白卫，黎业欣，甘徐，卢胜标，李毅

环境相对湿度对绝缘子红外检测的影响研究

白卫，黎业欣，甘徐，卢胜标，李毅

（广西电网有限责任公司玉林供电局，广西 玉林 537000）

随着红外测量技术不断进步，利用红外测量非接触、精准、高效、安全等特点兴起的绝缘子状态红外热像检测法得以广泛应用，但其测量结果易受大气湿度因素影响。以XP-70标准悬式绝缘子为试验样品，利用仿真和实验的方法研究零值绝缘子的发热现象，对比不同大气湿度条件下采集的绝缘子红外数据，从而了解湿度对绝缘子红外测量法的影响。研究成果可用于指导电网红外巡检工作，保障绝缘子红外巡检结果的准确性，从而实现电网的安全稳定运行。

环境相对湿度；零值绝缘子；红外检测；热场仿真

1 引言

绝缘子是电网架空输配电线路中应用较多的关键绝缘配件，它能连接导线与杆塔，同时隔绝导线与杆塔间的电流。绝缘子生产时，由于生产设备的局限性，导致绝缘子内部各部件粘合不严密，不可避免会形成细微的裂缝和小气泡。当绝缘子被应用到输配电线路后，受自然界温湿度的影响，内部各部件受力不一，从而导致裂缝和气泡逐渐变大，绝缘子阻值降低，变为低零值绝缘子[1-2]。另外，绝缘子在输配电线路上使用时，还要承受强电磁场和较大的机械应力的考验。随着运行时间增加，绝缘子的功能越来越差，绝缘电阻越来越小，最终演变为劣化绝缘子。按DL/T 569—2005《电力设备预防性试验规程》的要求，500 kV以下输配电线路中的绝缘子阻值不得小于300 MΩ，500 kV以上输配电线路中的绝缘子阻值不得小于500 MΩ[3-4]。小于以上数字，即认定其为不良绝缘子。如果输配电线路中产生零值绝缘子，零值绝缘子所在的部位阻值为0，从而导致串中正常绝缘子上的分压变大，进而增大该绝缘子串的闪络概率。一旦发生闪络，零值绝缘子的铁帽将裂开或者脱离，整个绝缘子串变得疏松，出现掉串，绝缘子无法再承担电力导线的张力，电力导线掉落，最终影响电网安全稳定运行，给居民的生活带来不利的影响。

现阶段电网应用较多的悬式绝缘子的状态测量方法有火花间隙法、泄露电流检测法、脉冲电流检测法、电场测量法、分布电压法、紫外成像法等[5]。但这些方法大多需人工登塔进行检测，具有工作强度大、检测准确率低、易受电磁干扰、安全隐患大、检测成本高等不足。随着红外测量技术不断进步，红外检测仪的分辨率越来越高，将红外测量方法引入劣化绝缘子的检测中已经成为可能[6]。

利用红外检测零值绝缘子具有不接触、精准、高效等优点，可大大提高电网作业人员的工作效率。但在绝缘子劣化识别的应用中仍存在着诊断标准不完善，难以避免检测盲区，检测效果易受风速、日照、湿度等自然环境影响等不足。本文对相对环境湿度对绝缘子红外检测的影响程度进行分析，为绝缘子红外检测提供一个更为合理的检测环境参考。

2 含零值绝缘子串的热场仿真研究

2.1 瓷绝缘子的仿真模型及参数

本文对仿真原件为XP-70标准悬式绝缘子进行1∶1等比例建模，该仿真模型由钢帽、铁脚、具有较强绝缘性能的瓷件、粘合连接各组成部分的水泥胶合剂组成。瓷绝缘子剖面如图1所示。

