基于热红外成像技术的绝缘子故障分类研究

王兴照周大洲王 宁

（1.国网山东省电力公司，济南 250000；2.国网济南供电公司，济南 250012）

基于热红外成像技术的绝缘子故障分类研究

王兴照1周大洲1王 宁2

（1.国网山东省电力公司，济南 250000；2.国网济南供电公司，济南 250012）

针对停电测量绝缘电阻或带电测量分布电压等检零方式在实际操作中，都存在停电范围大、人员安全风险高、检测周期无法保证等问题，本文分析了盘形悬式瓷绝缘子红外精确测温的数据，并通过专家经验总结出利用红外热图的绝缘子故障分类研究。对绝缘子可能出现的故障类型通过绝缘电阻测试、绝缘子电压分布测试、泄漏电流测试、交流耐压测试等试验手段验证最终的热红外成像故障分析结果。

绝缘子；故障；热红外成像

目前，绝缘子故障的主要检测方法为在线检测，包括有微波反射法、紫外成像法和红外成像法、超声波检测法、无线电波法、激光多谱勒法、电场测量法、泄漏电流检测法、脉冲电流法等等。其中，随着热红外成像技术在电力系统的普及，现在绝大多数的变电站在巡检中已经配备热红外成像仪，通过温度场的分布监测来判断绝缘子是否有潜在隐患[1-3]。

本公司所在变电站内安装有盘形悬式瓷绝缘子，尤其是敞开式变电站内数量较多，停电测量绝缘电阻或带电测量分布电压等检零方式在实际操作中，都存在停电范围大、人员安全风险高、检测周期无法保证等问题。为此公司组织开展了盘形悬式瓷绝缘子红外精确测温工作，利用所选取的绝缘子开展试验，并通过专家经验总结出利用红外热图的绝缘子故障分类研究。并对绝缘子可能出现的故障类型的最终评估通过绝缘电阻测试、绝缘子电压分布测试、泄漏电流测试、交流耐压测试等试验手段得到最终的故障分析结果[4-5]。

1 绝缘子热红外测量实例

1.1 试验布置和试品

某变电站主变 220kV进线耐张串采用的是XP-70瓷质绝缘子，单串16片，该变电站处于为E级污秽区，瓷质绝缘子运行工况非常恶劣。通过红外精确测温发现该耐张串存在缺陷后，变电检修室及时对该耐张串进行了更换。试验人员对更换下来的瓷质绝缘子再次进行运行电压下的红外精确测温工作，并对绝缘子进行了绝缘电阻、直流泄漏、交流耐压测试。

在对变电站的夜间红外精确测温中，发现2主变220kV进线B、C相耐张串温度梯度异常，红外精确测温图谱如图 1所示（测试仪器为 FLIR公司P660红外成像仪；试验时间为晚上7∶00；测试温度：5℃；相对湿度40%）。

图1 主变220kV进线耐张串红外精确测温图谱

从红外图谱中可以明显看出，A相绝缘子串相邻绝缘子温差极小，没有明显发热点，符合正常绝缘子串红外图谱典型特征。B、C两相耐张串存在较为明显的发热点，且发热部位均以钢帽为发热中心，瓷盘温度没有明显温升，根据DLT 664—2008《带电设备红外诊断应用规范》，该图像符合低值绝缘子发热的基本特征。

从温度曲线中可以明显看出，A相耐张串温度分布均匀，呈不对称马鞍形曲线，符合正常绝缘子的温度分布规律；B相耐张串线路侧第1片绝缘子温度为10℃，高于相邻绝缘子1.5K，超出DLT 664—2008《带电设备红外诊断应用规范》中温升不大于1K的规定；线路侧第4片绝缘子温度9.2℃，高于相邻绝缘子0.7K，明显不符合正常绝缘子串温度分布规律；C相线路侧第一片绝缘子为 9℃，超出相邻绝缘子0.5K。可初步判定B相线路侧第1、第4片绝缘子，C相第1片绝缘子存在异常[2,5]。

在绝缘子内部有缺陷的地方，会发生局部放电、电晕、脉冲电流等现象，并产生相应的热效应，较集中的热量从绝缘子内部往外传导，但由于钢帽的热阻比瓷盘的热阻低得多，故瓷盘表面的温度相对钢帽要低，热点集中在钢帽上；随着瓷盘内部缺陷发展，绝缘子电阻随之降低，当绝缘电阻降低到一定程度，泄漏电流几乎全部从绝缘子的内部流过，此时内部也没有强烈的局部放电或是电晕效应，使得整个绝缘子发热小，这是B相第4片绝缘子比第1片绝缘子绝缘电阻低、温度低的原因。

