一种瓷质绝缘子故障状态判定方法介绍

赵江辉 岳红利

（国网山西省电力公司吕梁供电公司，山西 吕梁 033000）

一种瓷质绝缘子故障状态判定方法介绍

赵江辉 岳红利

（国网山西省电力公司吕梁供电公司，山西 吕梁 033000）

通过红外测温原理及设备状态红外成像研究，可判定运行中绝缘子的设备状态。本文提出基于红外测温技术结合标准电压分布测定来判断绝缘子状态检测方法。通过一起某变电站悬式绝缘子缺陷的发现过程来说明检测技术的正确性以及带电检测技术在绝缘子状态判定中的重要性。

红外测温；绝缘子；标准电压分布；带电检测

绝缘子是安装在不同电位的导体之间或导体与地电位构件之间的器件，能够耐受电压和机械应力作用。它是一种特殊的绝缘控件，能够在架空输电线路中起到重要作用。随着经济和电力水平的不断发展，社会对用电量的需求也越来越大，输变电传送的电能负荷越来越大，因此保证输变电设备状态的稳定性就显得越来越重要。

绝缘子在电气设备中起着绝缘作用，在构件中起着机械支撑作用[1]。绝缘子是变电站常见的绝缘材料。以110kV变电站为例，一段导线需要三组绝缘子支撑，一组绝缘子数量为9片，三组就需要27片绝缘子。对站内主变、开关、CT、PT等这些一次设备而言，它们有多种保护手段，如主保护、差动保护、在线监测系统等。而绝缘子却缺乏相应的保护手段，没有可靠地监测和保护技术措施，出现故障后不能及时动作或预警，会给变电站系统安全带来隐患。因此，对绝缘子状态的检测就显得十分重要，是确保其正常运行的重要手段[2]。

绝缘子根据使用的不同绝缘材料可以分为瓷、玻璃和复合绝缘子[3]。在变电设备中，常用的是盘型悬式绝缘子，由铁帽、钢脚和钢化玻璃或瓷件组成，具体结构如图1所示。

图1 悬式绝缘子结构图

1 瓷质绝缘子状态现有检测方法介绍

现场常见的瓷质绝缘子状态检测是预防性试验，利用综合大检修的机会对绝缘子进行常规试验比如交流耐压试验、绝缘电阻的测试，或者是等设备出现故障后才进行相关的试验，不能及时掌握设备状态。而且常规试验都是在停电的情况下进行的，不能真实的反应设备运行情况下的状态变化；交流耐压试验电压值较高，容易对设备造成损伤[4]。带电检测技术运用到悬式绝缘子状态判定是比较直观的检测方法，常见的有红外测温和绝缘子电压分布测定。

红外测温仪的测温原理是黑体辐射定律，众所周知，自然界中一切高于绝对零度的物体都在不停向外辐射能量，物体的向外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的联系，物体的温度越高，所发出的红外辐射能力越强。绝缘子设备不同状态下的温度分布是不同的，根据红外成像下的状态分析可以确定悬式绝缘子的零值或者低值状态。红外测温具有直接性和便携性，但红外测温只能掌握设备整体状态量的变化，出现故障后不能准确定性定量绝缘子，容易造成误判、漏判故障绝缘子。

标准电压分布是利用每一个绝缘子就相当于一个电容器，因此一个绝缘子串就相当于由许多电容器组成的链形回路。因为绝缘子的体积电阻和表面电阻较正常情况下（50Hz）的容抗大得多，所以一般将它看成串联的电容回路。其理想状态下的等值电路如图2所示。

图2 绝缘子串的等值电路

在图2（a）中，C为绝缘子本身的电容，Cz为其金属部分对杆塔的电容。在图2（b）中，C为绝缘子本身的电容，Cd为其金属部分对导线的电容。不同情况下的电压分布也不同，电压分布曲线如图3所示。

图3 绝缘子串的电压分布曲线

实际应用中曲线 3接近设备电压分布真实情况，电压呈现U型分布。在实际带电检测技术中，我们通过红外测温和标准电压分布测定结合的方法来准确判定悬式绝缘子状态变化，从而保证设备安全运行。

标准电压分布具有准确定性定量绝缘子的特点，缺点是不具有直接性和便携性。将红外测温与标准电压分布方法相结合来判定绝缘子具有全面快速的优点，在现场测试中，可将这两种方法综合使用。

2 绝缘子温度特征

绝缘子串靠近导线的第一片绝缘子的承受电压最大。离导线远的绝缘子承受电压随着距离增大而逐渐减小，当靠近铁塔横担时，绝缘子承受的电压又升高。绝缘子串的长度越长，即串联绝缘子片数越多，分布电压越不均匀[5]。零值绝缘子存在时将导致绝缘子串电压分布变得极不均匀，最终导致零值绝缘子附近电场发生畸变而过于集中，如果绝缘子表面场强超过了电晕起始场强，就会产生电晕放电[6]。其他部位的绝缘子电位明显升高，这也是导致存在低（零）值绝缘子的串比正常绝缘子串整体表面温度略高的原因。如果一串绝缘子中分布有低（零）值绝缘子，整串绝缘子电压就会发生较大的畸变，低（零）值绝缘子两端电压减少，正常绝缘子电压升高，两侧电压增幅明显。

