过程是逐渐发展的、具有累积效应的不可逆过程，其特点是绝缘工具的电气强度随电老化时间的增加而逐渐降低，直至最终承受不住外施电压而发生闪络击穿。

2014年10月至2015年10月我院对50例寻常型银屑病患者开展了分析研究,将患者分成了对照组和观察组,均有25例,男性患者有31例,女性患者有19例,最小17岁,最大60岁,平均(39.1±3.4)岁,全部患者对此次研究知情且同意参与,患者没有药物过敏史,治疗前3个月没有使用维A酸、糖皮激素、免疫抑制剂等药物。

3.2.4 受潮脏污

有些绝缘杆长期暴露在空气中，极易受潮脏污。绝缘杆脏污、受潮会严重降低其电气绝缘强度。例如绝缘杆在第一次试验中不合格，但经过清洁、干燥处理后，再次试验时即合格。

4 定期试验存在的问题

根据绝缘工具的实验项目和标准规定，采用较高的工频试验电压对绝缘工具进行整体耐压试验是必要的。这样做，一方面可对材料、绝缘长度、结构设计进行全面校核，有利于发现潜在的绝缘缺陷和隐患；另一方面可通过模拟电网中可能出现的最严重情况，对工具安全性能进行极端考核，保证工具对作业人员有足够的安全裕度。但采用数倍于正常运行的电压值进行预防性试验，将极端状况下的试验电压定期地应用于常规性考核，则有可能降低绝缘工具的安全性能。

(1) 强电场的长期作用会引起材质老化。在耐压试验中，当绝缘杆的试验电压为2～4倍的额定电压时，沿绝缘件的电压分布极不均匀，靠近带电体的端部电压较高，前端30 %的绝缘杆需承受大致70 %以上电压。过高的电压会引起电晕或流柱放电，通过离子轰击侵蚀绝缘材料，导致有机材料劣化，产生导电沉积物，并在电极端部的高场强区附近起到延长电极的作用，导致材料进一步劣化。在周期性的试验中，绝缘杆将反复承受数倍运行相电压的试验电压，极易使其端部材料发生电老化。

(2) 耐压试验不易发现渐进的潜在缺陷。仅采用整段耐高压试验，不能全面考核出试件的实际状况，特别是绝缘工具因受潮、脏污或材料劣化致使泄漏电流上升，但不会产生贯通性闪络等缺陷。

5 红外热像检测原理和试验方法

5.1 红外热像检测原理

根据热辐射理论，当任何物体的温度高于绝对零度时，都会向外产生红外辐射，温度越高，红外辐射的能量就越大。红外热像仪通过红外扫描单元把物体表面的辐射能量转化成电子视频信号，该信号经放大传送至显示器，只要根据物体表面温度场的分布情况，就可判断被测物体是否存在过热性缺陷。红外检测就是将物体发出的红外辐射成像显示，从而准确判断物体表面的温度分布情况，具有准确、实时和快速的特点。

通过对红外成像的扫描普查，能发现异常发热的部位，及时排除隐患。为了全面反映被测设备的温度情况，应尽可能地选择可以观察被测设备故障点全貌的测试位置，检测点应选在与被测设备面相互垂直的位置，中间应无其他物体遮挡。同时，为获得精确的温度读数，应在保证人身和设备安全的前提下，尽可能缩小测量距离。

5.2 绝缘工具局部缺陷检查

利用红外热像技术，可以及时、准确地发现任何内部缺陷所形成的表面温场分布异常的情况，这是早期确认内部缺陷的有效检测手段。自2011年起，该供电公司试验室将红外技术应用于硬质绝缘工具试验的检查，以下是4起红外线与耐压相结合的检查案例。

5.2.1 劣化、老化

电压加至20 000 V时，绝缘工具上观察到不连续的放电区，发亮的放电区与不放电的较暗区交替出现。电压继续增大时，在高场强作用下，绝缘工具的表面和空气沿面从高电压电极向接地端产生严重的沿面放电。

在硬质绝缘工具主绝缘内部难免存在分层、裂纹、气隙和杂质等局部绝缘缺陷。在工频高电压的作用下，由于电场强度按相对介电系数成反比分布，在绝缘强度较低的内部气隙、分层裂纹等缺陷处会出现局部高场强，易引发内部局部放电。当材料绝缘性能不佳时，会造成绝缘表面短路，形成放电贯穿，导致绝缘工具无法通过试验。

5.2.2 内部脏污

在某次加电耐压5 000 V时，绝缘工具发出异样响声，经红外扫描后，发现有一节明显发亮。仔细检查发现：绝缘杆的空管里充满了泥土，导致绝缘工具的电压和电场分布不均匀，使局部杆段承受较大的场强。

5.2.3 裂隙

在某次检测加电时，绝缘工具声音异常，停电后用手触摸却并不发热。红外测试发现热点在中间某个部位。进一步检查发现，该部位有细小裂隙。该热点温度只有18 ℃，人手不易察觉。由于此检测的试验周期为1年，绝缘工具内部缺陷最终可能发展成绝缘损坏击穿。因为在起始阶段，此缺陷表现为集中性缺陷并且劣化现象不严重，进行绝缘工具检测时将难以判断。

5.2.4 受潮

某单位由于保管不当使绝缘杆受潮，采用红外配合进行耐压检测绝缘强度，当加压至5 000 V时，杆上出现红亮区，停电后用手摸发热。绝缘工具发热是因绝缘工具材料受到潮气侵袭，在电压作用下产生较大的入地泄漏电流，材料严重发热，绝缘性能不合格，进行干燥处理后，试验合格。若不采用红外仪，绝缘工具将在试验时发生闪络击穿而报废。

6 结束语

试验结果表明：用红外热像检测法与工频耐压试验配合，可检测出硬质绝缘工具内部潜在的局部绝缘缺陷，达到定量和定位测量，提前发现绝缘件的集中性缺陷、整体受潮、贯通受潮部分或未完全贯通的集中性缺陷。这种试验方法可在较低电压下实施，具有直观、可靠、不损伤绝缘工具的优点。建议今后对各类带电作业绝缘工具进行工频耐压电气试验时，应增加红外热像检测项目，以便试验人员及早发现局部绝缘缺陷，综合判断绝缘工具的绝缘状况，更好地保护作业者的人身安全。