图1 绝缘子剖面图

对绝缘子串的多物理场耦合仿真需要定义各个部分的相对介电常数、电导率、绝缘子各个固体部分的导热系数、恒压热容和密度等参数，相关材料属性如表1所示。

表1 各种材料属性

介质材料瓷件水泥胶合剂钢帽、铁脚空气 相对介电常数4.781e101 电导率/（μs·cm-1）2e-111.7e-91.2e111e-8 导热系数/（W·m-1·K-1）35580.2/ 恒压热容/（J·kg-1·K-1）730800449/ 密度/（kg·m-3）3 9653 6007 860/

2.2 热场仿真结果及分析

为了解环境相对湿度对于含零值绝缘子串温度分布的影响，进行了相关仿真计算[7-8]。相同污秽条件（NaCl， 0.1 mg/cm2）且2号位置为零值绝缘子，环境相对湿度逐渐增加时绝缘子串的温度分布仿真计算结果如图2所示。环境相对湿度逐渐增加时，含2号零值绝缘子串钢帽处和铁脚与下表面连接处的温升如图3所示。

图2 环境相对湿度逐渐增加时含2号零值绝缘子串的等温线分布（单位：℃）

结合图2和图3可以看出，随着环境相对湿度逐渐增加，绝缘子串的整体温升逐渐提高，串中绝缘性能良好绝缘子的温升变化比较明显，在热量传递的影响下也使相应劣化（零值）绝缘子表现出较小的温升，劣化（零值）绝缘子与毗邻位置绝缘子的温升差距随湿度增加而逐渐增大，而毗邻正常绝缘子的温升差依然较小（均不大于0.25 ℃）且整体呈马鞍形分布规律。

3 实验

3.1 实验目的

开展劣化（零值）绝缘子红外检测实验，以实际高压输配电路线上取下的劣化（零值）绝缘子为研究对象，运用红外成像法研究劣化（零值）绝缘子在不同湿度情况下绝缘子泄露电流产生的发热特征，得到不同湿度条件下绝缘子串的红外热像图，并对其进行数据分析[9-10]。

3.2 实验内容

为了解环境相对湿度对中度污秽含劣化绝缘子的绝缘子串发热影响，开展了相关试验。将绝缘子人工固体涂污，然后将污秽绝缘子串中的绝缘片进行编号，由高压端至低压端接地依次编号为1～3号位置，试验时选择劣化绝缘子置于1号位置、2号位置和3号接地位置，通过控制超声雾化发生器产生蒸汽，改变环境湿度，进行绝缘子串的红外实验。

3.3 实验方案

试验原理如图4所示。

图4 试验原理图

调压器为移圈调压器，额定输入电压220 V，输出电压0～250 V，额定容量15 kVA。高压侧导线通过环氧绝缘管接入自制的气雾室。将试品悬挂在2 000 mm×1 300 mm× 1 300 mm 的自制气雾室中，由带有高频雾化片的加湿器产生蒸汽，改变装置内的湿度，并用湿度测量仪监测气雾室内部湿度。将试品固定在试验平台上，接通电源，给绝缘子串加压。加压时采用均匀升压的方式快速升压至试验电压，再采用恒压方式持续加压1 h，使用分压比为3 000∶1 的电容分压器监测电压，同时用红外检测仪采集绝缘子串的红外热像图，红外检测仪为YoseenM640D，测量范围为﹣20 ℃～150 ℃，640×480像素，空间分辨率为2.5 mrad，测量精度为±2 ℃或读数的±2%，并具有连续变焦功能。实验器材如图5所示。

图5 实验器材

试验具体步骤：①在确保未通电的情况下，将涂污阴干后的绝缘子连接成串悬挂于人工雾室内，低压端绝缘子钢帽与接地线连接使其可靠接地，高压端绝缘子铁脚连接高压进线，接线完成后封闭人工雾室；②接通电源进行加压，加压时采用均匀快速升压的方式升压至试验电压，再采用恒压方式持续加压，使用电容分压器监测电压；③打开加湿系统使人工雾室内的空气湿度逐渐增加，直至试验所需目标湿度值，使用温湿度传感器对人工雾室内的温湿度进行监测； ④持续加压30 min后关闭电源，记录环境温湿度并使用高精度红外热像仪采集绝缘子串红外热像图，然后将绝缘子串静置并使用分辨率为640×480的红外检测仪采集数据，直至绝缘子余热消除，避免影响后续试验；⑤改变目标湿度（60%、70%、80%）后，重复上述步骤①、②、③、④。