瓷绝缘子属于电压致热型设备，其发热功率与电压的分布呈指数关系。正常绝缘子串的热像分布同电压分布规律相对应，即呈不对称的马鞍形[7]，热像特征一般表现为钢帽温度略高于伞裙温度；越靠近伞裙边沿位置温度越低；相邻绝缘子之间的温差一般较小。低（零）值绝缘子发热功率与电阻值呈非线性曲线关系。低值绝缘子表现为钢帽温升较明显，伞裙局部会有异常温升；零值绝缘子表现为钢帽和伞裙温度均偏低，与环境温度接近；污秽绝缘子表现为伞裙大部分部位温升偏高[8]。低值绝缘子的模型如图4所示。

当绝缘子位于不同部位时，每片的温度特征不同。理论上零值绝缘子发热功率很低，温度接近环境温度，低（零）值绝缘子与相邻正常相相比温度变化大，因此当绝缘子串存在低（零）值绝缘子时，红外图像图片会有明显的温度变化。当零值绝缘子靠近高压端（绝缘子串两侧）时，红外图片中零值绝缘子与相邻绝缘子相比温差最大；平均温差最小时，零值绝缘子位于串中部；其余部位，平均温差处于高压端和中部之间。

图4 低值绝缘子等效电路图

3 案例介绍

试验人员在对某变电站进行例行带电检测中运用红外测温仪T620测得变压器高压套管上方A相悬瓶状态，如图5所示。

图5 套管上方悬瓶红外图

在图5中，从左向右依次划出5个区域，每个区域的温度都显示出来，从图5中可以看出，第五、六片绝缘子钢帽处发热，试验人员利用红外分析软件分析判定异常部位为右起横向绝缘子第五、六片，发热点温度分别为-1.3℃、-0.6℃，相邻正常点温度为-3.1℃，温差分别为为1.8K、2.5K，结合《DL/T 664—2008带电设备红外诊断应用规范》判断为严重缺陷，原因为A相横向绝缘子第五片低值，发热。

为了进一步确定设备状态，试验人员进行了标准电压分布测定（图 5中从左向右数依次为 1～9片），测定数据见表1。

表1 标准电压分布表

根据电压分布数据可以看出，设备存在严重的低值和零值现象，试验人员建议对设备进行更换处理。针对更换下的绝缘子，试验人员对其进行了绝缘电阻测量，测得第五、六片绝缘子其绝缘电阻为10mΩ，12mΩ，判定为低值状态；第一片为2mΩ，为零值状态，说明带电检测试验的正确性。

4 结论

在带电检测技术中对红外测温和标准电压分布的测定对于悬式绝缘子状态的测定有非常重要的作用。通过红外测温技术能够直观判断绝缘子设备的状态量变化，通过标准电压的进一步测定，能够准确定性设备状态，从而确保电网和设备的安全。

[1]朱德恒,严璋.高电压绝缘[M].北京：清华大学出版社,1992.

[2]关志成,刘瑛岩,周远翔,等.绝缘子及输变电设备外绝缘[M].北京：清华大学出版社,2006.

[3]李翔,顾洪连.三种绝缘子可靠性的比较[J].高电压技术,2007,33(5)：191-193.

[4]张彦涛,王绍华,马晟.基于超声波技术的绝缘子污秽放电检测技术[J].山西电力,2010,3(160)

[5]戴克铭.瓷质悬式绝缘子的检测[J].供用电,2002,19(1)：27-28.

[6]陈金法.绝缘子红外热像检测及诊断技术研究[D].杭州：浙江大学,2011：34-46.

[7]金光熙,权光日,郎成,等.故障绝缘子的发热机理及其红外热像检测[J].电瓷避雷器,2011(5)：12-15.

[8]胡世征.劣化绝缘子的发热及热像特征[J].电网技术,1997,21(10)：44-46.

The Introduction of Fault State Determination Method for Porcelain Insulators

Zhao Jianghui Yue Hongli
(State Grid Shanxi Electric Power Company Lvliang Power Supply Company,Lvliang,Shanxi 033000)

Basedon infrared temperature measurement principle and equipment state infrared imaging research,to determine the status of the equipment in the operation of the insulator.Based on infraredtemperaturemeasurement technology combined with standard voltage distribution measurement todetermine the status of the insulator state detection method.Through the discovery process of the suspension insulator defects in a substation,the correctness of the testing technique is explained.

infraredtemperaturemeasurement；insulator；standard voltage distribution；live detection

赵江辉（1986-），男，山西吕梁人，工程师，从事电气试验工作。