红外热像技术在绝缘子故障检测中的应用

红外热像技术在绝缘子故障检测中的应用

高逸君杨冲

（国网上海市电力公司检修公司上海200063）

摘要：绝缘子长期运行在野外空旷地区。由于内部机械应力、机电负荷、大气污染等原因的影响而发生各种缺陷故障。绝缘子故障的常规检测方法不仅劳动强度大、安全性差、效率低、准确性不高。红外热像技术检测方法具有非接触性、操作安全、灵敏度高、检测效率高、不易受电磁干扰、经济、快捷等优点，对在绝缘子故障检测方面起到了重要的作用。

关键词：绝缘子；缺陷；红外热像；故障检测

1引言

绝缘子在电力系统中担负着输电线路电气绝缘和机械支撑的重要作用,大部分绝缘子在户外运行,受不同环境影响,就可能会发生绝缘子故障,从而影响电力系统正常运行,给电力系统带来损失。目前方法是由人工携带检测装置到杆塔附近检测,检测的任务较重,强度较大，需要投入大量的人力物力而且高空带电作业也具有相当大的危险性,因此如何准确又方便检测出绝缘子运行状况,是国内外对绝缘子检测的难点。

红外热像技术是一种实用、方便的现场检测方法，它通过检测局部放电、泄漏电流引起的局部温度升高，能直观地发现绝缘子早期缺陷迹象，从而及时采取相应措施，避免因绝缘子缺陷而引起的事故。红外成像技术具有效率高、安全可靠、判断准确、图像直观、探测距离远、检测速度快、不接触探测、不受电磁干扰等特点。红外热像技术对绝缘子故障检测，维持系统的的安全、稳定起到了重要的作用。

2红外热像技术基本原理

红外热像技术的基本原理是以被测目标的红外辐射能量与温度成一定函数关系，以数字或二维热图像的形式，显示设备表面的温度值或温度场分布的一种探测技术。被测目标的红外辐射能量经仪器透镜会聚。并通过红外滤光片进入探测器，探测器将辐射能转换为电能的信号，经放大器放大、电子电路处理，最终由显示器显示出被测物体的表面温度。图1所示为红外热像技术基本原理。

图1红外热像技术基本原理

图2绝缘子缺陷故障热图谱

红外热像技术是通过红外设备获取红外辐射的状态热信息，然后转换成图像进行显示，可以实现现场大面积温度分布场的扫描和局部缺陷的定点测温，是绝缘子在线监测和检测的一项行之有效的技术手段。

3红外热像诊断的方法

红外热像诊断的方法可分为被动式和主动式两大类。

主动式诊断方式是指在进行红外热像检测时要对被测目标进行加热。主动式的红外热像检测又可分为单面法和双面法，其加热过程也可分成稳态和非稳态两种。单面法对被测目标的加热和测量在同一个侧面进行，双面法则在目标的正、反两个侧面进行。非稳态加热方式是对被测目标进行加热，在其内部温度不均有热传导的过程中进行红外测温；稳态加热方式是在目标加热到内部温度均匀恒定状态，再把它放到一个不同温度的环境中进行红外测温。

被动式诊断方式是指利用被测目标的温度不同于周围环境温度的条件，在被测目标与周围环境的热交换过程中进行红外检测的方式，这种红外热像检测方式时不需要对被测目标加热。被动式红外热像检测方式广泛应用在运行中的设备检测中，由于它不需要附加热源，在生产现场基本上都采用这种方法。

4绝缘子缺陷类型及特点

目前，我国输配电线路采用的绝缘子按绝缘材料主要分为瓷质绝缘子、玻璃绝缘子和复合绝缘子三种。这些类绝缘子很多进行裸露工作，由于在成年累月的运行中，受环境温度变化、污秽、有害气体腐蚀、风雨雪雾等自然力的作用，再加上设计、施工不当等因素，均会造成其老化、损坏，引发各种缺陷故障问题。

绝缘子主要缺陷故障问题有:(l)零值问题,(2)雷击闪络,(3)污闪现象,(4)老化问题，其中污闪是最主要的问题。

5绝缘子红外热图像特点

绝缘子的红外热图像是通过红外热像仪把不可见的绝缘子表面热分布以人眼可见的图像形式显示出来，使人眼的视觉范围扩展到红外区域的绝缘子本身的热辐射图像。这种热图像可以揭示出普通可见光图像无法提供的绝缘子盘面辐射率、状态异常等绝缘子盘面状态的重要信息。绝缘子的材质不良、污秽、低值和零值等都会导致绝缘子发热异常，从而引起故障。目前利用红外热像原理对绝缘子进行检测的各种运行状态下的绝缘子红外热像图所具有的特点如下：

(1)正常绝缘子热像图的特征是靠线路侧温度较高，相邻绝缘子温升相差很小；

(2)零值绝缘子劣化时热像图发热功率接近等于零，温度比正常时低；

(3)污秽绝缘子热像图的特征是瓷盘为发热区；

(4)低值绝缘子热像图的特征是铁帽为发热中心。

6绝缘子缺陷图谱分析

通过对绝缘子缺陷故障检测中红外热像技术的介绍，将其应用到绝缘子缺陷故障监测和检测中。得到一些常用绝缘子的缺陷故障状态图谱，将其简单介绍如下图2绝缘子缺陷故障热图谱所示。

7总结

绝缘子是输配电线路重要的组成部分，具有良好的机械性能和电气性能，其运行的可靠性及稳定性，决定了电力系统安全运行情况。绝缘子在运行中会产生各种不同的缺陷。这些缺陷在运行中可能逐渐发展，如不及时检出更换，在过电压和工作电压长期作用下势必会造成事故，影响系统安全运行。因此，及时发现绝缘子的缺陷对输电系统具有很现实的意义。

但由于红外热像图分辨率不高，加之仪器价格昂贵这也在一定程度上抑制了其大规模的生产和运用。

参考文献

[1]赵振兵.变电站电力设备近红外热像在线监测的研究[D].[硕士学位论文].北京：华北电力大学，2004.12.

[2]唐攀龙.高压输电线路绝缘子红外监测方法的研究[D].[硕士学位论文].湖南：长沙理工大学，2009.04.

[3]李佐胜.红外热像检测绝缘子污秽等级的关键技术研究[D].[硕士学位论文].湖南：湖南大学，2009.03.

作者简介

高逸君（1988-），男，硕士研究生，助理工程师，主要从事超高压输电线路运维检修及技术管理工作。

杨冲（1986-），男，硕士研究生，助理工程师，主要从事超高压输电线路运维检修及技术管理工作。