3.4 实验结果

相同污秽条件（0.1 mg/cm2），含零值绝缘子时，环境湿度值为60%、70%、80%时污秽绝缘子串的红外成像实验结果如图6所示。

注：污秽度0.1 mg/cm2，第2片零值，环境温度为17.5 ℃。

通过图6可知，零值绝缘子的温升较低，与正常绝缘子温差较大，这种温差随着相对湿度的逐渐增加而逐渐变大。相对环境湿度较小或较大均不利于红外检测，相对环境湿度适中时，才利于零值绝缘子红外检测。

4 结论

本文选取XP-70标准悬式绝缘子，利用COMSOL软件进行了含零值绝缘子串的热场仿真研究，对劣化绝缘子的发热现象进行了理论性的研究，基于此研究，分析了湿度对红外检测法检测绝缘子的影响，并结合高压实验进行了验证，得到以下研究成果：随着环境相对湿度的持续增大，导致绝缘子串的泄露电流增大，绝缘子串整体温度增大，由于正常绝缘子阻值远远大于零值绝缘子，因而正常绝缘子的发热温升比零值绝缘子的发热温升大；在环境相对较小时，零值与正常绝缘子图像特征对比不明显，将不利于红外检测；相对湿度较大时，湿污电阻继续减小，由于每个绝缘子污秽均匀程度和干燥程度不同，造成部分正常绝缘子表面污秽电阻偏低，出现错误性的“零值”，造成检测结果不准确。在相对环境湿度适中（70%）时，随着相对湿度持续增加，绝缘子盘面因污秽形成一层导电层，当其受潮后，其盘面呈较低的电阻，流经绝缘子串盘面的电流相同，从而导致绝缘子串的发热主要由泄露电流发热产生。由于正常绝缘子与零值绝缘子阻值相差较大，而流经的泄露电流相同，因而呈现出正常绝缘子与零值绝缘子较大温差的现象，有利于红外检测。

［1］谭孝元.基于红外成像技术的零值绝缘子检测［D］.成都：西南交通大学，2016.

［2］祝嘉奇.基于红外热像的劣化绝缘子诊断技术研究［D］.南昌：南昌大学，2014.

［3］李峰，张潇，谢方明，等.基于EMTP仿真的330 kV绝缘子串电压分布［J］.上海电力学院学报，2015（2）：25-28.

［4］江苏省电力工业局，江苏省电力试验研究所.电气试验技能培训教材［M］.江苏：中国电力出版社，1998.

［5］廖威.瓷质零值绝缘子在线检测中红外图像处理方法研究［D］.长沙：湖南大学，2014.

［6］郭伟，董丽虹，徐滨士，等.主动红外热像无损检测技术的研究现状与进展［J］.无损检测，2016（4）：58-66.

［7］钱艳萍.零值绝缘子红外图像预处理方法研究［D］.长沙：湖南大学，2012.

［8］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.

［9］杜海.红外热像检测诊断技术在输电线路上的应用［J］.中国高新技术企业，2014（17）：51-52.

［10］葛永超.瓷绝缘子状态检测方法的研究［D］.北京：华北电力大学，2013.

TM216

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10.15913/j.cnki.kjycx.2020.09.001

2095－6835（2020）09－0001－03

白卫（1986—），男，广西上林人，本科，现为广西电网有限责任公司玉林供电局生产技术部专责，主要研究方向为输电线路运行维护。

〔编辑：严丽琴〕