湿度对粉化复合绝缘子红外热成像检测的影响分析

王李惠

(国网福建省电力有限公司福州供电公司，福建 福州 350004)

1 概述

复合绝缘子由于其强度高、质量轻、防污性能好等优点，逐步替代传统的瓷绝缘子和玻璃绝缘子，在电力系统中得到广泛应用。但是，在长期的运行中也出现了一系列问题，如芯棒酥朽、伞裙护套老化等导致的断串、闪络击穿等故障[1-3]，如何提前发现复合绝缘子受损，避免事故发生，成为运行单位关注的焦点。

目前，电力系统主要采用红外热成像检测技术进行复合绝缘子运行状态评估，但由于不同类型缺陷的主要致热原因以及受到外界环境因素影响的程度不尽相同，若简单依据《带电设备红外诊断应用规范》(DL/T 664—2016)标准规定进行缺陷判定，将会出现不少误判、漏判，用于指导现场工作开展具有较大局限性。为探究复合绝缘子实际运行中存在的复杂发热现象，技术人员对各种影响因素进行了大量研究，提出了对于特定类型缺陷的识别建议，但仍缺乏系统性指导[4-8]。王黎明等[9]提出，为减少高湿度条件下复合绝缘子温升升高导致的误判，应在低湿度条件下开展检测，但该建议也势必导致无法及时发现高湿度条件下暴露出的缺陷。

本文就一起复合绝缘子击穿故障开展相关试验及分析，探究湿度对粉化复合绝缘子发热情况的影响，对现场提前发现该类型缺陷提出可行性建议。

2 故障情况

在大雨条件下，沿海某110kV变电站母线避雷器上方跨条复合绝缘子发生闪络，导致主变差动保护动作跳闸。无人机检查发现站内复合绝缘子普遍存在粉化开裂情况，随后更换全站复合绝缘子，并开展故障原因分析，研究防范措施。

3 检查分析

3.1 外观检查

故障相复合绝缘子外观如图1所示。故障绝缘子金具表面明显锈蚀，碗头、均压环表面有明显电弧灼烧痕迹，端部用于密封的涂料明显开裂，去除密封涂料后金具内侧已明显锈蚀。伞裙和护套表面均存在多处电蚀损现象,故障绝缘子沿轴向方面存在一条贯穿性电弧击穿通道，沿击穿通道护套均已烧蚀消失，芯棒外露且在电弧作用下烧蚀变黑。

(a)整体情况

3.2 剖检检查

如图2所示，绝缘子自高压侧起12片伞裙范围呈一条连续性击穿通道，电弧路径沿芯棒发展；中部13～14片伞裙范围内芯棒表面无明显击穿痕迹，电弧在此处沿伞裙表面发展；15～20片伞裙呈一条连续性击穿通道，低压侧靠近金具护套未见明显击穿痕迹。结合故障绝缘子表面痕迹分析，本次故障击穿路径为绝缘子高压侧起至12片和15～20片伞裙范围内芯棒本体击穿，13～14片和低压侧靠近金具护套为沿面闪络。

(a)高压侧剖检

4 试验验证

随机抽取站内3只非故障相复合绝缘子连同本故障相复合绝缘子进行试验分析。故障相复合绝缘子高压侧、中部、低压侧部分伞裙已剥离，非故障相复合绝缘子存在局部芯棒电弧灼烧或伞裙裂纹(见图3)。

图3 非故障相复合绝缘子存在局部粉化开裂

对4只复合绝缘子同时施加运行电压，进行红外热成像检测。通过改变湿度条件，观测干燥和高湿条件下粉化复合绝缘子发热过程。

4.1 干燥环境下试验

4只复合绝缘子均已在室内条件下放置100小时以上，实验室湿度低于60%，与福建省内晴天条件下湿度相近。施加运行电压至温升稳定，监测复合绝缘子红外成像变化情况。施压20分钟后温升基本稳定，无明显异常发热现象，护套破损部位、芯棒烧蚀部位与正常部位温差均小于1℃(见图4)。

图4 干燥环境下加压20分钟后红外图谱(最右侧为故障相)

4.2 高湿环境下试验

用喷壶对被试复合绝缘子反复喷洒水雾至饱和，模拟雨后情况，重复上述试验。施压10分钟后，复合绝缘子出现多处异常发热点，伞裙被剥离部分发热最为明显。此后发热点温升先后呈现先升高后降低的变化。至25分钟时，除故障相中低压侧温升仍呈现上升趋势外，其余部分温升均已下降。正常相护套破损部位且芯棒存在局部灼烧部位出现局部热点，温差超过1℃，仅轻微开裂处温升与正常部位无明显差异。故障相护套剥除段中，芯棒烧蚀部位与正常部位温差超过4℃，局部超过10℃(见图5)。

(a)加压10分钟后

通过对比试验可知，干燥(湿度低于60%)条件下，复合绝缘子护套粉化及芯棒烧蚀部位温升与正常部位相比无明显差异，此时难以有效识别出芯棒存在缺陷的复合绝缘子。高湿(湿度饱和)条件下，护套严重粉化或轻微破损但芯棒无明显受损部位，温升无明显差异，但若芯棒存在烧蚀等缺陷，则出现明显热点。

5 结果分析

结合发热机理分析试验结果[10]，当处于干燥条件下，芯棒缺陷部位的绝缘性能无明显下降，其发热情况与正常部位无明显差异；当处于高湿环境时，芯棒缺陷部位因受潮导致其绝缘性能显著下降，温升迅速升高，受潮越严重的部位温升越明显；当受潮部位水分因发热逐步蒸发后，其绝缘性能逐渐恢复，温升再次降低。因复合绝缘子的绝缘性能主要通过芯棒体现，当护套严重粉化或轻微破损但芯棒无明显受损部位，整体分压变化不大，绝缘子未出现明显热点。

事实上，故障前一个月在晴天或阴天条件下开展的多轮复合绝缘子专项红外热成像检测，均未发现异常发热情况。随后该地区持续大雨，不到半个月即发生击穿。本起故障的前后过程与试验结果基本吻合。

6 结论及建议

①湿度对存在粉化、裂纹的复合绝缘子的红外热成像检测有效性起着至关重要的作用，高湿有助于发现绝缘子内部缺陷。该条件下，芯棒受损的绝缘子将出现明显的热点，发热情况与芯棒受损程度有关，此为内部缺陷，应尽快处理；对于尚处于护套劣化阶段但芯棒性能完好的复合绝缘子，则不会出现明显热点，但因护套受损将导致芯棒受潮进而影响绝缘性能，也应视破损情况安排更换。

②定期开展复合绝缘子外观巡检。排查是否存在表面缺陷，如护套、伞裙、金具等部位开裂、电蚀损、粉化、漏电痕迹等，如发现上述现象应有序安排更换。对于运行年限久、污染较重、沿海地区的复合绝缘子更应重视。对于高空的悬式绝缘子，可在地面使用望远镜观测，也可采用无人机拍摄，消除地面巡检盲区。

③优化红外热成像检测策略。除在晴天夜间、阴天开展的正常检测外，对巡检发现的外观存在粉化、开裂、蚀损缺陷的复合绝缘子，应在雨后补充检测，以评估芯棒受外部环境侵蚀的情况。