2 绝缘子绝缘电阻测试

从表1中可以明显看出B相第1片、第4片，C相第1片绝缘子绝缘电阻明显低于其他各片。

根据Q/GDW 1168—2013《输变电设备状态检修试验规程》：盘式绝缘子零值测量必要时采用5000V兆欧表，绝缘电阻应不低于500MΩ，达不到500MΩ时，在绝缘子表面加屏蔽环并接兆欧表屏蔽端子后重新测量，若仍小于500MΩ时，可判定为零值绝缘子。根据由此可判定B相第4片绝缘子为零值绝缘子，B相第1片、C相第1片绝缘子绝缘电阻明显下降。

表1 绝缘子绝缘电阻测试数据（单位：MΩ）

3 绝缘子泄漏电流测试

为更好地掌握绝缘子的绝缘情况，现对其B相第1片、第4片绝缘子，C相第1片绝缘子进行直流泄漏测试，试验选取A相第1片绝缘子作为参照物，测试结果见表2—表4。

表2 绝缘子直流泄漏测试结果（单位：μA）

由表2可知，A相绝缘子运行状态良好，各电压下泄漏电流数值基本为 0。B相第 4片绝缘子泄漏电流数值较大，在直流20kV时出现击穿现象，B相第1片、C相第1片均有较大泄漏电流出现。

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C相第1片绝缘子泄漏电流随电压增长极快，其老化程度高于B相第1片绝缘子。

4 绝缘子交流耐压测试

悬式绝缘子必要时进行交流耐压试验，盘形悬式绝缘子交流试验电压取60kV。试验人员对典型绝缘子进行了交流耐压测试，试验结果见表3。

表3 绝缘子交流耐压试验结果（单位：kV）

作为参考相，B相第2片绝缘子、C相第2片绝缘子均满足规程中交流耐压的要求。B相第1片绝缘子、B相第4片绝缘子、C相第1片绝缘子交流耐压水平明显下降。

绝缘子串电压分布呈不对称马鞍型，两侧电压较高而中间较低，且线路侧绝缘子分压明显大于架构侧。线路侧第1片绝缘子长期承受较高电压使其老化速度较快，B、C相第1片绝缘子耐压水平均出现了明显下降。

5 结论

综合主变220kV进线耐张串红外测试、绝缘电阻测试、绝缘子电压分布测试、泄漏电流测试、交流耐压测试结果，可以得出以下结论：

绝缘子的异常现象，如表面脏、裂纹、性能下降等等，可以通过温度的差异进行判断。监测细微温度变化，准备判断隐患缺陷，方便及时消除和检修。以下可以作为绝缘子故障对应的检测方法：

1）故障类别一：绝缘子绝缘电阻劣化，效果下降。

检测方法：悬式瓷或玻璃绝缘子钢帽温度偏高，表面温差超过1K，为低值绝缘子。悬式瓷或玻璃绝缘子钢帽温度偏低，表面温差超过1K，为零值绝缘子。

2）故障类别二：绝缘子表面积污严重，局部放电造成温度异常，表面泄露电流分布不均。

检测方法：悬式瓷或玻璃绝缘子局部温度偏高，温差超过 0.5～1K，可能原因表面污秽导致绝缘子泄露电流增大引起。

3）故障类别三：绝缘子破损，横向或纵向裂纹造成温度异常。原因是机械损伤和电弧灼伤。

检测方法：表面无明显温度异常，横向和纵向比较温差较大，初步判断为裂纹缺陷。还可采用比较法，相间温差大，超过2K，裂纹的原因。

采用如上方法进行判断，可以提前对相关电气设备做在线测量，对疑似故障进行在线模式识别。如果将相关推论应用于在线监测中，可以极大地提高巡检的办事效率，从而缩短停电时间。

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Insulator Fault Diagnosis based on Thermal Infrared Imaging System

Wang Xingzhao1Zhou Dazhou1Wang Ning2
(1.State Grid Co.,Ltd,Shandong Power Supply Company,Ji’nan 250000;2.State Grid Co.,Ltd,Ji’nan Power Supply Company,Ji’nan 529020)

Aim at power outage or charged insulation resistance measurement distribution voltage zero detection approach in practice,there are large range of power,personnel safety risk is high,there is no guarantee that the problem such as testing cycle,this paper analyzes the disc hanging porcelain insulator infrared temperature measurement data precision,and through the expert experience summed up the use of infrared heat insulator fault classification research.Possible fault types of insulator by voltage distribution test,insulation resistance testing,insulator leakage current test means such as test,ac withstand voltage test to verify the final failure analysis of thermal infrared imaging results.

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王兴照（1970-），男，山东省东营市人，硕士研究生，主要从事变电运检管理工作。